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[摘 要]定向井钻井工艺技术是当今油气勘探开发最先进的钻井技术之一，能够明显降低钻井成本，具有显著的经济效益，其中定向井主要有井眼轨迹控制设计、保持井眼稳定、保护油气层、提高钻井效率与安全施工五大任务。螺杆钻具是一种动力钻具，能够大大提高钻头的转速，配合上PDC钻头，更是能够明显提高钻井速度。在此基础上，本文提出了利用单弯螺杆钻具实现直井段防斜打快的目的。防斜单弯螺杆钻具组合可以使钻头在低钻压下获得较高的转速，充分利用钻头的侧向切削能力，不仅有利于控制直井段井斜，也可以达到提高钻井速度的目的。防斜单弯螺杆钻具中存在结构弯角，使其能够有更强的防斜、纠斜能力，比传统的钟摆螺杆钻具组合更为有效地控制井斜。
[关键词]定向井；井眼轨迹；控制技术
中图分类号：S211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0306-01
在已有的旋转导向钻井方式直井防斜打快的基础上，设计出专用防斜单弯螺杆钻具组合，单弯防斜螺杆来控制井斜有三方面的好处：（1）在控制井斜时比钟摆钻具更加的稳定，防斜效果更加的明显；（2）控制井斜的同时，可以获更高的机械钻速，有效地解决了利用传统的钟摆钻具必须使用小钻压、钻井速度偏低的问题；（3）与导向钻具组合相比，不但有防斜的作用还有纠斜的作用。
1.定向井段井眼轨迹控制难点分析
（1）同平台两井间井口地面距离小，一般五米左右，造斜段多为700～800米，直井段长，若在钻井过程中井眼轨迹控制效果不佳，会出现两口井直井段碰撞的现象，还可能出现井眼轨迹误差较大的问题。（2）该区块储层位置较深，造成靶点相对较深，且下部地层倾角较大，对于定向井而言，光杆段较长，则井斜方位将会极难控制。（3）裸眼段长，定向时高摩阻大扭矩。（4）该区块地质条件复杂，岩性变化大，易缩径掉块。
2.定向井段井眼轨迹控制基本原则
井眼轨迹控制就是在钻井施工过程中通过一定的手段使实钻井眼轨迹尽量能符合设计的井眼轨道最终保证中靶的过程。定向井段井眼轨迹控制的原则主要包括以下几点：
（1）保证中靶的情况下提高钻速。在钻井过程中，及时准确的预测出井眼轨迹的延伸方向极为重要。对于定向井而言，井眼轨迹的准确控制主要是在了解地层状况和已钻轨迹的基础上，选择适合的造斜和钻井工具的实现的。但在实际钻井过程中，实钻轨迹并不能与设计的轨道完全重合，只要满足“不要太远”即可，即实钻轨迹的靶心与设计的靶心之间的距离在一定的误差范围，但并不要求两个轨迹完全一致，在节约成本的情况下误差尽可能小就可以。因此，通过采用更换钻具的方法控制井眼轨迹时，寻求更换钻具的时机是该技术的关键。一般情况下，在待钻情况下，首先应通过调整现使用钻具的相关参数，改善井眼轨迹的偏差；如果调整后效果不明显，再采用更换钻具组合的方式进行调整。
更换点选择主要有两种方法：一是通过对比当前钻具和待钻井眼所需的造斜率进行选择；二是对比钻达目标点的总漂移量和方位偏差进行选择。两种方法的适用条件不同，主要根据地层岩石的性质进行判断，当待钻井眼与已钻井眼地层的岩石特性相同时则近钻头的钻具组合保持不变。
预测判断方法1：
当前工具的造斜率计算公式：
待钻井眼所需的造斜率计算公式：
判断原则：当Kz≈K时，可继续钻进；否则应起钻，更换钻具。
预测判断方法2：现用钻具组合钻达目标点的总漂移量：，方位偏差：，判断原则：当时，可继续钻进；否则需扭方位。
（2）尽可能使用转盘钻井技术控制井眼轨迹。采用转盘钻井技术钻进时，其机械钻速要比动力钻具组合的钻速高，因此对于定向井的增斜、稳斜及降斜段应采用转盘钻。
（3）尽可能利用地层的自然造斜规律。地层具有不同的沉积特征，如果利用不当，会造成难以预测的困难，例如钻头切削不对称或者侧向切削、井斜偏颇和方位漂移等问题。因此在钻井过程，应尽可能的借助地层的特性，實现精确简便控制井眼轨迹的目的。
（4）尽可能使用导向钻具+随钻测量仪。随钻测量仪（MWD）可以实现随钻测量的目的，可以了解井下的实时动态，从而准确预测井眼轨迹的方向。鉴于MWD的使用，可以实时掌握钻井施工时遇到的问题，及时解决。这样不仅可以保证井眼轨迹的准确性，还可以减小钻进过程中的间断次数和起下钻引起的复杂问题。
3.定向井段井眼轨迹控制技术
（1）造斜、稳斜段井眼轨迹控制。考虑到钻井地区的地质特征，在该段钻井过程中应重点注意两点：一是防止井眼出现缩径现象；二是控制井眼轨迹的狗腿度。为防止该井段出现缩径问题，因此本段采用Φ241mm的PDC钻头，其具体组成为：Φ241mmPDC钻头+520×431配合接头+Φ172mm单弯螺杆（1.25？，扶正器为Φ213mm或者Φ214mm）+Φ165mm单流阀+Φ165mm无磁钻铤×1根（内装MWD）+Φ165mm钻铤×6根+Φ127mm钻杆+133mm×133mm方钻杆。
控制该井段的狗腿度，使井眼轨迹圆滑，还应提高泥浆性能，使用强抑制性聚合物钻井液体系。同时应提高钻井液的抑制性和防塌能力，合理添加润滑剂，减少摩擦阻力。在该段还应该选择合理的造斜点和造斜点，并结合已钻地层岩石的特性，进行井眼轨道设计的修改。
（2）稳斜、降斜段井眼轨迹控制。钻井地区该段摩擦阻力较大，且容易出现卡钻，所以钻具组合为：Φ228.6mmPDC钻头+Φ172mm单弯螺杆（1.25？）+Φ165mm单流阀+Φ165mm无磁钻铤×1根（内装MWD）+Φ127mm加重钻杆×15根+Φ127mm钻杆+133mm×133mm方钻杆。对于泥浆，需要在其中添加适量的润滑剂；由于地层易缩径，所以该钻具组合改用Φ127mm加重钻杆代替Φ165mm钻铤。为了避免返屑、清洁井眼和井下其他复杂情况的发生，还须经常短起或长起。在钻进时控制钻压，送钻均匀。
（3）光杆段井眼轨迹控制。此区块由于地层和进尺原因，一般动力钻具钻进到1800～1900米。对于位移大，井斜大的井，一般起钻前井斜留5°左右，位移进靶40米左右；而对于位移小，井斜小的井，一般起钻前井斜留3°左右，位移进靶50米左右。如果此井段还有防斜问题，要及时测斜，如果井斜控制难度大，可下入防斜钻具组合，同时根据井斜方位变化及时调整钻井参数。
4.结论与认识
（1）直井段防斜打快采用单弯螺杆钻具组合，其结构比导向钻具组合少用一个近钻头稳定器，从力学角度讲，两者的主要差别在于钻头受到的侧向力不同。
（2）单弯螺杆钻具组合可用于防斜纠斜的主要原因为：离心惯性力增加了钻头处的降斜侧向力，达到了降斜的目的；钻头转动时钻头转角正负交替变化，可以抵消钻头倾角造成的井斜；增加了单位进尺钻头横向切削次数，增加了钻具防斜和纠斜的能力。
（3）通过在螺杆弯角以下部分增加偏心块和对单弯螺杆整体增加偏心块均能达到提高防斜效果的目的，但对整体增加偏心块效果要优于前者。
（4）定向井段井眼轨迹控制技术应根据地层的垂向特征，分段对钻具组合进行设计。
参考文献
[1]王海勇；伊通地区钻井技术研究与应用[J].钻采工艺，201003
[2]王亚东；伊通地区优快钻井技术研究与应用[J].辽宁石油化工大学报，201404
第一作者简介：刘超，2014年毕业于东北石油大学华瑞学院石油工程专业，2014年参加工作，中石油渤海钻探塔里木钻井分公司70565钻井队，2016年任学习副司钻，2017年12月任钻井工程师。
[关键词]定向井；井眼轨迹；控制技术
中图分类号：S211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0306-01
在已有的旋转导向钻井方式直井防斜打快的基础上，设计出专用防斜单弯螺杆钻具组合，单弯防斜螺杆来控制井斜有三方面的好处：（1）在控制井斜时比钟摆钻具更加的稳定，防斜效果更加的明显；（2）控制井斜的同时，可以获更高的机械钻速，有效地解决了利用传统的钟摆钻具必须使用小钻压、钻井速度偏低的问题；（3）与导向钻具组合相比，不但有防斜的作用还有纠斜的作用。
1.定向井段井眼轨迹控制难点分析
（1）同平台两井间井口地面距离小，一般五米左右，造斜段多为700～800米，直井段长，若在钻井过程中井眼轨迹控制效果不佳，会出现两口井直井段碰撞的现象，还可能出现井眼轨迹误差较大的问题。（2）该区块储层位置较深，造成靶点相对较深，且下部地层倾角较大，对于定向井而言，光杆段较长，则井斜方位将会极难控制。（3）裸眼段长，定向时高摩阻大扭矩。（4）该区块地质条件复杂，岩性变化大，易缩径掉块。
2.定向井段井眼轨迹控制基本原则
井眼轨迹控制就是在钻井施工过程中通过一定的手段使实钻井眼轨迹尽量能符合设计的井眼轨道最终保证中靶的过程。定向井段井眼轨迹控制的原则主要包括以下几点：
（1）保证中靶的情况下提高钻速。在钻井过程中，及时准确的预测出井眼轨迹的延伸方向极为重要。对于定向井而言，井眼轨迹的准确控制主要是在了解地层状况和已钻轨迹的基础上，选择适合的造斜和钻井工具的实现的。但在实际钻井过程中，实钻轨迹并不能与设计的轨道完全重合，只要满足“不要太远”即可，即实钻轨迹的靶心与设计的靶心之间的距离在一定的误差范围，但并不要求两个轨迹完全一致，在节约成本的情况下误差尽可能小就可以。因此，通过采用更换钻具的方法控制井眼轨迹时，寻求更换钻具的时机是该技术的关键。一般情况下，在待钻情况下，首先应通过调整现使用钻具的相关参数，改善井眼轨迹的偏差；如果调整后效果不明显，再采用更换钻具组合的方式进行调整。
更换点选择主要有两种方法：一是通过对比当前钻具和待钻井眼所需的造斜率进行选择；二是对比钻达目标点的总漂移量和方位偏差进行选择。两种方法的适用条件不同，主要根据地层岩石的性质进行判断，当待钻井眼与已钻井眼地层的岩石特性相同时则近钻头的钻具组合保持不变。
预测判断方法1：
当前工具的造斜率计算公式：
待钻井眼所需的造斜率计算公式：
判断原则：当Kz≈K时，可继续钻进；否则应起钻，更换钻具。
预测判断方法2：现用钻具组合钻达目标点的总漂移量：，方位偏差：，判断原则：当时，可继续钻进；否则需扭方位。
（2）尽可能使用转盘钻井技术控制井眼轨迹。采用转盘钻井技术钻进时，其机械钻速要比动力钻具组合的钻速高，因此对于定向井的增斜、稳斜及降斜段应采用转盘钻。
（3）尽可能利用地层的自然造斜规律。地层具有不同的沉积特征，如果利用不当，会造成难以预测的困难，例如钻头切削不对称或者侧向切削、井斜偏颇和方位漂移等问题。因此在钻井过程，应尽可能的借助地层的特性，實现精确简便控制井眼轨迹的目的。
（4）尽可能使用导向钻具+随钻测量仪。随钻测量仪（MWD）可以实现随钻测量的目的，可以了解井下的实时动态，从而准确预测井眼轨迹的方向。鉴于MWD的使用，可以实时掌握钻井施工时遇到的问题，及时解决。这样不仅可以保证井眼轨迹的准确性，还可以减小钻进过程中的间断次数和起下钻引起的复杂问题。
3.定向井段井眼轨迹控制技术
（1）造斜、稳斜段井眼轨迹控制。考虑到钻井地区的地质特征，在该段钻井过程中应重点注意两点：一是防止井眼出现缩径现象；二是控制井眼轨迹的狗腿度。为防止该井段出现缩径问题，因此本段采用Φ241mm的PDC钻头，其具体组成为：Φ241mmPDC钻头+520×431配合接头+Φ172mm单弯螺杆（1.25？，扶正器为Φ213mm或者Φ214mm）+Φ165mm单流阀+Φ165mm无磁钻铤×1根（内装MWD）+Φ165mm钻铤×6根+Φ127mm钻杆+133mm×133mm方钻杆。
控制该井段的狗腿度，使井眼轨迹圆滑，还应提高泥浆性能，使用强抑制性聚合物钻井液体系。同时应提高钻井液的抑制性和防塌能力，合理添加润滑剂，减少摩擦阻力。在该段还应该选择合理的造斜点和造斜点，并结合已钻地层岩石的特性，进行井眼轨道设计的修改。
（2）稳斜、降斜段井眼轨迹控制。钻井地区该段摩擦阻力较大，且容易出现卡钻，所以钻具组合为：Φ228.6mmPDC钻头+Φ172mm单弯螺杆（1.25？）+Φ165mm单流阀+Φ165mm无磁钻铤×1根（内装MWD）+Φ127mm加重钻杆×15根+Φ127mm钻杆+133mm×133mm方钻杆。对于泥浆，需要在其中添加适量的润滑剂；由于地层易缩径，所以该钻具组合改用Φ127mm加重钻杆代替Φ165mm钻铤。为了避免返屑、清洁井眼和井下其他复杂情况的发生，还须经常短起或长起。在钻进时控制钻压，送钻均匀。
（3）光杆段井眼轨迹控制。此区块由于地层和进尺原因，一般动力钻具钻进到1800～1900米。对于位移大，井斜大的井，一般起钻前井斜留5°左右，位移进靶40米左右；而对于位移小，井斜小的井，一般起钻前井斜留3°左右，位移进靶50米左右。如果此井段还有防斜问题，要及时测斜，如果井斜控制难度大，可下入防斜钻具组合，同时根据井斜方位变化及时调整钻井参数。
4.结论与认识
（1）直井段防斜打快采用单弯螺杆钻具组合，其结构比导向钻具组合少用一个近钻头稳定器，从力学角度讲，两者的主要差别在于钻头受到的侧向力不同。
（2）单弯螺杆钻具组合可用于防斜纠斜的主要原因为：离心惯性力增加了钻头处的降斜侧向力，达到了降斜的目的；钻头转动时钻头转角正负交替变化，可以抵消钻头倾角造成的井斜；增加了单位进尺钻头横向切削次数，增加了钻具防斜和纠斜的能力。
（3）通过在螺杆弯角以下部分增加偏心块和对单弯螺杆整体增加偏心块均能达到提高防斜效果的目的，但对整体增加偏心块效果要优于前者。
（4）定向井段井眼轨迹控制技术应根据地层的垂向特征，分段对钻具组合进行设计。
参考文献
[1]王海勇；伊通地区钻井技术研究与应用[J].钻采工艺，201003
[2]王亚东；伊通地区优快钻井技术研究与应用[J].辽宁石油化工大学报，201404
第一作者简介：刘超，2014年毕业于东北石油大学华瑞学院石油工程专业，2014年参加工作，中石油渤海钻探塔里木钻井分公司70565钻井队，2016年任学习副司钻，2017年12月任钻井工程师。