防斜打直技术现状与对策.ppt

随着油田勘探开发工作的不断深入，所钻遇的地层构造越来越复杂，对地质中靶的要求也越来越高，特别是高陡构造的防斜打快问题更是钻井技术中的难点和重点。 直井防斜技术已有数十年的历史，对防斜打直起到了重要作用。但是，传统的防斜和纠斜技术多采用“轻压吊打”，往往是以牺牲钻井速度为代价。 尽管如此，在高陡构造以及造斜能力强的地层中，即使是用很小的钻压和很低的钻速，也往往难以有效地控制井斜。 现代防斜打直技术的核心是解决提高井身质量和钻井速度之间的矛盾，必须突破“轻压吊打”旧观念的束缚，积极探讨新的防斜技术。这些新防斜技术的特征在于实现优质与高效的统一，即不仅是“防斜打直”，而且要“防斜打快”。 井斜是钻井工程与生俱来的、最古老的经典问题。 井越深，井斜问题越突出，危害越严重。 除直井外，定向井、水平井等特殊工艺井的直井段也都存在井斜与防斜问题。 高陡构造、复杂地层的井斜问题，尤为突出，已形成一种技术“瓶径”。 开发井，井斜使井眼偏离设计井位，打乱开发布井方案。 探井，井斜使地质资料失真，甚至错失油气层。 引发钻井工程事故(钻柱、套管磨损，破裂折断，卡钻) 引发下套管困难，影响固井质量(套管不居中导致窜槽、管外冒油气等) 影响采油工作(下封隔器困难、封隔密封不好、抽油杆磨损折断等) 1924年，文章“井为什么会斜？”(《华盛顿邮报》) 1928年，首例使用稳定器 1929年，H. H. Jone文章“如何钻直油井或利用重力钻直油井？”(OGJ. May, 1929)，首先提出利用钻铤重量来减小井斜角 1930年，M. Capelushinikov，“在钻进中井眼为什么会弯曲？”，用梁的弹性弯曲研究井斜问题 1936年，L. V. W. Clark，“直井和定向井技术的理论研究”，把钻柱分为四种状态(静态、螺旋失稳态、压弯态和常态)，指出只有使用稳定器才能收到可靠的稳定效果 1941年，F. A. Willers，“重力杆件的纵力弯曲”，其基本思想接近A. Lubinski 的直井钻柱模型 这是井斜控制与BHA受力变形研究最活跃的时期，以A. Lubinski为代表，仅美国发表的有关文章至少有54篇之多，研究结果被制成图表在生产中应用。 1950年，A. Lubinski，“A Study of the Buckling of Rotary Drilling String”(DPP，1950)即“旋转钻柱的屈曲研究”一文，比较全面、系统地研究了直井中钻柱的受力变形和多次弯曲问题，得出一个三阶微分方程和七方面应用，指出钻头偏转角是影响井斜的主要原因，指出钻压不应加在1~2次弯曲临界值之间的结论。 PB＜(PB)I，直线稳定状态，At=0 PB=(PB)I，发生一次弯曲，At↑ PB＞(PB)I ，一次弯曲加大，At↑→(At)max PB=(PB)II，发生二次弯曲，At↓ 小型造斜器理论 (H.M.Rollins) 地层可钻性理论 (Sultanov，Shandalov) 钻柱力矩理论 扩眼作用与钻头偏移理论 优先碎屑地层理论 Mclamore-Bradley偏斜力理论 各向异性塑性理论 Lubinski，Woods各向异性地层理论 2.1 井斜控制原理 2.2 钻头侧向力和钻头倾角 2.3 地层造斜力 (1) 影响井斜的主要因素 ① 井眼轨道的形成是钻头与地层相互作用的结果，井斜是由钻头侧向力和钻头倾角的联合作用产生的。一般情况下，钻头侧向力是引发井斜的主要因素。 (3) 影响因素分析 (1) 基本假设 井斜控制实质上是对钻头侧向力和钻头倾角的综合控制。满眼组合采用“重压快钻”，以满保直；钟摆组合采用“轻压吊打”，以慢纠斜。这些常规的工艺技术在一定范围内是有效的，但在高陡构造以及造斜性强的地层中效果不佳，进尺很慢。这种钻具组合的内在力学性质决定了钻头侧向力难以抵消高陡构造所引发的地层造斜力。它是以低钻压和高成本来达到小井斜，用牺牲机械钻速来换取井身质量。 偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具、反钟摆钻具、导向钻具等防斜技术增强了钻柱的公转效应，可实现快速钻进，达到优质与高效的统一。与常规的防斜技术相比，既可以有效地控制井斜，又可以大幅度地提高机械钻速，往往可以收到较好的防斜效果。但是，对于高陡构造和强造斜地层，这类防斜技术仍有一定的局限性。 自动垂直钻井系统可以从根本上解决高陡构造和强造斜地层的防斜打快问题，是近期防斜打快技术的发展方向。建议加大研究攻关的力度，攻克动态测量、井下执行机构和控制工具等方面的难题，使防斜打快技术能有一个质的提高和飞跃。 4.2 柔性组合防斜打快技术 (1) 系统构成 这种组合可以比常规的钟摆钻具产生2倍以上的降斜力，可以使用正常钻压钻进，因此能把钻直与钻快在一定范围内统一起来。 (2)