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鐘?滔

（中石化西南石油工程有限公司重慶鉆井分公司，四川德陽  618000）

 

摘?要：永川區塊上部地層可鉆性差，地層傾角差異大，且斷層發育易發生井斜，常規防斜鉆具組合不能有效控制井斜。YY5-1HF井在直井段施工過程應用了大尺寸鉆鋌配合直螺桿鉆具組合、單彎螺桿鐘擺鉆具組合和垂直鉆井工具進行防斜打直。應用效果表明，單彎螺桿鐘擺鉆具組合能達到防斜目的。通過匹配合適的鉆井參數并優選鉆頭，能有效提高機械鉆速，采用單彎螺桿組合滑動降斜是一種比較主動的防斜打直措施，需進一步探索。

關鍵詞：井斜；防斜打直；鉆具組合；鉆井參數；機械鉆速

中圖分類號：TE24 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2024）12-0005-03

 

0引言

YY5-1HF井是布置在川南低褶帶方家溝向斜的一口開發水平井，目的層為龍馬溪組。永川區塊上部地層普遍存在著地層傾角大、自然造斜率較強等特點，易發生井斜，如何“防斜打直”是井身質量控制的難點。陸相地層進入自流井組下部后地層傾角增大易井斜，須家河組研磨性強鉆井速度慢，提速和防斜的矛盾比較突出。海相地層飛仙關組—石牛欄組地層互層頻繁，地層傾角大，表現易斜特性。本井通過優選防斜、糾斜螺桿鉆具組合及相應的鉆井參數，同時結合垂直鉆井系統進行防斜打直，井身質量得到有效控制，對同區塊防斜打直具有較大借鑒意義。

1井斜原因分析

1.1 地質因素

陸相沉積地層傾角較大，局部小型褶皺較多，自然造斜能力強。當鉆頭在傾斜的層狀地層中鉆進時，由于在層面交接處的巖石不能長時間支持鉆壓而趨向沿垂直層面發生破碎，因而在井眼下傾一側的層面上形成小斜臺，對鉆頭施加一個橫向力，把鉆頭推向地層的上傾方向，從而引起井斜^[1-2]。當鉆壓增大時，破碎將更加厲害形成更大的小斜臺，使井斜增長更快。地層傾角越大，成層性越強，鉆壓越大，越易發生井斜。

1.2 工程技術因素

由于井眼尺寸大，鉆鋌外徑相對較小，底部鉆具受壓容易產生彎曲，使鉆壓改變了作用方向，即不再沿井眼軸線方向施加給鉆頭，而是出現了鉆頭偏斜角，其防斜能力與鉆井參數密切相關^[3]。例如，鐘擺鉆具在鉆壓小于鐘擺力的條件下，鐘擺鉆具能糾斜，但是鉆壓過大時一樣會導致增斜^[4]。

2主要防斜打直技術應用

2.1 “牙輪鉆頭+直螺桿”鉆具組合應用

YY5-1HF井導管段0-91m鉆遇上沙溪廟地層，針對上部地層可鉆性差、巖性交替變化、含礫石等自然條件易造成井斜、鉆井速度慢和憋跳鉆等嚴重問題，導管段選用三牙輪鉆頭，采用11寸鉆鋌配合直螺桿降低鉆具組合重心，提高牙輪鉆頭轉速，保證井眼開孔打直。

（1）鉆具結構。Ф660.4mm鉆頭+286mm螺桿+ 279.4mm鉆鋌2根+731*630+Ф228.6mm鉆鋌3根+631* 520+139.7mm鉆桿+Ф133.4mm方鉆桿。

（2）鉆井參數。鉆壓20-120KN，轉速螺桿+35-40r/min，排量40-55l/s，泵壓2MPa。實鉆過程中根據井內鉆鋌數量逐漸增加鉆壓，每加一根鉆鋌鉆壓增加20KN，控制轉盤轉速35-40r/min，減少憋跳鉆，防止鉆具跳動嚴重導致井口卷管搖晃松動。實鉆導管段平均機械鉆速2.07m/h，井斜僅0.2°，達到防斜打直目的。

2.2 “PDC+單彎螺桿”鐘擺鉆具組合應用

2.2.1一開應用情況

一開直井段91-901m主要鉆遇上沙溪廟組-自流井組地層，巖性以泥巖和粉砂巖為主，進入沙溪廟組底部后井斜易增長。本井一開選用百斯特Ф16mm齒的五刀翼PDC鉆頭，配合400mm扶正器組成“PDC+Ф244mm 0.75°單彎無扶螺桿”鐘擺鉆具組合，當產生井斜時，靠單彎螺桿的偏軸作用使底部鉆具在井內旋轉產生一個離心力，使鉆頭切削下井壁實現防斜作用^[5-6]。實踐表明，當鉆壓低于80KN時，井斜減小；當鉆壓大于80KN時，井斜微增；高轉速有利于防斜，糾斜效果好。一開平均機械鉆速6.41m/h、最大井斜1.6°。

（1）鉆具結構。Ф406.4mm TS1653BPDC鉆頭+ H7LZ244-0.75°無扶單彎螺桿+回壓閥+Ф228.6mm鉆鋌1根+Ф400mm扶正器+Ф228.6mm鉆鋌4根+Ф203.2mm無磁鉆鋌1根+Ф203.2mm鉆鋌5根+631*520+Ф139.7mm加重鉆桿3根+Ф139.7mm鉆桿。

（2）鉆井參數應用及效果分別見表1和表2。

表1 YY5-1HF井一開鉆井參數表

井段m	鉆壓KN	排量 l/s	轉數r/min	泵壓MPa	井斜°
92-320	40-80	55-60	螺桿+55	3-7	0.32-0.68
320-400	60-80	55-60	螺桿+57	7-9	0.68↑1.45
400-500	40-60	55-60	螺桿+57	9-13	1.45↓1.12
500-901	80-120	55-58	螺桿+57	13-15	1.12↑1.60

 

 

表2 永川區塊一開鉆井工藝使用情況對比

井號	YY1	YY2	YY3-1	YY1-3	YY1-4	YY6井	YY5-1
井段	102-1553	49.5-1274	46-1171	90-803	46-774	70-825	92-901
鉆井 工藝	常規 鐘擺	垂鉆+ 螺桿	垂鉆	垂鉆	垂鉆	單彎 螺桿	單彎 螺桿
鉆進時間d	44.5	12.5	9	5.46	6.29	12.85	9.21
機速m/h	1.9	5.81	8.75	11.26	8.32	4.05	6.41

 

2.2.2二開應用情況

二開901-3645m鉆遇自流井—龍馬溪組。根據鄰井施工情況，二開易斜井段主要是陸相自流井—須家河組，海相飛仙關組—石牛欄組。區域鄰井在須家河組使用螺桿，井斜均快速增長至3°。本井二開主要采用“PDC+單彎螺桿”鐘擺鉆具組合。該組合防斜打直效果較好，較大的釋放鉆壓，二開平均機械鉆速4.09m/h。在石牛欄組地層傾角較大的井段，使用無扶螺桿滑動降斜效果差，在石牛欄組3380.12m起鉆換用1.25°有扶螺桿滑動鉆進降斜達到較好效果，滑動降斜率為0.7°/10m。二開井斜變化情況見表3。

表3 YY5-1HF井二開井斜變化情況

地層	井段	井斜	方位	鉆具組合
自流井—須家河	901-991	1.85↓1.27	110-117	PDC+垂鉆工具
須家河—嘉陵江	991-2069	1.27↓0.88	90-120	PDC+H7LZ228.6-1°無扶螺桿
飛仙關	2069-2272	0.88↑2.78	90-115	PDC+H7LZ228.6-1°無扶螺桿
飛仙關—長興組—龍潭組	2272-2673	2.78↓1.0↓0.4	115↑250-260	PDC+H7LZ228.6-1.25°有扶螺桿
龍潭組—石牛欄組	2673-3380	0.4↑1.7↑2.5	250-260↓160	PDC+H7LZ228.6-1°無扶螺桿
石牛欄	3380-3645	2.5↓1.2↑2	160↑260	PDC+H7LZ228.6-1.25°有扶螺桿

 

 

糾斜鉆具結構：Φ311.2mmPDC鉆頭+H7LZ228.6-1.25°有扶螺桿+回壓閥+MWD接頭+Φ228.6mm無磁鉆鋌×1根+Φ308mm扶正器+Φ228.6mm鉆鋌×2根+ 203.2mm鉆鋌×5根+旁通閥+Φ139.7mm加重鉆桿×6根+Φ139.7mm鉆桿。

2.3 “垂鉆工具”與“單彎螺桿”鉆井工藝應用對比

YY5-1HF井二開陸相地層分別應用“PDC+垂鉆工具”及“PDC+單彎螺桿”工藝實現防斜打直。二開直井段901-991.34m鉆遇陸相自流井組地層，應用Verti Servo垂直鉆井工具進行防斜打直。Verti Servo垂直鉆井系統工作原理是在鉆進過程中，近鉆頭重力傳感器檢測有井斜趨勢時，即啟動液壓控制系統部件，一至兩個肋板伸出向井壁，通過井壁對肋板的反作用力使鉆頭向垂直方向移動。當井眼完全垂直時,三個肋板全部伸出將鉆頭居中，保持井眼按垂直方向鉆進^[7]。

（1）鉆具結構。Φ311.15mmPDC+垂直鉆井工具+ 回壓閥+MWD接頭+203.2mm無磁鉆鋌+308mm扶正器+203.2mm鉆鋌5根+旁通閥+139.7mm加重鉆桿3根+139.7mm鉆桿。

（2）鉆井參數：鉆壓80-100KN，轉速55-60r/min，排量57l/s，泵壓13MPa。

本井二開陸相自流井組使用垂鉆工具鉆進井段901-991.34m，平均機械鉆速7.11m/h，井斜由1.85°下降至1.27°，達到主動防斜效果；須家河組1482-1640.02m井段使用“PDC+單彎螺桿”工藝，井斜由1.27°下降至0.88°，平均機械鉆速達到7.62m/h，創永川區塊須家河地層機械鉆速最高指標。垂鉆系統能夠從根本上解決井斜問題，該技術的主要問題是經濟性。“PDC+單彎螺桿”鐘擺鉆具組合對地層的認識程度和鉆井參數的控制要求較高，通過優選鉆頭和鉆井參數，可實現防斜打直目的，取得不低于使用垂直鉆井工具的機械鉆速指標，提高經濟性。

3結論及建議

（1）本井通過分析對比鄰井地層、井斜變化規律，優選PDC鉆頭和螺桿，優化調整鉆具組合和鉆井參數，達到直井段防斜打直目的。

（2）在進入易斜地層前應提前合理調整鉆井參數，避免井斜增長過快；使用9寸無磁鉆鋌能有效減少測斜楞長，有利于預測井底井斜變化趨勢，及時調整參數。 

（3）永川區塊由于地層傾角原因，直井段方位比較穩定，變化不大，將導致水平位移持續增加。建議在上部可鉆性較好的地層提前滑動鉆進，調整方位減少水平位移，提高滑動鉆效率。

（4）海相飛仙關和石牛欄組地層傾角變化較大，井斜上漲趨勢明顯，低鉆壓吊打和無扶螺桿滑動鉆進控制井斜無明顯效果。對于該段造斜趨勢較強的地層，建議使用1.25°有扶螺桿，在無磁鉆鋌上加入308mm扶正器，以便在滑動鉆進糾斜時，能克服地層造斜趨勢，達到糾斜目的。

（5）垂直鉆井系統是一種能夠從根本上解決井斜問題的技術手段，該技術需要解決的主要問題是經濟性。“PDC+單彎螺桿”鐘擺鉆具組合對地層的認識程度和鉆井參數的控制要求較高，需進一步探索。

 

參考文獻

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作者簡介：鐘滔（1986—），男，四川德陽人，研究方向：鉆井工程。

 

 

Research and Application of Single-bending Screw Anti-oblique Straightening Technology in Yongchuan Block

ZHONG Tao

(Sinopec Southwest Petroleum Engineering Company Chongqing Drilling Branch, Deyang  Sichuan  618000)

Abstract:The drillability of the upper strata in the Yongchuan block is poor, with large differences in dip angles, and the development of faults is prone to well deviation. Conventional anti deviation drilling tool combinations cannot effectively control well deviation. During the construction process of YY5-1HF well in the vertical section, large-sized drill collars were used in combination with straight screw drilling tools, single curved screw pendulum drilling tools, and vertical drilling tools for anti inclination and straightening. The application effect shows that the single curved screw pendulum drilling tool combination can achieve the purpose of anti inclination. By matching appropriate drilling parameters and optimizing the drill bit, the mechanical drilling speed can be effectively improved. The use of single curved screw combination sliding to reduce inclination is a more active anti inclination and straightening measure, which needs further exploration.

Key words:well deflection;anti-oblique straight;combination drilling string;drilling parameter;rate of penetration