王松

[摘 要]高陡構(gòu)造井上部地層傾角一般在50°～80°之間，巖性為泥巖、頁巖及粉砂巖，鉆進中極易井斜，采用鐘擺鉆具鉆壓控制在120～140kN的情況下井斜仍然嚴重超標，為此有必要將偏軸鉆具組合防斜技術(shù)與鐘擺鉆具相結(jié)合進行研究應(yīng)用。鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合在大傾角地層鉆進，具有較強的防斜能力，鉆壓較鐘擺鉆具組合提高30%～50%，機械鉆速明顯提高。該鉆具組合較單純的鐘擺鉆具組合具有更好的防斜、糾斜效果，在大傾角易斜地層推廣應(yīng)用該技術(shù)可較大地解放鉆壓，具有較大的推廣應(yīng)用價值。

[關(guān)鍵詞]高陡構(gòu)造；易漏地層；鐘擺鉆具；偏軸鉆具組合；鉆壓；鉆井速度

中圖分類號：TP117 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）10-0067-01

高陡構(gòu)造上部地層傾角一般在50°以上，最高達85°，鉆井中易塌、易漏、易斜，鉆壓是平緩地層的30%～50%，由于鉆壓受到限制，嚴重影響了鉆井速度的提高。鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合在相同井斜控制的情況下，鉆壓可提高30%～50%，該組合應(yīng)用取得了較好的經(jīng)濟技術(shù)效益，平均機械鉆速提高1倍以上。

1 偏軸鉆具組合防斜原理

偏軸接頭接在鉆柱上，使偏軸接頭上下鉆具不在同一條軸線上，鉆具在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生離心力效應(yīng)，“重邊”從井眼上側(cè)轉(zhuǎn)向下側(cè)時下落，產(chǎn)生有利于降斜的沖擊力效應(yīng)。

1.1 側(cè)向離心力效應(yīng)

鉆柱旋轉(zhuǎn)中，側(cè)向離心力大小由下式確定：

由式（1）可知，側(cè)向離心力效應(yīng)的大小與偏軸接頭以下的鉆鋌尺寸、偏軸距、轉(zhuǎn)速有關(guān)。

1.2 沖擊效應(yīng)

鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合的“重邊”下落帶動鉆頭對井眼下側(cè)產(chǎn)生沖擊力，該力將克服地層的造斜趨勢。鉆頭對上下井壁都有脈動沖擊力，但對下側(cè)井壁的側(cè)向沖擊力的平均值高于對上側(cè)的沖擊力。

2 鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合防斜技術(shù)

鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合結(jié)合了鐘擺鉆具和偏軸鉆具組合的優(yōu)勢，一方面是利用了鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合的公轉(zhuǎn)使鉆頭產(chǎn)生側(cè)向離心力效應(yīng)；另一方面加穩(wěn)定器可以獲得較大的鐘擺力（見圖2）。

2.1 鉆壓。偏軸鉆具組合鉆壓在100～150kN范圍內(nèi)鉆頭的平均側(cè)向力變化不大，效果較好。經(jīng)試驗研究表明，鐘擺鉆具帶偏軸鉆具組合鉆壓在180～200kN范圍內(nèi)鉆頭的平均側(cè)向力變化不大。

2.2 偏軸接頭的安放高度

偏軸接頭的安放高度對偏軸鉆具組合的性能影響很大，位置低于6m時鉆柱震動很大，轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)。位置過高，鉆頭對下井壁的側(cè)向力大幅降低，分析認為安放高度宜在9～14m內(nèi)。

2.3 穩(wěn)定器的安放高度計算

具組合穩(wěn)定器的合理安放高度將直接影響防斜、降斜效果，穩(wěn)定器合理安放位置可由式（2）計算：

2.4 轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速對偏軸鉆具組合防斜效果影響顯著，在條件允許的情況下，盡量提高轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的提高不僅有利于形成穩(wěn)定的公轉(zhuǎn)狀態(tài)，而鉆頭對下井壁的沖擊效應(yīng)隨轉(zhuǎn)速增加增大。

2.5 偏軸距。根據(jù)地層造斜力、井斜控制目標合理選擇，311.2mm井眼偏軸距一般在25～32mm。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 鉆具結(jié)構(gòu)及鉆井參數(shù)

1）鉆具結(jié)構(gòu)。高陡構(gòu)造上部地層主要井眼段為311.2mm井眼，鉆具組合為：311.2mm鉆頭+228.6～254mm鉆鋌8～10m+偏軸接頭+228.6mm鉆鋌18m左右+311.2mm穩(wěn)定器+鉆柱。2）鉆壓。根據(jù)地層傾角、井斜控制要求、偏軸距大小確定合理的鉆壓，可依據(jù)以下原則確定鉆壓：①根據(jù)單穩(wěn)定器鐘擺鉆具組合定量控制井斜計算鉆壓，并在此基礎(chǔ)上鉆壓增加30%～50%；②根據(jù)測斜情況及時調(diào)整鉆壓；③加壓后在偏軸接頭處不形成切點。3）轉(zhuǎn)速。偏軸鉆具組合產(chǎn)生的離心力效應(yīng)與鉆柱轉(zhuǎn)速的平方成正比，在設(shè)備能力、鉆柱強度滿足的情況下，轉(zhuǎn)速提高到80～100r/min以上。

3.2 偏軸鉆具組合安全鉆進技術(shù)措施。鉆具組合由于側(cè)向離心力效應(yīng)，加大鉆柱先期疲勞損壞，采用該組合鉆進應(yīng)采取以下技術(shù)措施：①偏軸接頭上下鉆鋌應(yīng)使用新鉆鋌或質(zhì)量較好、等級較高的鉆鋌；②在偏軸鉆具組合上鉆鋌與鉆桿間加3～5柱加重鉆桿或在鉆柱中加入減震工具，起減震、過渡作用，減小鉆具先期疲勞損壞；③定期檢查、倒換偏軸接頭附近鉆鋌。

3.3 現(xiàn)場試驗效果。高陡構(gòu)造上部地層傾角均在60°以上，平均鉆井速度低于1m/h，偏軸鉆具組合防斜技術(shù)在高陡構(gòu)造帶進行試驗研究，較好地解決了井眼軌跡控制和提高鉆井速度的矛盾，該鉆具組合鉆壓較鐘擺鉆具提高了30%～50%，平均機械鉆速較鄰井同井段提高102.83%。

參考文獻

[1] 空氣錘鉆具防斜機理研究[J].鄭德帥，高德利.石油鉆探技術(shù).2011（02）.

[2] 單彎螺桿鉆具組合防斜打快技術(shù)研究[J].姜興福.長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.2011（10）.