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中石化胜利石油工程有限公司井下作业公司西部工程管理中心大修21-2队
摘 要：定向井前期施工的直井段的防斜打直，对后期的定向工作带来极大的便利，同时随着油田勘探开发的进一步深入，在钻井过程中井斜给钻井工程带来一系列的危害，因而钻井过程中的防斜、纠斜技术也越来越引起油田开发人员的重视。近年来，国内在现场主要使用的是钟摆钻具和满眼钻具，除此之外还发展了偏轴钻具防斜技术、螺杆钻具复合钻进防斜技术等。文中从井斜原因分析入手，简述控制井斜的原理及其控制技术的发展，对传统的防斜纠斜原理及方法做以重点介绍，简述了近几年来新的井斜控制技术。
关键词： 定向井；防斜打直；井斜原因；纠斜技术
中图分类号：TE2
1 井斜的原因与危害
1.1井斜的原因
1.1.1 地质因素
人们提出了许多理论，来解释地质因素导致井斜的原因。其中，最本质的是地层可钻性的不均匀性和地层的倾斜两个因素。这种地层可钻性的不均匀性表现在许多方面，再与地层倾斜相结合，导致井眼倾斜。（1） 地层可钻性的各项异性，即地层可钻性在不同方向上的不均匀性。沉积岩都有这样的特性：垂直层面方向的可钻性高，平行层面方向的可钻性低。钻头总是有向着容易钻进的方向前进的趋势。在地层倾斜的情况下，当地层倾角小于45°时，钻头前进方向偏向垂直地层层面的方向，于是偏离铅垂线。在地层倾角超过60°以后，钻头前进方向则是沿着平行地层层面方向下滑，也要偏离铅垂线。当地层倾角在45-60°之间时，井斜方向属不稳定状态。（2） 地层可钻性的纵向变化。地层在沉积过程中，由于沉积环境的不同和变化，形成了沿垂直于地层层面方向可钻性的变化，俗称“软硬交错”。由于地层倾斜，钻头底面上，遇到“软”地层的一侧容易钻，该侧的钻速高；而另一侧遇到“硬”地层则钻速低。于是井眼轴线偏高，发生井斜。（3） 地层可钻性的轴向变化。地层可钻性不仅沿垂直于地层层面方向有变化，而且在平行于地层层面方向也有变化。这里的“横向变化”是指垂直于钻头轴线方向上可钻性的变化。在钻头的一侧下面钻遇溶洞或交疏松的地层，而另一侧则钻遇较致密的地层。于是钻头前进方向发生偏离。
1.1.2 钻具原因
钻具导致井斜的主要因素使钻具的倾斜和弯曲。影响最大的是靠近钻头的那部分钻具，称作“底部钻具组合”。钻具的倾斜和弯曲将产生两个后果：一是引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削，新钻的井眼将不断地偏离井眼方向；二是使钻头受到侧向力的作用，迫使钻头进行侧向切削，这样也将使新钻的井眼不断地偏离原井眼方向。首先，由于钻具直径小于井眼直径，钻具和井眼之间有一定的间隙，所以钻具在井眼内活动余地很大，这就给钻具的倾斜和弯曲创造了空间条件。其次，由于钻压的作用，下部钻具受压后必将使靠近钻头的钻具倾斜更大。还有一些原因也会导致钻具倾斜和弯曲，如下入井内的钻具本来就是弯曲的；在安装设备时，天车，游车和转盘三点不在一条铅垂线上；转盘安装不平而引起钻具一开就倾斜等。
1.1.3 井眼扩大
除上述地质和钻具原因外，井眼扩大也是井斜的重要原因。井眼扩大后，钻头可在井眼内左右移动，靠向一侧，也可使受压弯曲的钻柱挠度加大，于是钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。上述三方面的原因中，地质原因是客观存在的，也无法改变的。钻具原因则可以人为地控制。在这方面人们进行了大量的研究，设计了许多种防斜钻具组合，最常见的两种是满眼钻具组合和钟摆钻具组合。井眼扩大总是有个过程，不会刚一钻成就马上扩大，所以可以利用这个过程防斜。
2 井斜的危害
（1） 井斜过大，会使井眼偏离设计井位，打乱油田开发布井方案。（2） 对勘探来说，井斜会使井深发生误差，使所取的地质资料不真实，使井底远离设计井位，会错过油气层，造成勘探工作的失误。（3） 对钻井工程来说，钻柱在斜井内易靠在井壁的下侧，旋转时产生严重摩擦，在井斜突变井段钻柱发生弯曲，易使钻柱磨损和折断，也可能造成井壁坍塌及键槽卡钻等事故。（4） 井斜会造成下套管困难和下入的套管不居中，造成固井窜槽、管外冒油气，直接影响固井质量。（5） 对采油来说，井斜过大，会直接影响井下的分层开采和注水工作。如下封隔器困难，封隔器密封不好等，对采油井会引起油管和抽油杆的磨损和折断，甚至造成严重的井下事故。控制井斜的实质就是对弯曲钻柱的变形和受力进行控制的问题，即通过改变钻具钟摆力和钻压作用下的钻头偏斜力的大小和方向来达到改变井斜角大小的目的。
3 防斜技术现状及分析
3.1国内常用井斜控制技术
3.1.1 满眼钻具组合控制井斜技术
对造成井斜的原因分析可知，井斜的原因可归结为：钻头对井底的不对称切削；钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；钻头上侧向力导致对井底的侧向切削。只要能克服上述困难，就能达到防斜的目的。满眼钻具组合的结构是在靠近钻头大约20m长的钻铤上适当安置扶正器，以此来达到防斜的目的。其防斜原理有二：一是由于满眼钻具比光钻铤的刚度大，并能填满井眼，在大钻压下不易弯曲，保持钻具在井内居中，减小钻头的偏斜角，从而减小和限制因钻柱弯曲产生的增斜力；二是在地层横向力的作用下，稳定器能支撑在井壁上，限制钻头的横向移动，同时能在钻头处产生一个抵抗地层力的纠斜力。钻具上至少要有三个稳定器，除靠近钻头有一个稳定器外，其上面还应再安放两个稳定器，保持有三点接触井壁，通过三点直线性来保持井眼的直线性和限制钻头的横向移动。满眼钻具由于具有刚度大和填满井眼两个特点，在直井中当地层横向力不大时，能保持直眼钻进，在钻遇增斜或减斜地层时，也能有力地控制井斜变化率，使井斜不致过快地增大或减小，不会形成狗腿、键槽等影响井身质量的隐患。该方法能较有效地减小底部钻具弯曲引起的井斜，但没有纠斜能力，因此，只适用于地层造斜趋势不很强的地层。其工具主要有满眼钻具、方钻铤、椭圆钻铤等。
3.1.2 钟摆钻具组合井斜控制技术
钟摆钻具组合的原理：该技术是一种纠斜专用技术，一般与刚性满眼钻具组合配合使用进行井斜控制。其原理是利用钟摆力，使钻头产生与井斜方向相反的侧向切削作用，从而纠斜。该技术为提高侧向切削相对垂直切削的速度的比值，只能采用牺牲钻压以减小垂直切削速度的方法，以提高纠斜能力，但大大影响钻井效率。钟摆钻具，当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力Gc，称作钟摆力。显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力。此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使新钻的井眼不断的降斜。
3.2 发展中的井斜控制技术
研究表明：井内钻柱的运动是自转和公转联合作用下的涡动。在钻柱以自转为主的状态下，钻头侧向力和钻头倾角将产生增斜作用；而以公转为主的状态下，由于钻柱在井眼内作稳定的弓形回旋运动，钻头均匀地切削井壁四周，具有抵消钻头倾角所产生的增斜作用，从而实现稳斜钻进。为了增强钻柱的公转效果，在高转速下施加离心力是一种有效的解决方法。为此，除了上述两种井斜控制技术，发展起来了还有偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具、反钟摆钻具、等防斜技术。
4 结论及建议
（1） 在较大钻压下，可以使用满眼钻具组合来防斜，对于已经发生井斜的井内使用满眼钻具组合却不能减小井斜角，限制了满眼钻具的使用范围。（2） 目前国内使用较多的钟摆防斜降斜技术以牺牲钻井效益为代价，它主要通过减少钻压来尽力减小钻柱的变形量，从而达到实现降斜的目的。（3）二开后的直井段，使用单弯螺杆钻具结构，主要是单弯螺杆和转盘同时转动，具有防斜作用和纠斜作用，比普通防斜钻具具有更大的优越性和灵活性。
摘 要：定向井前期施工的直井段的防斜打直，对后期的定向工作带来极大的便利，同时随着油田勘探开发的进一步深入，在钻井过程中井斜给钻井工程带来一系列的危害，因而钻井过程中的防斜、纠斜技术也越来越引起油田开发人员的重视。近年来，国内在现场主要使用的是钟摆钻具和满眼钻具，除此之外还发展了偏轴钻具防斜技术、螺杆钻具复合钻进防斜技术等。文中从井斜原因分析入手，简述控制井斜的原理及其控制技术的发展，对传统的防斜纠斜原理及方法做以重点介绍，简述了近几年来新的井斜控制技术。
关键词： 定向井；防斜打直；井斜原因；纠斜技术
中图分类号：TE2
1 井斜的原因与危害
1.1井斜的原因
1.1.1 地质因素
人们提出了许多理论，来解释地质因素导致井斜的原因。其中，最本质的是地层可钻性的不均匀性和地层的倾斜两个因素。这种地层可钻性的不均匀性表现在许多方面，再与地层倾斜相结合，导致井眼倾斜。（1） 地层可钻性的各项异性，即地层可钻性在不同方向上的不均匀性。沉积岩都有这样的特性：垂直层面方向的可钻性高，平行层面方向的可钻性低。钻头总是有向着容易钻进的方向前进的趋势。在地层倾斜的情况下，当地层倾角小于45°时，钻头前进方向偏向垂直地层层面的方向，于是偏离铅垂线。在地层倾角超过60°以后，钻头前进方向则是沿着平行地层层面方向下滑，也要偏离铅垂线。当地层倾角在45-60°之间时，井斜方向属不稳定状态。（2） 地层可钻性的纵向变化。地层在沉积过程中，由于沉积环境的不同和变化，形成了沿垂直于地层层面方向可钻性的变化，俗称“软硬交错”。由于地层倾斜，钻头底面上，遇到“软”地层的一侧容易钻，该侧的钻速高；而另一侧遇到“硬”地层则钻速低。于是井眼轴线偏高，发生井斜。（3） 地层可钻性的轴向变化。地层可钻性不仅沿垂直于地层层面方向有变化，而且在平行于地层层面方向也有变化。这里的“横向变化”是指垂直于钻头轴线方向上可钻性的变化。在钻头的一侧下面钻遇溶洞或交疏松的地层，而另一侧则钻遇较致密的地层。于是钻头前进方向发生偏离。
1.1.2 钻具原因
钻具导致井斜的主要因素使钻具的倾斜和弯曲。影响最大的是靠近钻头的那部分钻具，称作“底部钻具组合”。钻具的倾斜和弯曲将产生两个后果：一是引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削，新钻的井眼将不断地偏离井眼方向；二是使钻头受到侧向力的作用，迫使钻头进行侧向切削，这样也将使新钻的井眼不断地偏离原井眼方向。首先，由于钻具直径小于井眼直径，钻具和井眼之间有一定的间隙，所以钻具在井眼内活动余地很大，这就给钻具的倾斜和弯曲创造了空间条件。其次，由于钻压的作用，下部钻具受压后必将使靠近钻头的钻具倾斜更大。还有一些原因也会导致钻具倾斜和弯曲，如下入井内的钻具本来就是弯曲的；在安装设备时，天车，游车和转盘三点不在一条铅垂线上；转盘安装不平而引起钻具一开就倾斜等。
1.1.3 井眼扩大
除上述地质和钻具原因外，井眼扩大也是井斜的重要原因。井眼扩大后，钻头可在井眼内左右移动，靠向一侧，也可使受压弯曲的钻柱挠度加大，于是钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。上述三方面的原因中，地质原因是客观存在的，也无法改变的。钻具原因则可以人为地控制。在这方面人们进行了大量的研究，设计了许多种防斜钻具组合，最常见的两种是满眼钻具组合和钟摆钻具组合。井眼扩大总是有个过程，不会刚一钻成就马上扩大，所以可以利用这个过程防斜。
2 井斜的危害
（1） 井斜过大，会使井眼偏离设计井位，打乱油田开发布井方案。（2） 对勘探来说，井斜会使井深发生误差，使所取的地质资料不真实，使井底远离设计井位，会错过油气层，造成勘探工作的失误。（3） 对钻井工程来说，钻柱在斜井内易靠在井壁的下侧，旋转时产生严重摩擦，在井斜突变井段钻柱发生弯曲，易使钻柱磨损和折断，也可能造成井壁坍塌及键槽卡钻等事故。（4） 井斜会造成下套管困难和下入的套管不居中，造成固井窜槽、管外冒油气，直接影响固井质量。（5） 对采油来说，井斜过大，会直接影响井下的分层开采和注水工作。如下封隔器困难，封隔器密封不好等，对采油井会引起油管和抽油杆的磨损和折断，甚至造成严重的井下事故。控制井斜的实质就是对弯曲钻柱的变形和受力进行控制的问题，即通过改变钻具钟摆力和钻压作用下的钻头偏斜力的大小和方向来达到改变井斜角大小的目的。
3 防斜技术现状及分析
3.1国内常用井斜控制技术
3.1.1 满眼钻具组合控制井斜技术
对造成井斜的原因分析可知，井斜的原因可归结为：钻头对井底的不对称切削；钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；钻头上侧向力导致对井底的侧向切削。只要能克服上述困难，就能达到防斜的目的。满眼钻具组合的结构是在靠近钻头大约20m长的钻铤上适当安置扶正器，以此来达到防斜的目的。其防斜原理有二：一是由于满眼钻具比光钻铤的刚度大，并能填满井眼，在大钻压下不易弯曲，保持钻具在井内居中，减小钻头的偏斜角，从而减小和限制因钻柱弯曲产生的增斜力；二是在地层横向力的作用下，稳定器能支撑在井壁上，限制钻头的横向移动，同时能在钻头处产生一个抵抗地层力的纠斜力。钻具上至少要有三个稳定器，除靠近钻头有一个稳定器外，其上面还应再安放两个稳定器，保持有三点接触井壁，通过三点直线性来保持井眼的直线性和限制钻头的横向移动。满眼钻具由于具有刚度大和填满井眼两个特点，在直井中当地层横向力不大时，能保持直眼钻进，在钻遇增斜或减斜地层时，也能有力地控制井斜变化率，使井斜不致过快地增大或减小，不会形成狗腿、键槽等影响井身质量的隐患。该方法能较有效地减小底部钻具弯曲引起的井斜，但没有纠斜能力，因此，只适用于地层造斜趋势不很强的地层。其工具主要有满眼钻具、方钻铤、椭圆钻铤等。
3.1.2 钟摆钻具组合井斜控制技术
钟摆钻具组合的原理：该技术是一种纠斜专用技术，一般与刚性满眼钻具组合配合使用进行井斜控制。其原理是利用钟摆力，使钻头产生与井斜方向相反的侧向切削作用，从而纠斜。该技术为提高侧向切削相对垂直切削的速度的比值，只能采用牺牲钻压以减小垂直切削速度的方法，以提高纠斜能力，但大大影响钻井效率。钟摆钻具，当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力Gc，称作钟摆力。显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力。此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使新钻的井眼不断的降斜。
3.2 发展中的井斜控制技术
研究表明：井内钻柱的运动是自转和公转联合作用下的涡动。在钻柱以自转为主的状态下，钻头侧向力和钻头倾角将产生增斜作用；而以公转为主的状态下，由于钻柱在井眼内作稳定的弓形回旋运动，钻头均匀地切削井壁四周，具有抵消钻头倾角所产生的增斜作用，从而实现稳斜钻进。为了增强钻柱的公转效果，在高转速下施加离心力是一种有效的解决方法。为此，除了上述两种井斜控制技术，发展起来了还有偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具、反钟摆钻具、等防斜技术。
4 结论及建议
（1） 在较大钻压下，可以使用满眼钻具组合来防斜，对于已经发生井斜的井内使用满眼钻具组合却不能减小井斜角，限制了满眼钻具的使用范围。（2） 目前国内使用较多的钟摆防斜降斜技术以牺牲钻井效益为代价，它主要通过减少钻压来尽力减小钻柱的变形量，从而达到实现降斜的目的。（3）二开后的直井段，使用单弯螺杆钻具结构，主要是单弯螺杆和转盘同时转动，具有防斜作用和纠斜作用，比普通防斜钻具具有更大的优越性和灵活性。