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异向双弯防斜钻具组合研究应用
异向双弯防斜钻具组合研究应用
李积泰 雷华才 李云志 付纪浩 刘登兵 孙泽山
(西部钻探吐哈钻井公司,新疆鄯善,838200)
摘要:吐哈油田地层倾角大,防斜打快问题十分突出,预弯曲动力学防斜打快技术、复
合钻井技术、复合导向钻井技术的集成配套应用,解决了部分区块、井段的防斜打快问题。
随着油田的进一步开发,深井、复杂井逐渐增多,尤其在葡萄沟、鄯勒、牛东等山前高陡构
造带区块,地层倾角大,易斜、方位固定不变,下部煤层、岩膏层发育、地层易塌、井下复
杂。因此利用异向双弯短节结构特征,研究一种新型防斜钻具,简化钻具,抗弯防斜,释放
钻压,解决下部复杂井段防斜打快问题。
关键词:防斜打快 异向双弯 液力推进器
1、前言
1.1 国内外研究现状
在石油钻井中,提高上部地层钻井速度是降低钻井周期,提高井身质量、固
井质量的有效措施。大倾角易斜地层是制约钻井速度的关键因素,因此,提高大
倾角硬夹层地层及储层钻井速度是提高储层钻遇率和储层有效进尺、储层保护、
提高单井产量和综合采收率的关键。
根据对国内各大油田特别是中西部油田的调研分析,各油田都钻遇到过高强
度高研磨地层(东部油田在深井钻井中会钻遇到高强度高研磨地层)。大多存在
机械钻速低、钻头进尺少、综合经济效益低的情况。但象吐哈油田鄯勒区块这样
严重影响钻井周期和经济效益的高强度大倾角硬夹层的地层,在全国并不多见。
1.2 研究的目的意义
中国石油十一·五发展规划中关于钻井技术的重点是提高上部地层的钻井提
速和降低成本及复杂深井、超深井、水平井和特殊工艺井的安全、快速钻井配套
技术研究。
吐哈油田钻井技术这几年有了较大发展,但钻井提速潜力仍然较大。吐哈油
田多数区块地层倾角大,易斜且方位固定不变,防斜打快问题十分突出,这些问
题极大地影响和限制了该层位开发速度和钻井综合经济效益。鄯勒、葡萄沟区块
下部井段(2800-3500)煤层发育,地层复杂,为保证井下安全,采用光钻铤钻
具结构,不能有效释放钻压,鄯勒区块完井 3000-3500m 井段井斜在 15-20°之
间;牛东区块在 1500m以后方位固定不变,井斜问题突出,地层破碎坍塌,只能
采用常规钻具吊打防斜。
从以上分析可看出,吐哈油田的钻井速度与钻井周期的潜力是非常巨大的,
开展«异向双弯防斜钻具研究应用»对于提升吐哈油田的开发速度,提高综合
经济效益和社会效益具有非常重要的社会意义和现实意义。
2、异向双弯钻具防斜机理研究
2.1 常规钻具组合防斜机理分析
图 1 BHA 变形后钻头上的受力分布
图 1 为 BHA 变形后钻头上的受力分布。从图中可以看出,作用在钻头上的
侧向力主要有:
⑴、由于 BHA 变形和运动所产生的钻头侧向力。这个力包含常说的钟摆力
等静态力和离心力等动态力。在大多数情况下,这个力是控制井斜的最主要的力。
⑵、由于钻具变形,钻头轴线和井眼轴线发生偏离。这种偏离使得钻压在垂
直钻头轴线方向上形成一侧向分量。这个分量是除地层作用力外引起井斜的最主
要的侧向力。满眼钻具组合的设计目的主要是为了克服这个力。钟摆钻具组合只
能使用小钻压的原因也在于不能让这个力超过钟摆力。
⑶、地层增斜力。对于给定地层,其空间构造、各向异性特征将会给使用的
钻具组合一个侧向力。在有些情况下,该力可能具有降斜特征。但在大部分情况
下,其所体现出的增斜特征使得打直问题十分棘手。
假如将钻具组合变形产生的侧向力定义为主动力,将地层增斜力定义为被动力,
则:
ϖ ϖ ϖ
F P +F
1 1
主动力:
ϖ
F
f
被动力:
因此,当钻头上的合力:
ϖ ϖ ϖ
F F +F
S f
为降斜力时就将具有降斜效果。反之将增斜
2.2 异向双弯短节防斜理论
2.2.1 异向双弯短节的防斜能力分析
在钻井实践过程中,通过不断努力,在总结各种防斜钻具组合的基础上,异
向双弯井底钻具组合在防斜上有其独特的优越性。为了避免在钻具设计、加工和
现场施工的盲目性,有必要对异向双弯井底钻具的防斜特性进
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