防斜与纠斜

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第733页（5130字）

产生井斜的原因很多，除了地质因素和安装质量以外，钻具的配合、钻具在井内受力情况以及钻井技术参数的合理选择等，都对井斜的产生有较大的影响。

由图3－2－43可知，钻具下部受压弯曲和钻具在井内不居中，都会加大增斜力。切点A以下的钻具重量会产生减斜力。

图3－2－43 井下钻具受力分析图

增斜力：F_z=Psinθ 减斜力 F_σ=sinα

W=

图中： P－—钻压

θ－—钻头轴线与井眼轴线间夹角

a——井斜角

q——钻具单位长度的重量

l——切点A以下钻具长度

W——切点下的钻具垂直的重量

当 F_c＞F_z时井斜度会降低；

F_c＜F_z时则井斜度会增加；

F_c=F_z时井斜度稳定不变。

各种尺寸钻铤发生弯曲的临界钻压见表3－2－89。

表3－2－89 钻铤发生弯曲的临界钻压(泥浆相对密度为1．20)

从表3－2－89看出，钻铤弯曲的临界钻压是较低的。如果用降低钻压减少钻具的弯曲以保证井身质量，不符合多、快、好、省的原则。解决的方法是在钻铤产生弯曲处加上扶正器，以增加下部钻柱的支点。增加一个支点，弯曲的临界钻压可以提高1～3倍，这对快速钻直井较为有利。

(一)防斜

方法很多，下面介绍钻具合理配合钻直井的方法。

1．刚性配合法 即满眼钻井法。是我国各石油矿场广泛采用快速钻直井的重要措施。其基本原理是减小或消除增斜力F_z。鉴于钻具在井眼内不居中是产生增斜力的根本原因，刚性配合法，即增加钻具受压部分的刚度，使钻具居于井眼中心，以减小或消除增斜力F_z，防止井斜。减少钻具与井眼的间隙，是增加下部钻具刚度的有效措施。一般采用大直径钻铤、方钻铤、塔式钻铤配合或大尺寸钻铤配两个以上的扶正器，都会收到良好的效果。

刚性配合法较突出的特点是在钻压较大的情况下，井斜变化率和方位变化率较小，能避免“狗腿”的产生。

(1)上扶正器位置的确定钻具在钻压作用下，产生弯曲的最大临界距离：

式中 h_c——上扶正器离钻头的最大临界距离(m)

E——钢的弹性系数，2．1×10⁶kg／cm²

I——横断面惯性矩(cm)(见表3－2－89)

P——钻压(t)

将π、E值代入后得：

图3－2－44 上扶正器理想位置计算曲线图

注：①外径203mm，内径100mm的曲线。②外径107mm，内径90mm的曲线；7″钻铤曲线内径80mm；其他曲线尺寸见表3－2－89

装置两个以上扶正器，确定上扶正器离钻头的最小临界距离

图3－2－45 上扶正器最低位置计算曲线图

式中 C——钻头直径(井眼直径)与扶正器外径的差值(英寸)

⊿θ——每100m井斜变化率(度)

(2)下扶正器位置的确定 根据装置两个以上扶正器的几何关系，确定下扶正器离钻头的距离

图3－2－46 上下扶正器位置关系曲线图

图3－2－47 上下扶正器位置关系曲线图

式中 h_m——下扶正器离钻头距离(m)

h_c——上扶正器离钻头距离(m)

2．刚性配合法的具体使用

图3－2－44、3－2－45、3－2－46，3－2－47的应用：

(1)根据钻压和钻铤尺寸，由图3－2－44查出相应的上扶正器位置h_o；

(2)根据间隙C和所控制井斜变化率△θ，在图3－2－45中查出相应的上扶正器最低位置h_c1；

取h_c1的平均值作为上扶正器位置。若h_c小于h_c1，用图3－2－44即可确定上扶正器位置。考虑钻具自重的影响，上扶正器位置应比图3－2－44查出的数值低10%。

(3)h_o1确定之后，在图3－2－46，3－2－47中根据钻头与扶正器外径之差和所控制井斜变化率大小，查出下扶正器位置h_m。

刚性配合的关键是确定上下扶正器位置。为了更大限度提高下部钻具刚度，使钻具居中，可使用3个扶正器，最下面一个扶正器一般和钻头直接连接。

四川盐区常用的刚性钻具配合如图3－2－48。

图3－2－48 四川盐区常用的防斜钻具配合图

采用刚性配合法钻直井，应注意以下几个问题：

(1)此法适用于直井的继续钻进。如果井已打斜，再用此法，反而会使井身按照一定的斜度继续斜下去。调整下扶正器位置到上扶正器位置的最小距离(图3－2－45钟摆作用)，只能稳斜，不能减斜。

(2)保证钻头直径与扶正器外径的差值，一般不大于18mm。

(3)经常注意测斜，当井斜角较大时，必须改变钻具配合或调整钻进技术参数。

(4)必须采用优质泥浆，大排量钻进，防止间隙过小，造成卡钻。

(5)涡轮钻进时，一般不使用与钻头相接的扶正器。

(6)涡轮钻进时，必须定期改变方位，旋转钻具，防止井斜和卡钻。

(二)纠斜

井打斜以后，为了顺利钻达目的层，常用钟摆法降斜。

此法在地层倾角、井斜角较小时效果较好。其基本原理是提高切点位置，增加切点以下钻具重量，加大减斜力，从而起到减斜作用。为了提高切点位置，一般采用大直径钻铤，或在切点以上适当位置安装一个扶正器。

图3－2－49为确定扶正器位置的无因次图表。

图3－2－49 扶正器无因次位置计算曲线

图3－2－49横座标为，纵座标为X₁。

图中：m——钻具无因次单位长度(m)(见表3－2－89)

式中 E——钢的弹性系数，2．1×10⁶(kg／cm²)

I——横断面惯性矩(cm⁴)(见表3－2－89)

q——受压部分钻具单位长度重量(在泥浆中)(kg／m)

a——井斜角(度)

r——井眼与钻铤外径差值的一半(m)

X₁——扶正器离钻头的理想位置(无因次单位)

相应长度 X₁=mX₁

X₂——装扶正器后的理想钻压(无因次单位)

相应钻压P=mqX₂

S——相对间隙

在图(a)中S=0图(b)中S=0．5

举例说明使用方法

例：已知井径D=，井斜角α=3°，泥浆相对密度γ=1．20，钻铤。

求：当钻压P=11．5t需要降斜时，扶正器的理想位置X₁=?

解：

1．由表3－2－89查出有关数据，计算无因次单位钻压X₂，钻铤在泥浆中单位长度的重量：

q=0．847×97=82．2 kg／m

钻具无因次单位长度，m=17．5m

钻具无因次单位长度的重量：

mq=17．5×82．2=1439(kg)

计算无因次单位钻压：

2．计算

3．根据·X₂在图3－2－49中查出扶正器的理想位置。

当S=0时，由图3－2－49(a)查出A点

X₁=1．12(无因次单位)

X1(扶正器的位置)=mX₁=17．5×1．12=19．6(m)

当S=0．5时，

由图3－2－49(b)查出A′点

X₁=1．05(无因次单位)

即X₁扶正器位置=mX₁=17．5×1．05=18．4(m)。

4．讨论 由于实际钻井中，井径一般都有扩大(即S增大)，扶正器安装的实际位置应比理想位置低10%左右。

相对间隙一般在0～0．5之间，可用插入法求出扶正器位置。