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1、井眼缩径分析与预防对策 川东地区经过多年的油气勘探，井越钻越深，油气构造也越来越复杂。在钻探作业的 起下钻过程中，因已钻井眼缩小造成的遇阻、遇卡情况时有发生，如处理不当可能造成埋 钻具或大段井眼报废等重大经济损失。因此，分析产生井眼缩径的原因，找出适当的预防 及处理缩径的对策，是现有技术条件和装备情况下，降低钻井成本、提高钻探成功率的主 要内容。1 井眼缩径的主要因素 1.1 地层岩性引起的缩径 川东地区的主要油气层岩性碳酸盐岩，但要钻遇的页岩、泥岩、膏盐岩是主要的缩径 岩层段。井眼在钻井液的循环和浸泡下因水化分散和吸水膨胀造成井径缩小，岩屑分散混 在钻井液中难以清除，部分小颗粒的钻屑逐渐粘附
2、在井壁上形成较厚滤饼，使已钻出的井 眼小于原井眼。沙溪庙、自流井、龙潭组等层段的泥、页岩、砂岩极易发生井眼缩径现象。1.2 地质构造应力及断层引起的缩径 地层倾角大的地层钻出新井眼后，因构造受地质应力作用使地层在侧压力的作用下产 生层间的蠕动或位移，发生塑性变形，使原井眼出现位移后形成不规则的小井眼，严重时 将造成井壁的垮塌。在自流井、龙潭、梁山组地层易出现这类缩径现象。 1.3 液柱压力对低压地层造成的缩径 川东地区碳酸盐岩所形成的产层多，同一构造内纵向油气水层压力系数变化悬殊，即 使在同构造的同一地层压力系数也不相同。如洋渡溪构造的嘉二2层在 1#井压力系数为1.34，2#井为 1.75，
3、3#井的压力系数为 2.32。但在钻井过程中，为平衡地层流体，钻井液 密度的选择决定了在井眼内所形成的液柱压力。井眼内液柱压力低，平衡不了高压地层压 力；而高液柱压力在低压层或渗透性强的地层将造成漏失或钻井液的大量失水，易形成厚 滤饼使井眼缩径。 1.4 钻井液性能及质量引起的缩径 由于川东地区地质构造复杂，在同一裸眼钻井作业中，钻井液性能对井眼缩径也会带 来一定影响。 1）钻井液密度 因密度是按所钻地层及套管封隔层段的最高地层压力确定的，钻井液 密度高将导致该段失水增大，由于高密度形成的高固相含量使滤饼增厚造成井眼缩径。 2）钻井液矿化度低 钻井液的矿化度低于地层水的矿化度，则易渗透进入粘土
4、晶胞层 面间，产生渗透水化膨胀。失水越大，进入泥、页岩的钻井液滤液就越多，泥、页岩水化 膨胀使缩径越严重。 3）钻井液滤液的性质 滤液中若含有较多的 Na+、OH-或 C032-等，可与粘土表面产生 物理、化学或离子交换吸附，导致粘土表面所带负电荷增多，水化能力增强，使泥、页岩 水化膨胀产生缩径。 1.5 不当的工艺措施造成缩径 1）技术工艺不当 钻进中所加钻压不均匀或定点转动钻头使井壁形成台阶和不规则 的井眼，使用过大的排量钻进或定点较长时间的循环使冲蚀的井壁失稳，或过小的钻井排量因环空返速低不能有效地把岩屑带出地面，使井内垮塌物或岩屑下沉在井眼台肩或 不规则处堆积形成砂桥造成井眼缩小。 2
5、）为了短期利益 盲目使用清水或无固相钻进，或工作图方便向钻井液内冲入大量地 面水，起钻未及时灌足钻井液等，忽视了对井壁失稳的保护。特别是在泥、页岩、膏盐岩 层段造成吸水后产生水敏效应而膨胀，使井眼缩小，甚至造成井壁垮塌。 3）钻井液性能大幅度变化 如钻遇漏层后向井内补充大量新钻井液，又如钻遇高于钻 井液液柱压力的地层后大幅度加重或由地面泵入新的压井液，或平时对钻井液的维护处理 时加入处理剂过多、过快等，均会造成井内钻井液性能的大幅度变化，使井壁失稳、滤饼 增厚质量变劣,形成井眼缩小。 2 防止井眼缩径的技术对策造成井眼缩径的因素和情况各不同，故应根据井下的具体情况要有针对性的措施去预 防或处理
6、。 2.1 分析地质特征优化设计方案在设计井位前加强对地质情况的前期调查，对地层倾角大的井位可进行移动地面井位， 利用地层的自然造斜钻中靶井，或用定向钻井工艺来避开因地层因素所造成的井眼缩径。 如月 2 井、天东 22 井、天东 53 井、七里 24 井等井，都成功的利用地层自然造斜或定向井 工艺取得了理想的效果。 对于岩层破碎、压力梯度变化异常的复杂地层段，可在井身结构上改变或考虑增加一 级套管，同时加深表层套管的下入深度来有效地封隔复杂地层段。 2.2 合适的液柱压力及近平衡压力钻进为避免泥、页岩的井眼缩径，除控制钻井液的滤失量和提高钻井液的矿化度外，并适 当提高井眼内的液柱压力，增强对地
7、层所产生的侧压力，以阻止岩层塑性变形而造成的井 眼缩径，这对地层倾角大及岩层较破碎的层段效果都比较好。如月东 3 井、双盐 1 井、洋 渡 3 井在实钻中泥、页岩缩径发生阻卡甚至造成井下垮塌，在适当提高钻井液密度后井下 恢复了正常。对低压层或高渗透性地层在高液柱压力下钻井液失水使滤饼增厚形成小眼井，可适当 降低井内液柱压力减小压差，防止因压力差造成的井眼缩径。如七里 43 井的近平衡钻井和 洋渡 3 井的欠平衡钻井都取得了理想的效果。选择合适的钻井液密度应考虑以下 3 点： 以地质设计和邻井资料分析确定裸眼井段的最高地层压力为前提。提高井内液柱压力应 做到井下不漏，降低液柱压力应使井下不喷不垮
8、塌为条件。提高或降低井内液柱压力应 以井下能安全进行各种作业为目的。 2.3 选择不同的钻井液体系保持稳定良好的钻井液性能据所钻进地层情况，选择不同的钻井液类型，既能增效节资，又能有效地控制井眼的 缩小。地层倾角不大的井，上部井段可选用聚合物低固相钻井液，含量控制在 1 000mg/L1 500mg/L，中压失水小于 8mL；对中上部井段可选用钾钙沥青质钻井液，钾离 子含量大于 1 800mg/L、钙离子含量大于 200mg/L、沥青质加量为 2%-3%，中压失水小于 6mL；对中、下部井段可选用抗温能力和润滑性能好的聚磺沥青质钻井液。 对钻井液要维持稳定和良好的性能，重点控制钻井液滤失量，提
9、高钻井液矿化度，加 入适量润滑剂使井壁形成薄而坚韧光滑的滤饼来降低滤饼的摩阻和粘附力。严禁向钻井液 内冲入大量清水，使钻井液性能恶化造成井壁失稳。坚持使用离心除砂器、除泥器，及时 清除钻井液中的劣质固相，把固相含量控制在 10%以内，减少劣质颗粒在井壁上的粘附， 避免井壁滤饼增厚而形成小眼井。 2.4 使用先进的钻井工艺加快钻井速度 2.4.12.4.1 采用合适的下部钻具结构采用合适的下部钻具结构入井满眼钻具结构能有效地控制井身质量和井眼轨迹，并且稳定器能起到刮掉井壁滤 饼和压实井壁滤饼的作用，形成薄而坚韧光滑的滤饼。 对易吸水膨胀使井眼缩小及破碎、易垮塌的地层应简化钻具结构，或在钻柱上安装
10、随 钻井眼扩大器，以利在钻井中对可能发生井眼缩小的井段进行钻进和扩眼同时进行。并可 对入井钻具安装倒划眼工具，对起钻在小井眼段遇阻卡可进行倒划眼来扩大井径的作业。 有条件的可配置随钻震击器，以便在井眼缩径处遇阻卡时进行解卡作业。 2.4.22.4.2 定进尺划眼并强化短程起下钻定进尺划眼并强化短程起下钻 在易塑性变形造成井径缩小的地层钻进，可采用每钻进 1m 上提钻具慢速划眼一次，把 因塑性变形使井径缩小的那部分岩屑切削掉来保证所钻井眼直径。并强化每钻进 1 根单根 后应上提下放 12 根单根长度来回拉井壁几次，如无阻卡再继续钻进。在龙潭组和梁山组 地层使用此方法均收到理想效果。2.4.32.
11、4.3 良好的井身质量和加快钻井速度良好的井身质量和加快钻井速度 做到由开钻至 500m 井段，应控制好井斜角和方位的变化，保持上部井段钻直，对中、 下部井段避免小钻压吊打，控制过小的井斜角或随意加大钻压钻进，应以满足设计的井身 质量来控制井眼轨迹。为缩短钻井周期，应采用先进的钻井工艺技术，如高压喷射钻井、 井下动力钻具、高效能钻头等来加快钻井速度。 2.5 加强和完善现场作业方式及技术管理1）加强生产技术培训和教育，提高作业人员的技术素质、安全意识和在异常情况下的 应变及处理能力。2）严格执行钻井设计，限制用清水或无固相钻井液的钻井时间，对泥、页岩层段清水 浸泡时间控制在 7-10 天，避免
12、因长时间浸泡而导致井壁吸水膨胀形成的缩径和可能造成井 壁垮塌等严重后果。 3）对缩径井段或可能缩径井段应定时仔细扩、划眼，避免定点循环，并控制起下钻速 度，防止缩径井段造成阻卡。3 结论由于造成井眼缩径的因素各不相同，因此，对处理时的工艺技术措施应仔细分析，制 定出有针对性的技术对策。应以预防为基础，事前拟定出周密的预防措施，有效指导钻井 作业，把握有利时机，改进处理工艺，以多种途径提高预防处理成功率，以保障钻井安全。直井防斜钻具组合技术综述在石油及天然气钻井过程中，影响井斜的因素是多方面的，钻具组合及其操作技术对控制井斜起着至关重要的作用。随着钻具组合技术的发展，控制井斜的技术水平和能力也不
13、断提高。文章对旋转钻井过程中，国内外一些具有代表性的直井防斜钻具组合，尤其是对国内近几年的最新防斜钻具结构做了概要论述，并对这些防斜钻具的优缺点进行了对比分析。同时还简要介绍了国外最先进的井斜控制闭环系统及应用情况。旨在为钻井界科技人员提供此方面的技术信息，以便在实际钻井中加以利用和选择。主题词：直井；防斜装置；钻具组合；技术；综述钻井理论和工程实践表明，影响井斜的因素主要有地质条件、下部钻具组合和操作技 术。地质因素(地层倾角等)对井斜的影响是客观的不可控制因素，而防斜钻具组合和操作 技术则是主观的、可控制因素。因此，随着钻井工艺理论和实践应用的不断发展，直井防 斜钻具组合技术方面取得了长足
14、的进步。为了便于钻井工程技术人员在钻井施工中合理选 择和应用，本文将对国内外先进的防斜钻具组合和操作技术做一概述。1 钟摆防斜钻具1.1 力学理论基础钟摆钻具是早期钻柱力学研究的产物。50 年代初，A.Lubinski 在研究光钻铤受钻压作 用下的弯曲问题时，建立了竖直井内钻柱弯曲的微分方程，并根据边界条件，确定了一次、 二次及更高次弯曲的临界钻压。后来 Lubinski 和 H.B.Woods 等人通过对现场调查和试验， 放弃了井眼完全竖直的假设，认为实际的井眼都是倾斜的。钻柱某点将和井壁接触，称为 上切点。未加钻压时，作用在钻头处侧向力只是钻头与上切点之间钻铤重量的横向分量， 这个力称作钟
15、摆力，使井眼趋于垂直；当施加钻压时，将在钻头处产生另一侧向力，此力 使井眼偏离原来的方向。这二个力的合力决定了钻进方向。这就是钟摆钻具理论的基础。 此后有关钟摆钻具的研究都是在此基础上进一步完善和发展的。 1.2 工作原理钟摆钻具是利用斜井内钻柱切点以下钻铤重量的横向分力把钻头压向井眼下方，以逐 渐达到减小井斜的效果。这个横向分力的作用犹如钟摆一样，故称之为钟摆力。增加钟摆 力的一个办法是尽可能使用较大尺寸的钻铤，这样钻铤不容易被压弯，切点位置相对较高， 利于减斜。另一个办法是在此切点略高的位置上安装稳定器，以提高切点位置，增大减斜 力。同时，也能减小钻头外侧倾角(指产生增斜效果的钻头倾角)。
16、 1.3 设计要点和操作要求钟摆钻具在直井内无防斜作用，但在井斜发生时却有纠斜作用。钟摆钻具使用的成功 与否和钻压有直接关系。稳定器的安放位置是根据钻压确定的，超过这个钻压后，稳定器 以下的钻柱就会与井壁形成新的切点，导致钟摆钻具失效，所以操作中应严格控制钻压。 同满眼钻具相比，钟摆钻具只能使用较小的钻压。 1.4 适用范围钟摆钻具是国内外石油钻井应用最为广泛的一种钻具结构，一般可用于普通地区钻井 和井斜产生后的纠斜。2 满眼防斜钻具 2.1 力学理论基础60 年代以 Hoch 为代表的一批学者，把下部钻柱看成是纵横弯曲梁，以此为依据提出 了双稳定器防斜钻具的理论，这是以后满眼钻具发展的基础。 60 年代广泛使用了满眼钻 具，随后又出现了在钻头上增加一个近钻头稳定器的满眼钻具组合。Hoch 在钻柱力学分析中有以下缺点：把钻头与上稳定器简化，而且认为上稳定器处弯矩为零，这与实际情况相差甚远；对作用在钻柱模型上的力采用了线性迭加原理，这 在轴向力(钻压)较大情况下是不合适的。为此，西南石油学院的稳定器小组和杨勋尧曾对 Ho
