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[摘要]定向钻井技术是一项比较成熟的、先进的钻井工艺技术，在石油勘探、地热开发、煤层气开发、盐井溶腔对接、地质灾害治理及井喷救援等领域已得到广泛应用。该项技术用于钻井控斜及纠斜，能够提高工程进度，降低施工成本，而且安全可靠，纠斜效果显著。
[关键词]定向钻井 螺杆钻具 控斜纠斜 扭方位 井斜角变化率 全角变化率
[中图分类号] TE2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-225-1
1定向钻井技术在各领域中的应用
定向钻井技术，是提高地质矿产勘探效率，节约、降低勘探成本的一项先进的钻探技术，目前被广泛应用于石油勘探、地热开发、煤层气开发、盐井溶腔对接、地质灾害治理及井喷救援等领域，取得了显著的社会效益和经济效益。
由于煤炭钻井领域对定向钻井技术需求不多，定向钻井技术在煤炭资源开发中比较陌生。近几年来，由于煤层气的开发，煤矿地质灾害治理、注浆堵水等项目不断增多，定向钻井技术开始进入煤炭综合开发领域。在这一时期，由于煤矿生产事故频发，国家煤矿安监部门对煤矿安全生产工作日益重视，各煤矿生产企业开始投入大量资金，通过地面施工大口径直排钻孔，来解决煤矿突水应急抽排、瓦斯抽排等任务。这类大口径直排孔，对孔斜的要求极其严格，对孔底靶心要求非常精确。因此，在直排孔的施工设计中，定向钻井技术在防斜和纠斜方面是其重要的组成部分，在实际钻井过程中也充分显现了其优越性。
2钻孔纠斜应用实例
2012年12月，河南煤田地质局三队在河北省邯郸邯矿集团陶一煤矿施工一口瓦斯抽排孔，该孔设计孔深919米，要求钻孔实钻孔底坐标距给定靶点坐标（X：4041614.58，Y：38526836.01）位移不大于2米。
邯郸陶一矿地处太行山的东坡，地层向东南倾斜，地层倾角为31°，根据地层向异性原理，该地区施工钻孔大多向西北及西南方向倾斜。在实际施工过程中，一开采用塔式钻具组合进行防斜钻进，当钻孔施工至201.8米时，测斜结果为顶角1.79°，方位角324.85°，钻孔已经倾斜，方位偏向西北方向，印证了先前的预测。施工至220.91米时，测量顶角1.84°，方位角327.58°，经计算孔底位移5.46米，总方位（闭合方位）330.01°，超出了设计要求，决定采用螺杆钻具实施定向纠斜。
纠斜过程中，要结合钻孔的孔径及地层情况，选择合理的钻具组合。原则是既要提高钻探效率，又要达到纠斜目的，同时要求纠斜井段全角变化率（狗腿度）符合下管的要求，避免造成钻孔复杂化为完井作业造成困难。本次纠斜采用钻具组合为：φ215.9mm牙轮钻头+φ165mm1.25°Ⅳ级单弯螺杆+φ159mm定向接头+φ159mm无磁钻铤1根+φ159mm钻铤4根+φ108mm钻杆若干。因井斜角为1.84°，属于小角度井斜孔，宜采用磁性工具面定向纠斜，钻进时，工具面角应控制在钻孔方位角的反方向，即磁性150°。钻进过程中，将工具面角控制在磁性145°～155°之间。
此次纠斜使用TBW1200/7C型泥浆泵，泵压3.2Mpa，泵量为1200L/min，符合螺杆钻具的各项参数要求。开始钻进时，2米之内需轻压慢钻，同时开动两道振动筛，将泥浆含砂量控制在0.5%以内，以延长螺杆钻具的使用寿命。钻进2米后可适当增大“反扭角”，增加钻压，均匀送钻，使井眼曲率平缓，轨迹圆滑。同时注意井斜角及井斜方位角的变化趋势，如果发现与预想的轨迹相差较大，应及时调整，必要时改变钻具组合。
定向钻进一单根后，孔深230.46米，再复合钻进一单根，孔深为240米，（所谓“复合”钻进，即在开动泥浆泵，螺杆钻具正常工作的同时，钻机转盘也要转动，但转速应小于60rpm，减小对螺杆钻具的损坏程度）。此时测斜顶角1.02°，方位角17.06°，纠斜效果明显，但位移增至5.86米。这个角度还没有达到预想的结果，需再次定向钻进。工具面仍然控制在磁性150°方向，定向钻进一单根，再复合钻进一单根，孔深259.1米，这时测斜为井斜角0.68°，方位角112.12°，孔底位移5.76米，开始出现减小的趋势。此时虽然没有达到预想结果，但由于此时距终孔还有660米的深度，并不急于快速减小位移，采取的措施是：控制井斜角始终在1°以内，一直复合钻进，期间如果出现井斜角大于1°，且位移有增大的趋势，即向相反方向定向钻进。在如此控制之下，该孔施工至813.01米时，测得顶角1.85°，方位188.38°，位移1.31米，總方位9.25°，孔底落点向南偏1.29米，向东偏0.21米，与给定的孔底坐标尚有偏差。此时距终孔还有106米井段，这时需再次定向，做最后的调整。由于靶点坐标在井口坐标的东侧偏北2米位置，还有近1.8米的位移，所以此时定向工具面角应为东偏北方向，确定工具面角为80°。定向钻进一单根，再复合钻进一单根，孔深832.10米，测得井斜角1.2°，方位角136.58°。施工至919米，测量井斜角1.5°，方位角134.89°，孔底位移2.05米，距给定孔底坐标0.1米，满足设计要求，此次纠斜圆满结束。
3结论及建议
此次定向纠斜的成功实践证明，采用螺杆钻具实施定向纠斜，在钻孔纠斜及控斜方面是一项可操作的、能够适应复杂条件的钻探工艺技术，尤其复合钻进工艺，是一种叠加的、且能够起到有效稳斜作用的钻进方法，不但节省时间，降低施工成本，而且安全可靠，大大缩短了工期，提高效率超过60%。
值得注意的是，在施工过程中，选用何种角度的螺杆钻具，要考虑到纠斜钻孔的地层情况，还要考虑纠斜井段的 “全角变化率”，在能够达到纠斜目的的情况下，当然“全角变化率”越小越好，否则会给完钻及钻孔下管工作造成一定的困难。
参考文献
[1]张纯峰.孙贵生.螺杆钻进技术在煤田地质勘探中的应用[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2008，35（12）.
[2]冉瑞清.定向钻进在煤田地质勘查工作中的应用[J].中国新技术新产品，2011，（11）.
[3]夏保海.孙建.螺杆定向纠偏技术在新庄矿超深冻结孔施工中的应用[J].煤炭工程，2013，（11）.
[关键词]定向钻井 螺杆钻具 控斜纠斜 扭方位 井斜角变化率 全角变化率
[中图分类号] TE2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-225-1
1定向钻井技术在各领域中的应用
定向钻井技术，是提高地质矿产勘探效率，节约、降低勘探成本的一项先进的钻探技术，目前被广泛应用于石油勘探、地热开发、煤层气开发、盐井溶腔对接、地质灾害治理及井喷救援等领域，取得了显著的社会效益和经济效益。
由于煤炭钻井领域对定向钻井技术需求不多，定向钻井技术在煤炭资源开发中比较陌生。近几年来，由于煤层气的开发，煤矿地质灾害治理、注浆堵水等项目不断增多，定向钻井技术开始进入煤炭综合开发领域。在这一时期，由于煤矿生产事故频发，国家煤矿安监部门对煤矿安全生产工作日益重视，各煤矿生产企业开始投入大量资金，通过地面施工大口径直排钻孔，来解决煤矿突水应急抽排、瓦斯抽排等任务。这类大口径直排孔，对孔斜的要求极其严格，对孔底靶心要求非常精确。因此，在直排孔的施工设计中，定向钻井技术在防斜和纠斜方面是其重要的组成部分，在实际钻井过程中也充分显现了其优越性。
2钻孔纠斜应用实例
2012年12月，河南煤田地质局三队在河北省邯郸邯矿集团陶一煤矿施工一口瓦斯抽排孔，该孔设计孔深919米，要求钻孔实钻孔底坐标距给定靶点坐标（X：4041614.58，Y：38526836.01）位移不大于2米。
邯郸陶一矿地处太行山的东坡，地层向东南倾斜，地层倾角为31°，根据地层向异性原理，该地区施工钻孔大多向西北及西南方向倾斜。在实际施工过程中，一开采用塔式钻具组合进行防斜钻进，当钻孔施工至201.8米时，测斜结果为顶角1.79°，方位角324.85°，钻孔已经倾斜，方位偏向西北方向，印证了先前的预测。施工至220.91米时，测量顶角1.84°，方位角327.58°，经计算孔底位移5.46米，总方位（闭合方位）330.01°，超出了设计要求，决定采用螺杆钻具实施定向纠斜。
纠斜过程中，要结合钻孔的孔径及地层情况，选择合理的钻具组合。原则是既要提高钻探效率，又要达到纠斜目的，同时要求纠斜井段全角变化率（狗腿度）符合下管的要求，避免造成钻孔复杂化为完井作业造成困难。本次纠斜采用钻具组合为：φ215.9mm牙轮钻头+φ165mm1.25°Ⅳ级单弯螺杆+φ159mm定向接头+φ159mm无磁钻铤1根+φ159mm钻铤4根+φ108mm钻杆若干。因井斜角为1.84°，属于小角度井斜孔，宜采用磁性工具面定向纠斜，钻进时，工具面角应控制在钻孔方位角的反方向，即磁性150°。钻进过程中，将工具面角控制在磁性145°～155°之间。
此次纠斜使用TBW1200/7C型泥浆泵，泵压3.2Mpa，泵量为1200L/min，符合螺杆钻具的各项参数要求。开始钻进时，2米之内需轻压慢钻，同时开动两道振动筛，将泥浆含砂量控制在0.5%以内，以延长螺杆钻具的使用寿命。钻进2米后可适当增大“反扭角”，增加钻压，均匀送钻，使井眼曲率平缓，轨迹圆滑。同时注意井斜角及井斜方位角的变化趋势，如果发现与预想的轨迹相差较大，应及时调整，必要时改变钻具组合。
定向钻进一单根后，孔深230.46米，再复合钻进一单根，孔深为240米，（所谓“复合”钻进，即在开动泥浆泵，螺杆钻具正常工作的同时，钻机转盘也要转动，但转速应小于60rpm，减小对螺杆钻具的损坏程度）。此时测斜顶角1.02°，方位角17.06°，纠斜效果明显，但位移增至5.86米。这个角度还没有达到预想的结果，需再次定向钻进。工具面仍然控制在磁性150°方向，定向钻进一单根，再复合钻进一单根，孔深259.1米，这时测斜为井斜角0.68°，方位角112.12°，孔底位移5.76米，开始出现减小的趋势。此时虽然没有达到预想结果，但由于此时距终孔还有660米的深度，并不急于快速减小位移，采取的措施是：控制井斜角始终在1°以内，一直复合钻进，期间如果出现井斜角大于1°，且位移有增大的趋势，即向相反方向定向钻进。在如此控制之下，该孔施工至813.01米时，测得顶角1.85°，方位188.38°，位移1.31米，總方位9.25°，孔底落点向南偏1.29米，向东偏0.21米，与给定的孔底坐标尚有偏差。此时距终孔还有106米井段，这时需再次定向，做最后的调整。由于靶点坐标在井口坐标的东侧偏北2米位置，还有近1.8米的位移，所以此时定向工具面角应为东偏北方向，确定工具面角为80°。定向钻进一单根，再复合钻进一单根，孔深832.10米，测得井斜角1.2°，方位角136.58°。施工至919米，测量井斜角1.5°，方位角134.89°，孔底位移2.05米，距给定孔底坐标0.1米，满足设计要求，此次纠斜圆满结束。
3结论及建议
此次定向纠斜的成功实践证明，采用螺杆钻具实施定向纠斜，在钻孔纠斜及控斜方面是一项可操作的、能够适应复杂条件的钻探工艺技术，尤其复合钻进工艺，是一种叠加的、且能够起到有效稳斜作用的钻进方法，不但节省时间，降低施工成本，而且安全可靠，大大缩短了工期，提高效率超过60%。
值得注意的是，在施工过程中，选用何种角度的螺杆钻具，要考虑到纠斜钻孔的地层情况，还要考虑纠斜井段的 “全角变化率”，在能够达到纠斜目的的情况下，当然“全角变化率”越小越好，否则会给完钻及钻孔下管工作造成一定的困难。
参考文献
[1]张纯峰.孙贵生.螺杆钻进技术在煤田地质勘探中的应用[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2008，35（12）.
[2]冉瑞清.定向钻进在煤田地质勘查工作中的应用[J].中国新技术新产品，2011，（11）.
[3]夏保海.孙建.螺杆定向纠偏技术在新庄矿超深冻结孔施工中的应用[J].煤炭工程，2013，（11）.