隗凯

摘要：高陡构造上部地层倾角一般在50°以上，最高达85°，钻井中易塌、易漏、易斜，钻压是平缓地层的30 %～50 %，由于钻压受到限制，严重影响了钻井速度的提高。钟摆钻具带偏轴钻具组合在相同井斜控制的情况下，钻压可提高30 %～50 %，该组合应用在定向井取得了较好的经济技术效益，平均机械钻速提高1倍以上。

关键词：定向井；高陡构造；钟摆钻具；钻具组合；推广应用

高陡构造井上部地层倾角一般在50°～80°之间，岩性为泥岩、页岩及粉砂岩，钻进中极易井斜，采用钟摆钻具钻压控制在120～140kN的情况下井斜仍然严重超标，为此有必要将偏轴钻具组合防斜技术与钟摆钻具相结合进行研究应用。钟摆钻具带偏轴钻具组合在大倾角地层钻进，具有较强的防斜能力，钻压较钟摆钻具组合提高30%～50%，机械钻速明显提高。该钻具组合较单纯的钟摆钻具组合具有更好的防斜、纠斜效果，在大倾角易斜地层推广应用该技术可较大地解放钻压，具有较大的推广应用价值。

1 偏轴钻具组合防斜原理

偏轴接头接在钻柱上，使偏轴接头上下钻具不在同一条轴线上，钻具在转动过程中产生离心力效应，“重边”从井眼上侧转向下侧时下落，产生有利于降斜的冲击力效应。

1.1 侧向离心力效应

钻柱旋轉中，侧向离心力大小由下式确定：

式中FC为侧向离心力，N；m为集中质量，kg；e为质量偏心距，m；n为转速，转/s。

由式（1）可知，侧向离心力效应的大小与偏轴接头以下的钻铤尺寸、偏轴距、转速有关。

1.2 冲击效应

钟摆钻具带偏轴钻具组合的“重边”下落带动钻头对井眼下侧产生冲击力，该力将克服地层的造斜趋势。钻头对上下井壁都有脉动冲击力，但对下侧井壁的侧向冲击力的平均值高于对上侧的冲击力。

2 钟摆钻具带偏轴钻具组合防斜技术

钟摆钻具带偏轴钻具组合结合了钟摆钻具和偏轴钻具组合的优势，一方面是利用了钟摆钻具带偏轴钻具组合的公转使钻头产生侧向离心力效应；另一方面加稳定器可以获得较大的钟摆力 （见图2）。

2.1 钻压。偏轴钻具组合钻压在 100～150 kN范围内钻头的平均侧向力变化不大，效果较好。经试验研究表明，钟摆钻具带偏轴钻具组合钻压在180～200kN范围内钻头的平均侧向力变化不大。

2.2 偏轴接头的安放高度

偏轴接头的安放高度对偏轴钻具组合的性能影响很大，位置低于6 m 时钻柱震动很大，转动不平稳。位置过高，钻头对下井壁的侧向力大幅降低，分析认为安放高度宜在9～14m内。

2.3 稳定器的安放高度计算

具组合稳定器的合理安放高度将直接影响防斜、降斜效果，稳定器合理安放位置可由式（2）计算：

2.4 转速。转速对偏轴钻具组合防斜效果影响显著，在条件允许的情况下，尽量提高转速。转速的提高不仅有利于形成稳定的公转状态，而钻头对下井壁的冲击效应随转速增加增大。

2.5 偏轴距。根据地层造斜力、井斜控制目标合理选择，311.2mm井眼偏轴距一般在25～32mm。

3 现场应用

3.1 钻具结构及钻井参数

1）钻具结构。高陡构造上部地层主要井眼段为311.2mm井眼，钻具组合为：311.2mm钻头+228.6～254mm钻铤8～10m+偏轴接头+228.6mm钻铤18m左右+311.2mm稳定器+钻柱。2）钻压。根据地层倾角、井斜控制要求、偏轴距大小确定合理的钻压，可依据以下原则确定钻压：①根据单稳定器钟摆钻具组合定量控制井斜计算钻压，并在此基础上钻压增加30%～50%；②根据测斜情况及时调整钻压；③加压后在偏轴接头处不形成切点。3）转速。偏轴钻具组合产生的离心力效应与钻柱转速的平方成正比，在设备能力、钻柱强度满足的情况下，转速提高到80～100r/min以上。

3.2 偏轴钻具组合安全钻进技术措施。钻具组合由于侧向离心力效应，加大钻柱先期疲劳损坏，采用该组合钻进应采取以下技术措施：①偏轴接头上下钻铤应使用新钻铤或质量较好、等级较高的钻铤；②在偏轴钻具组合上钻铤与钻杆间加3～5柱加重钻杆或在钻柱中加入减震工具，起减震、过渡作用，减小钻具先期疲劳损坏；③定期检查、倒换偏轴接头附近钻铤。

3.3 现场试验效果。高陡构造上部地层倾角均在60°以上，平均钻井速度低于1m/h，偏轴钻具组合防斜技术在高陡构造带进行试验研究，较好地解决了井眼轨迹控制和提高钻井速度的矛盾，该钻具组合钻压较钟摆钻具提高了30%～50%，平均机械钻速较邻井同井段提高102.83%。

参考文献：

[1]空气锤钻具防斜机理研究[J].郑德帅，高德利.石油钻探技术. 2016（02）

[2]单弯螺杆钻具组合防斜打快技术研究[J].姜兴福.长江大学学报（自然科学版）.2015（10）