海拉尔地区螺旋井眼防范措施.docx

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海拉尔地区螺旋井眼防范措施

海拉尔地区螺旋井眼防范措施

一、问题的提出

井眼的形成是钻头和地层相互作用的结果,由于地层和钻头的各向异性、当前钻井工具及轨迹控制技术的不完善,实际的井眼时刻都有井斜、方位的变化（曲率和挠率的变化）,随着进尺的增加,必然产生螺旋井眼。

通过精细测量和检测摩阻、扭矩变化等方法容易验证这个问题。

还可以通过长段岩心柱外形、起下钻时钻具的被动旋转等方面验证。

它的形成导致滑动摩擦力增大、钻压传递困难、滑动钻进机械钻速低、下套管阻力大、测井仪器下放困难、钻具失效快、井眼清洁困难、倒划眼切削新岩石、井眼质量变差、建井费用增加等问题,甚至影响到建井能否成功。

由于问题的复杂性、当前钻井技术的局限性以及井眼质量的要求,尽管上个世纪50年代Lubinski已认识到了螺旋井眼的问题（当时叫弯曲井眼）,但国内外研究者过去很少对此进行研究。

随着钻井技术的进步,为满足勘探开发、减少钻井费用、测井、采油、作业等要求,螺旋井眼问题的研究在国外已经提上了议事日程。

近两年海拉尔地区钻井速度逐步提高，但同时伴随着螺旋井眼的产生。

乌东区块（附图1）、苏301区块、希区（附图2）完成井不成程度的有螺旋井眼现象的产生。

造成测井曲线失真，尤其是密度曲线和声波曲线，地质人员无法对其进行油气层的划分，进一步影响了对该地区油气层分布的了解。

对于钻井施工方，由于螺旋井眼的产生，延长了完井周期；增加了钻井投资成本；后期修正措施也钻井风险。

如何有效的预防该区块螺旋井眼的生成，是我们面临的问题。

乌140-88井电测曲线截图（附图1）

希23-67井电测曲线截图（附图2）

希23-67井

如（附图1、2）所示，在常规测井曲线中，贴井壁测井项目受影响大，如井径、密度、中子、密度补偿值呈正弦波形状，而居中测量且探测较深的电阻率、自然伽玛、声波受影响相对较小，曲线没有出现异常。

二、影响螺旋井眼产生的主要因素

井眼的形成受地层的客观因素和钻具组合、钻井参数等主观因素的影响,螺旋井眼的产生也离不开这些方面。

归纳起来,影响螺旋井眼产生的因素主要有如下几个方面:

1、地层的可钻性。

由于地层的可钻性不同,导致了钻速、钻具受力、造斜率、方位漂移等问题,自然会导致螺旋井眼的产生。

例如垂直岩石层面方向可钻性较好,受地层产状影响,钻出的井眼不但有井斜的变化还有方位的变化。

2、钻头和地层的各向异性。

由于钻头和地层的各向异性,导致钻头和地层相互作用的复杂,而井眼的形成与此密切相关。

其影响结果会使钻头实钻方向和钻头受力不一致,造成井斜和方位的变化,同时会反过来影响下部钻具组合的受力,影响井眼轨迹控制,促使螺旋井眼的形成。

3、钻头的侧向切削能力。

钻头侧向切削能力的不同,造成横向钻速的不均匀,从而导致井斜和方位的不断变化。

4、钻头侧向力。

钻头侧向力的产生,导致横向破岩,从而产生诸如增斜、降斜、增降方位等变化。

5、钻头转角。

钻头出现转角导致钻头的指向和井眼轴线不一致,从而改变井斜和方位。

6、钻头和钻铤的直径比。

钻头和钻铤的直径比不同,导致下部钻具组合受力不同,从而影响井眼轨迹。

7、井眼扩大率。

井眼扩大不仅导致涡动,而且会影响侧向力和钻头偏转角,自然会形成螺旋井眼。

8、机械钻速和周向转速的比例。

机械钻速和周向转速的比例直接决定了螺旋井眼的直径和螺距的大小。

9、下部钻具组合的影响。

不同的下部钻具组合,其造斜率以及和地层作用力不同,导致井斜和方位的变化。

10、螺旋扶正器的影响。

从微电阻率扫描成像测井上反映的特征为明显螺旋井眼，成像动态加强图上反映的井眼螺旋间距与螺扶间距一致，对应的常规曲线以PEF为主，明显正弦波特征（尤其是带有测量臂和极板的测试仪器）。

11、钻井参数的影响。

不同的钻压、转速、泵压、钻井液排量对不同钻具组合在不同区块的侧向力、钻头偏转角有很大影响。

单纯从钻柱力学分析而言,不同钻压对下部钻具钻头变方位力影响较小,但是,由于地层的影响,某些区块变方位对钻压比较敏感。

当然,影响螺旋井眼产生的原因很多,研究这些因素如何影响螺旋井眼以及影响程度十分必要,特别是研究不同因素耦合作用的影响是当前乃至今后研究的重点。

三、螺旋井眼的危害

定向井、水平井、大位移井以及分支井研究表明,摩阻和扭矩是影响钻井质量的重要因素。

岩屑床、狗腿度等对摩阻和扭矩的影响较大。

而螺旋井眼形成以后,会导致井眼质量变差,并产生一系列危害：

1、起下钻以及钻进过程中,滑动摩擦力较高,从而导致上提钻柱大钩载荷过大,下钻困难,钻进中钻压传递困难,致使滑动钻进机械钻速低。

2、即使井眼钻成,但会导致下套管阻力大、测井仪器下放困难。

3、钻柱会产生高振动,钻头工作不平稳,导致钻柱失效快,钻头寿命短,钻头用量增多。

4、在螺旋井眼中,井眼清洁困难,岩屑床沉积严重,而且井壁容易坍塌致使卡钻。

5、在螺旋井眼中倒划眼时会切削新岩石,大大降低了钻井效率和钻头的使用寿命。

6、螺旋井眼会使测井响应不稳定,将会导致错误的解释结果，不能进行油气层的划分。

7、如果产生螺旋井眼，并且现象严重影响到曲线的识别，对于钻井施工方不得不采取补救措施，这样不但增加了钻井施工的风险，同时延长了钻井周期，增加了钻井成本。

四、解决螺旋井眼问题的方法

我们在苏区施工的苏301-52-53井，苏301-4井电测曲线显示为螺旋井眼，造成密度曲线及声波曲线跳动，无法进行油气层的划分。

通过分析有以下2点主要原因：

1、地层原因，该井出现螺旋井眼段地层夹层多、夹层薄，造成井径变化频繁。

2、钻具因素，单弯螺杆可能也是造成该井螺旋井眼的原因之一。

针对这种情况：

1、我们在苏301-56-51井施工中改变钻具组合使用直螺杆+Φ214mm扶正器（18米扶钻具组合）。

2、在1850-2000米井段拉好井壁。

完井电测未再出现螺旋井眼。

螺旋井眼的形成是很难避免的,而带有结构弯角的导向钻具在旋转钻进过程中必然产生螺旋井眼。

应从如下几个主要方面防止螺旋井眼的形成。

1、加强地层规律性的总结和分析，我们可以对不同区块出现螺旋井眼现象的井，分层位进行分析。

看什么区块、什么层位、什么岩性、什么型号的钻头、什么钻具组合，容易产生螺旋井眼。

产生螺旋井眼是哪种原因造成的。

2、提前预防。

对易产生螺旋井眼的层位进行提前预防：

如增加短起下的次数，适当的进行钻井参数、钻具组合的调整，钻头选型进行更换。

3、研究开发新型钻头。

可以和钻头厂家结合，对易产生螺旋井眼的钻头，针对区块地层特点进行钻头的改进。

如：

钻头的保径、布齿、以及移轴。

研究开发新型适合海拉尔地区施工需求的个性钻头。

如：

牙轮钻头在定向、水平井可采用以下附加特征，强化保径、修理井壁和减小牙轮掌背与井壁的间隙，起到“满眼”的效果，将螺旋井眼的危害降低到最小。

（1）特别保径（T）特征

在背锥齿与外排齿之间增加了一排有

侧切削能力的齿，用于加强保径、修整

井壁和保护牙轮壳体。

增强对井壁的修

正效果。

（2）（L）掌背扶正块

在掌背焊扶正块并镶齿，有利于改善钻

头工作状态，减小牙轮掌背与井壁的间

隙，起到“满眼”的效果，在定向井和

水平井能有效保护牙掌和储油孔。

（3）（G）掌背保径

钻头掌背镶齿强化，在研磨性地层或定

向井和水平井中，它能有效的修整井壁，

降低牙掌磨损，延长钻头的使用寿命。

4、增强螺杆扶正器的扶正特性。

如适当增加螺杆扶正器的直径，确保螺杆扶正器起到修正井壁的作用。

5、减少螺杆的弯度，降低公转半径，从而增大螺旋井眼的螺距。

另外，在进入易产生螺旋井眼的层位，尽量采用直螺杆加钻头复合钻进，消除螺旋井眼的根源。

6、优配钻头的轴向和径向速度（机械钻速和转速）。

7、根据螺旋井眼影响因素的分析,优选钻具组合和钻井参数。

8、钻进过程中，要增大钻井液的排量。

大排量的钻井液对井壁起到冲刷的作用。

9、针对易产生螺旋井眼的层位，电测时要降低测井速度。

五、防止螺旋井眼技术的发展

2002年2月，Halliburton能源服务公司发布了一套新的钻井新系统——FullDrift，包括SlickBore配套钻井系统、Geo—Pilot旋转导向钻井系统和SlickBore钻扩眼系统。

与SlickBore系统配套的系统有：

随钻测井系统、随钻测压系统PWD、振动传感器DDS和声波井径AcoustiCaliperMWD。

Halliburton能源服务公司提出了FullDrift成套钻井方案，可提供优质井眼，从而减少建井费用、提高油藏运移能力、延长钻柱寿命、提高机械钻速、优化底部钻具组合。

他们采用特殊设计的正排量马达（带下部外螺纹）以及SecurityDBS的PDC钻头（带上部内螺纹）、长保径来减小钻具组合摆动幅度，而横向振动减弱，可提高轨迹控制能力、井眼质量和钻井效率。

另外，带下部外螺纹的钻井液马达使用了特殊设计的轴承和驱动轴，虽然马达的结构弯角减小了，但配合长保径的钻头，导向性能没有降低。

弯点以下的长度减小提高了钻具组合的导向能力，同时扶正了下部钻具组合，避免了弯壳体和井壁接触，从而减小了摩阻，提高了钻压传递效果。

在北海地区的大量使用表明，与用常规马达钻井相比，SlickBore系统能大大提高机械钻速，该地区的建井周期减少了25～5O。

由于减弱了钻头跳动、涡动和侧向振动，从而延长了钻头寿命，提高了马达和LWD的可靠性。

在导向能力和钻压传递方面的提高也有所体现，但更重要的是提高了井眼清洁效果。

采用常规钻井液马达钻出的井眼易出现螺旋状，而采用SlickBore系统在旋转钻进和滑动导向钻进时均可避免出现螺旋井眼。

在北海的多次使用表明，使用了SlickBore系统后，钻井效率提高了25%。

另外，SlickBore系统与常规钻井液马达系统的结构对比情况如图1所示。

最大偏移量：

D1>D2，弯点到钻头的距离：

L1>L2，结构弯角：

a1>a2，钻头保径段长：

B1

由于缩短了弯点到钻头的距离，钻头保径长度增加，就同样的造斜率来说，降低了需要的弯壳体度数另外，由于缩短了力臂，减小了旋转半径，可以避免涡动现象产生。

图1-SlickBore系统和常规钻井液马达系统结构对比