钟 滔

（中石化西南石油工程有限公司重庆钻井分公司，四川德阳  618000）

 

摘 要：永川区块上部地层可钻性差，地层倾角差异大，且断层发育易发生井斜，常规防斜钻具组合不能有效控制井斜。YY5-1HF井在直井段施工过程应用了大尺寸钻铤配合直螺杆钻具组合、单弯螺杆钟摆钻具组合和垂直钻井工具进行防斜打直。应用效果表明，单弯螺杆钟摆钻具组合能达到防斜目的。通过匹配合适的钻井参数并优选钻头，能有效提高机械钻速，采用单弯螺杆组合滑动降斜是一种比较主动的防斜打直措施，需进一步探索。

关键词：井斜；防斜打直；钻具组合；钻井参数；机械钻速

中图分类号：TE24 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2024）12-0005-03

 

0引言

YY5-1HF井是布置在川南低褶带方家沟向斜的一口开发水平井，目的层为龙马溪组。永川区块上部地层普遍存在着地层倾角大、自然造斜率较强等特点，易发生井斜，如何“防斜打直”是井身质量控制的难点。陆相地层进入自流井组下部后地层倾角增大易井斜，须家河组研磨性强钻井速度慢，提速和防斜的矛盾比较突出。海相地层飞仙关组—石牛栏组地层互层频繁，地层倾角大，表现易斜特性。本井通过优选防斜、纠斜螺杆钻具组合及相应的钻井参数，同时结合垂直钻井系统进行防斜打直，井身质量得到有效控制，对同区块防斜打直具有较大借鉴意义。

1井斜原因分析

1.1 地质因素

陆相沉积地层倾角较大，局部小型褶皱较多，自然造斜能力强。当钻头在倾斜的层状地层中钻进时，由于在层面交接处的岩石不能长时间支持钻压而趋向沿垂直层面发生破碎，因而在井眼下倾一侧的层面上形成小斜台，对钻头施加一个横向力，把钻头推向地层的上倾方向，从而引起井斜^[1-2]。当钻压增大时，破碎将更加厉害形成更大的小斜台，使井斜增长更快。地层倾角越大，成层性越强，钻压越大，越易发生井斜。

1.2 工程技术因素

由于井眼尺寸大，钻铤外径相对较小，底部钻具受压容易产生弯曲，使钻压改变了作用方向，即不再沿井眼轴线方向施加给钻头，而是出现了钻头偏斜角，其防斜能力与钻井参数密切相关^[3]。例如，钟摆钻具在钻压小于钟摆力的条件下，钟摆钻具能纠斜，但是钻压过大时一样会导致增斜^[4]。

2主要防斜打直技术应用

2.1 “牙轮钻头+直螺杆”钻具组合应用

YY5-1HF井导管段0-91m钻遇上沙溪庙地层，针对上部地层可钻性差、岩性交替变化、含砾石等自然条件易造成井斜、钻井速度慢和憋跳钻等严重问题，导管段选用三牙轮钻头，采用11寸钻铤配合直螺杆降低钻具组合重心，提高牙轮钻头转速，保证井眼开孔打直。

（1）钻具结构。Ф660.4mm钻头+286mm螺杆+ 279.4mm钻铤2根+731*630+Ф228.6mm钻铤3根+631* 520+139.7mm钻杆+Ф133.4mm方钻杆。

（2）钻井参数。钻压20-120KN，转速螺杆+35-40r/min，排量40-55l/s，泵压2MPa。实钻过程中根据井内钻铤数量逐渐增加钻压，每加一根钻铤钻压增加20KN，控制转盘转速35-40r/min，减少憋跳钻，防止钻具跳动严重导致井口卷管摇晃松动。实钻导管段平均机械钻速2.07m/h，井斜仅0.2°，达到防斜打直目的。

2.2 “PDC+单弯螺杆”钟摆钻具组合应用

2.2.1一开应用情况

一开直井段91-901m主要钻遇上沙溪庙组-自流井组地层，岩性以泥岩和粉砂岩为主，进入沙溪庙组底部后井斜易增长。本井一开选用百斯特Ф16mm齿的五刀翼PDC钻头，配合400mm扶正器组成“PDC+Ф244mm 0.75°单弯无扶螺杆”钟摆钻具组合，当产生井斜时，靠单弯螺杆的偏轴作用使底部钻具在井内旋转产生一个离心力，使钻头切削下井壁实现防斜作用^[5-6]。实践表明，当钻压低于80KN时，井斜减小；当钻压大于80KN时，井斜微增；高转速有利于防斜，纠斜效果好。一开平均机械钻速6.41m/h、最大井斜1.6°。

（1）钻具结构。Ф406.4mm TS1653BPDC钻头+ H7LZ244-0.75°无扶单弯螺杆+回压阀+Ф228.6mm钻铤1根+Ф400mm扶正器+Ф228.6mm钻铤4根+Ф203.2mm无磁钻铤1根+Ф203.2mm钻铤5根+631*520+Ф139.7mm加重钻杆3根+Ф139.7mm钻杆。

（2）钻井参数应用及效果分别见表1和表2。

表1 YY5-1HF井一开钻井参数表

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

 

 

表2 永川区块一开钻井工艺使用情况对比

井号	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
钻井 工艺	常规 钟摆	垂钻+ 螺杆	垂钻	垂钻	垂钻	单弯 螺杆	单弯 螺杆
钻进时间d	44.5	12.5	9	5.46	6.29	12.85	9.21
机速m/h	1.9	5.81	8.75	11.26	8.32	4.05	6.41

 

2.2.2二开应用情况

二开901-3645m钻遇自流井—龙马溪组。根据邻井施工情况，二开易斜井段主要是陆相自流井—须家河组，海相飞仙关组—石牛栏组。区域邻井在须家河组使用螺杆，井斜均快速增长至3°。本井二开主要采用“PDC+单弯螺杆”钟摆钻具组合。该组合防斜打直效果较好，较大的释放钻压，二开平均机械钻速4.09m/h。在石牛栏组地层倾角较大的井段，使用无扶螺杆滑动降斜效果差，在石牛栏组3380.12m起钻换用1.25°有扶螺杆滑动钻进降斜达到较好效果，滑动降斜率为0.7°/10m。二开井斜变化情况见表3。

表3 YY5-1HF井二开井斜变化情况

地层	井段	井斜	方位	钻具组合
自流井—须家河	901-991	1.85↓1.27	110-117	PDC+垂钻工具
须家河—嘉陵江	991-2069	1.27↓0.88	90-120	PDC+H7LZ228.6-1°无扶螺杆
飞仙关	2069-2272	0.88↑2.78	90-115	PDC+H7LZ228.6-1°无扶螺杆
飞仙关—长兴组—龙潭组	2272-2673	2.78↓1.0↓0.4	115↑250-260	PDC+H7LZ228.6-1.25°有扶螺杆
龙潭组—石牛栏组	2673-3380	0.4↑1.7↑2.5	250-260↓160	PDC+H7LZ228.6-1°无扶螺杆
石牛栏	3380-3645	2.5↓1.2↑2	160↑260	PDC+H7LZ228.6-1.25°有扶螺杆

 

 

纠斜钻具结构：Φ311.2mmPDC钻头+H7LZ228.6-1.25°有扶螺杆+回压阀+MWD接头+Φ228.6mm无磁钻铤×1根+Φ308mm扶正器+Φ228.6mm钻铤×2根+ 203.2mm钻铤×5根+旁通阀+Φ139.7mm加重钻杆×6根+Φ139.7mm钻杆。

2.3 “垂钻工具”与“单弯螺杆”钻井工艺应用对比

YY5-1HF井二开陆相地层分别应用“PDC+垂钻工具”及“PDC+单弯螺杆”工艺实现防斜打直。二开直井段901-991.34m钻遇陆相自流井组地层，应用Verti Servo垂直钻井工具进行防斜打直。Verti Servo垂直钻井系统工作原理是在钻进过程中，近钻头重力传感器检测有井斜趋势时，即启动液压控制系统部件，一至两个肋板伸出向井壁，通过井壁对肋板的反作用力使钻头向垂直方向移动。当井眼完全垂直时,三个肋板全部伸出将钻头居中，保持井眼按垂直方向钻进^[7]。

（1）钻具结构。Φ311.15mmPDC+垂直钻井工具+ 回压阀+MWD接头+203.2mm无磁钻铤+308mm扶正器+203.2mm钻铤5根+旁通阀+139.7mm加重钻杆3根+139.7mm钻杆。

（2）钻井参数：钻压80-100KN，转速55-60r/min，排量57l/s，泵压13MPa。

本井二开陆相自流井组使用垂钻工具钻进井段901-991.34m，平均机械钻速7.11m/h，井斜由1.85°下降至1.27°，达到主动防斜效果；须家河组1482-1640.02m井段使用“PDC+单弯螺杆”工艺，井斜由1.27°下降至0.88°，平均机械钻速达到7.62m/h，创永川区块须家河地层机械钻速最高指标。垂钻系统能够从根本上解决井斜问题，该技术的主要问题是经济性。“PDC+单弯螺杆”钟摆钻具组合对地层的认识程度和钻井参数的控制要求较高，通过优选钻头和钻井参数，可实现防斜打直目的，取得不低于使用垂直钻井工具的机械钻速指标，提高经济性。

3结论及建议

（1）本井通过分析对比邻井地层、井斜变化规律，优选PDC钻头和螺杆，优化调整钻具组合和钻井参数，达到直井段防斜打直目的。

（2）在进入易斜地层前应提前合理调整钻井参数，避免井斜增长过快；使用9寸无磁钻铤能有效减少测斜楞长，有利于预测井底井斜变化趋势，及时调整参数。 

（3）永川区块由于地层倾角原因，直井段方位比较稳定，变化不大，将导致水平位移持续增加。建议在上部可钻性较好的地层提前滑动钻进，调整方位减少水平位移，提高滑动钻效率。

（4）海相飞仙关和石牛栏组地层倾角变化较大，井斜上涨趋势明显，低钻压吊打和无扶螺杆滑动钻进控制井斜无明显效果。对于该段造斜趋势较强的地层，建议使用1.25°有扶螺杆，在无磁钻铤上加入308mm扶正器，以便在滑动钻进纠斜时，能克服地层造斜趋势，达到纠斜目的。

（5）垂直钻井系统是一种能够从根本上解决井斜问题的技术手段，该技术需要解决的主要问题是经济性。“PDC+单弯螺杆”钟摆钻具组合对地层的认识程度和钻井参数的控制要求较高，需进一步探索。

 

参考文献

[1] 张建.钻井工程中井斜产生的原因与预防探讨[J].化工管理,2017(35):68.

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[3] 吕鹏翔.钻井过程中防斜打直技术的探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2014,34(2):105.

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[7] 李林,黄贵生,康力,等.国产垂直钻井系统在永川地区的首次探索试验[J].石油矿场机械,2018,47(2):46-48.

 

作者简介：钟滔（1986—），男，四川德阳人，研究方向：钻井工程。

 

 

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