防斜打直技术在哈山1井的应用探讨

刘艳玲

摘要：哈山1井是一口了解哈山南缘区块含油气情况的预探井，钻遇地层主要为中生界、上古生界，岩性致密，地层级值为6-10级，地层倾角为60°～70°，钻进过程中井斜控制难度极大。该井施工过程中先后采用了钟摆钻具组合、直螺杆钻具组合、垂直钻井工具、复合钻进技术四种防斜打直技术，应用结果表明：钟摆钻具组合低压吊打，可取得一定降斜效果，但钻速过慢；采用垂直钻井工具可在满钻压钻进的情况下有效降低井斜，但工具有效寿命较短；直螺杆钻具组合无降斜效果；复合钻进技术具有较好的降斜、稳斜效果，同时可保证较高的机械钻速。

关键词：哈山1井；防斜打直；钟摆钻具；螺杆钻具；垂直钻井工具；复合钻进技术

1概述

石油钻井中直井防斜一直是一个未能很好解决的技术难题，是制约钻井作业提速增效的重要因素之一。哈山1井是胜利新疆勘探项目部在哈山南缘的一口重点探井，设计井深2550m，钻遇地层为白垩系、侏罗系、石炭系、二叠系、石炭系，井身结构为Φ660.40mm×26.50m、Φ346.1mm×111.70m、Φ215.9mm×2554m。通过调研相邻哈浅区块的施工情况，该区块石炭系、二叠系处在高陡构造带，岩性致密，可钻性差。由所取岩芯判断，地层倾角地层为60°-70°，钻井过程中井斜控制难度极大。为有效控制井斜，哈山1井在钻进过程中先后采用钟摆钻具、直螺杆钻具组合、垂直钻井工具、复合钻进技术等防斜打直措施，使后期井斜得到有效控制，满足了钻井设计要求。

2哈山1井防斜打直技术

2.1钟摆钻具的使用

钟摆钻具组合其降斜原理是利用倾斜井眼中钻头与稳定器或切点之间的钻铤重力之横向分力，迫使钻头趋向井眼低边降斜钻进，以达到纠斜和防斜的效果。因此，钟摆钻具的钟摆长度、钻铤的抗弯刚度以及所钻地层、所用钻头及施加钻压等是影响井斜控制的重要因素。哈山1井先后应用两套钟摆钻具组合：

第一套钟摆钻具组合：Φ215.9mm*3A+Φ177.8mm钻铤*2根+Φ214mm螺旋稳定器*+Φ177.8mm钻铤*8根+Φ127mm钻杆，钻进地层为石炭系。

①钻进参数为：钻压100～120KN，泵压12MPa，排量34 L/S，转速80r/min；钻进段为800～855m；使用效果：井斜由3.3°增至5°，增斜率为3.09。/100m，机械钻速为2.76m/h。

②钻进参数为：钻压20～40KN，泵压12MPa，排量34 L/S，转速80r/min钻进段为855 990m；使用效果：井斜由5°降至4.7°，降斜率为0.22°/100m，机械钻速为0.59m/h。

第二套钟摆钻具组合：Φ215.9mm*3A+Φ127mm加重钻杆*1根+Φ214mm螺旋稳定器+Φ177.8mm钻铤*10根+Φ127mm钻杆，钻进地层为石炭系。

钻进参数为：钻压110～120KN，泵压12MPa，排量34L/S，转速75r/min钻进段为1137～1149m；使用效果：井斜由5.8°增至6.2°，增斜率为3.33°/100m，平均机械钻速为1.71m/h。

可以看出，在较高钻压下采用钟摆钻具组合，增斜快，与普通钻具组合增斜率基本一致。低压吊打时，降斜率为0.22°/100m，但机械钻速降至0.59m/h。

2.2垂直钻井工具的使用

机械式自动垂直钻井工具（SVD）由中国石油大学（华东）与中石化胜利油田钻井工艺研究院合作研制。

钻具组合：Φ215.9mm*3A+垂直钻井工具+Φ177.8mm钻铤*1根+Φ214mm螺旋稳定器*1根+Φ177.8mm钻铤*9根+Φ127mm钻杆，钻进地层为石炭系。

钻进参数：钻压120～140KN，泵压15MPa，排量34L/S，转速60～80r/min；钻进段990～1060m；使用效果：井斜由4.75°降至3.13°，降斜率为2.3°/100m，机械钻速为4.09m/h。

该工具机械钻速为吊打钟摆钻具机械钻速的6.93倍，为直螺杆钻具组合机械钻速的2.22倍，为复合钻进技术机械钻速的1.64倍。但机械式垂直钻井工具在应用中存在有效寿命较短的问题，制约了其进一步的应用。

3.3直螺杆钻具的使用

直螺杆钻具组合防斜的实质仍然是钟摆钻具防斜，因此应设计成钟摆钻具组合。

钻具结构：Φ215.9mm*3A+Φ172mm直螺杆+Φ177.8mm钻铤*1根+Φ214mm螺旋稳定器*1根+Φ177.8mm钻铤*9根+Φ127mm钻杆，钻进地层为石炭系，钻进段为1304～1377m。

①钻进参数为：钻压100～130KN，泵压12MPa，排量30L/S，转速60～80r/min；钻进段为1304～1369m；使用效果：井斜由8.1°增至9.1°，增斜率为1.54°/100m，机械钻速为1.94m/h。

②钻进参数为：钻压40KN，泵压12MPa，排量30L/S，转速60～80r/min；钻进段为1369～1377m；使用效果：稳斜9.1du3，机械钻速为1.14m/h。

通过上述内容可以看出，采用直螺杆钻具组合加压钻进时，机械钻速较高，但增斜较快，吊打钻进稳斜，直螺杆钻具组合在该井无降斜效果。分析认为这与该区块地层硬度高、地层倾角过大有关。

3.4复合钻进技术的使用

复合钻进防斜技术是指采用螺杆钻具配合高效钻头的钻具组合进行复合钻进，以此实现防斜和提高机械钻速的目的。

钻具结构为：Φ215.9mm*3A+Φ172mm动力钻具*0.75du3+定向接头+Φ177.8mm无磁钻铤+MWD无线随钻+Φ177.8mm钻铤*6根+Φ127mm加重钻杆*12根+Φ127mm钻杆，钻进地层为石炭系、二叠系。

钻进参数为：钻压80-120KN，泵压10～13MPa、排量32～34 L/S，转速60-70r/min；使用效果：1392～1525m段，石炭系，井斜由9.2°降至2.0°，机械钻速为3.35m/h。1532～2550m，井斜控制在2.0°以内，平均机械钻速为2.49m/h。

通过上述内容可以看出，采用复合钻进技术，在1392～1525m段降斜效果明显，在1532～2550m段，稳斜效果明显，同时采用该技术有效释放了钻压，提高了机械钻速。该技术在哈山1井中的应用取得良好效果。

3结论与建议

通过哈山1井应用不同类型防斜技术的效果可以获得以下结论：

（1）在哈山区块采用传统钟摆钻具组合轻压吊打，具有一定的降斜效果，但极大的牺牲了钻速，因而传统钟摆钻具组合不适用于哈山区块这类地层倾角过大地层的防斜钻进。

（2）采用垂直钻井工具，有效降低了井斜，同时可实现满钻压的钻进，提高了机械钻速。但该工具的有效寿命较短，仍需进一步改进。

（3）直螺杆钻具组合不适应岩性致密、地层倾角60～700的上古生界地层。

（4）复合钻进防斜技术较好的解决了哈山1井井斜难控制问题，其降斜、稳斜效果明显，能够保证较高的机械钻速，并且现有工具配套成熟，技术较为完善，是一种较好的在大倾角地层防斜打直的技术手段。

（5）对于哈山地区大倾角地层钻进过程的防斜打直问题，应立足现有技術，在总结地层造斜规律的基础之上，对复合钻进技术进行进一步优化设计；同时应尽快发展专用防斜打直工具，提高钻井效率。