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[摘 要]介绍了定向井钻井过程中“直一增一稳一降一直”阶段常用的钻具组合，并结合桩23区块施工的非常规定向井的现场所用钻具，分析了各个阶段所用钻具的特点，并优选了钻具组合，总结了一些经验，对五段制剖面类型定向井施工具有一定的参考价值。
[关键词]五段制剖面 定向井 钻具组合 桩23区块
中图分类号：P634.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0128-01
桩23区块构造位于胜利油田济阳坳陷沾化凹陷东北部五号桩洼陷的北部，其主要含油层系为沙三下Ⅱ油层组，储层岩性主要为细砂岩与粉砂岩，油藏类型为常温高压低孔特低渗透构造岩性油藏。由于地质开发的特殊要求，设计采用“直一增一稳一降一直”五段制井身剖面，如图1。以往对于施工五段制的井的造斜后钻具组合常采用常规钻具组合，很少考虑加有螺杆钻具的钻具组合形式，由于胜利油田东营组以下受复杂地质条件制约，以及高压喷射钻井条件等限制，常采用PDC+螺杆的钻具组合来提高机械钻速。本文根据在桩23区块施工的10口井，结合常用钻具组合的原理和现场施工经验，并突破以往常规，稳斜段采用1°螺杆+扶正器钻具组合，特别是降斜段采用直螺杆提高钻头转速，使得机械钻速明显提高，取得了明显的效果。
2 各井段钻具组合
2.1 直井段钻具组合
直井段施工的基本要求是严格控制井斜角，将井眼钻直，以便为定向造斜做好准备。采用高转速，打吊结合的方法，二档低速钻进，钻遇软地层时，小钻压吊打，硬地层时，适当增加钻压，提高机械钻速。在钻完直井段， 测多点，了解井身轨迹。搞好短起下， 认真处理泥浆，采用高粘度钻井液封井，确保单弯定向钻具下钻顺利。
目前国内防斜的常用钻具组合是塔式钻具组合、钟摆钻具组合和刚性满眼钻具组合。
塔式钻具组合的特点就是底部钻铤重量大，刚度大，整个钻铤柱的重心低，稳定性好，能产生较大的钟摆减斜力。而且Φ177.8mm钻铤为一开所用，起下钻速度快，减少在井口打卡瓦的次数。
桩23区块上部地层均匀，地层倾角小，地层造斜率小，在桩23区块施工的10口井中，采用塔式钻具组合或者钟摆钻具组合钻进2500米，井斜都在1°以内，井底位移30米左右。
在桩23区块，馆陶组底部以及东营组上中部，含有砾石夹层，不适合PDC钻头，现使用很成熟的第一只钻头是江汉钻头厂生产的HAT127[4-5]，一般情况下，使用常规钻具组合能钻至2000米，机械钻速能达40m/h。第二只钻头选用HJ517G（大齿）进尺500～600米，基本能钻至造斜点，机械钻速达13m/h。
2.2 造斜段钻具组合
目前，最常用的造斜钻具组合是单弯单扶螺杆钻具进行定向造斜或扭方位施工。这种造斜钻具组合是利用螺杆的弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使螺杆钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。
造斜钻具的造斜能力与螺杆的度数即弯曲角，弯接头上边的钻铤刚性大小以及螺杆的扶正块形状有关。弯曲角越大，弯接头上边的钻铤刚性越强则造斜钻具的造斜能力也越强，造斜率也越高。偏心的扶正块，比直棱的扶正块造斜能力强，造斜率高。
螺杆的度数应根据井眼大小、螺杆的规格和要求造斜率的大小选择。现场常用螺杆的度数为1～2.25°。一般不大于2.50°
桩23区块，二开井眼215.9mm，一般造斜率为15°/100m，造斜点井深2500米左右，适合采用1～1.5°螺杆。造斜段施工时，坚持定两根，复合一根，防止连续滑动钻进，狗腿度较大，影响后续施工。
常用的钻具组合为： Φ215.9mmHJ517G钻头+1～1.5°螺杆+Φ158.8mm无磁钻铤+Φ127mm加重钻杆×15根+Φ127mm钻杆。
采用HJ517G牙轮钻头，钻头使用时间较长，钻压适中，工具面稳定，复合钻进井斜微增，可减少滑动钻进的时间。
2.3 增斜段钻具组合
增斜钻具组合一般采用双扶正器钻具组合。增斜钻具是利用杠杆原理设计的。它有一个近钻头足尺寸扶正器作为支点，第2个扶正器与近钻头扶正器之间的距离应根据2个扶正器之间钻铤的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率大小确定。
由于桩23区块增斜段地层为东营组中下部，地层中等硬度，采用四翼PDC钻头和常规钻具组合钻进，高转盘转速钻进时，摩阻高，扭矩大，易造成憋钻，憋钻盘。但如果底部钻具组合中采用添加螺杆来提高PDC钻头的转速，可明显提高机械钻速。因此，可采用单弯螺杆加扶正器微增钻具组合，并且如果井底井斜方位漂移太大时，还可采用滑动钻进适当扭正。
常用钻具组合为：Φ215.9mmPDC钻头+1.25°单弯单扶螺杆+Φ210mm扶正器+Φ158.8mm无磁钻铤+Φ127mm加重钻杆×15根+Φ127mm钻杆。
施工的桩23-斜407井，采用的是江汉生产的等壁厚长6.0米的螺杆钻具组合，两扶正器间距离短，螺杆刚性强，增斜效果明显。
2.4 稳斜段钻具组合
稳斜钻具组合常采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具组合的刚性，控制下部钻具在钻压作用下的弯曲变形，达到稳定井斜和方位的效果。
桩23区块稳斜段长，采用刚性满眼常规钻具组合，存在机械钻速低的问题，一般采用同增斜段的一样的微增钻具组合，通过复合钻进，并适当控制钻压和排量来减缓井斜变化，小钻压，增斜慢，大钻压，增斜慢。在钻时较快的段，适当降低排量也能起到增斜的效果，适当降低排量也能防止方位漂移。根据稳斜段位移来调整降斜点。
3 具体施工实例
以施工的桩23-斜407VF为例， 400-1904m，因为桩23-斜407VF井是同台第四口井，下入动力钻具为了绕障，起钻时井底井斜为1.45°；1904-2640m，下入常规钟摆钻具组合，起钻时井底井斜0.53°，钟摆钻具组合在低压高转速下有一定的纠斜能力；2640-2834m，为造斜段，1.25°螺杆长度为8米，井底井斜20.24°，平均造斜率为11.56°/m；2834-2922 m，为稳斜段，采用上表微增钻具组合，由于地层原因符合钻进时地层降斜，平均降斜率达4°/100m，方位“左飘”，无法满足设计要求，起钻更换1°等壁厚的短螺杆（6m），并加入直径为210mm的扶正器，复合钻进时效果非常好，钻时快，井斜方位稳定。3379-4002m，下入直螺杆+扶正器的大钟摆钻具组合，平均降斜率达5.96°/100m，复合钻进至3778m，井斜降至2.92°，满足设计要求。
4.结论
（1） 定向井直井段采用常规钻具组合，打吊结合，坚持打直防斜，为保证后续的工作顺利进行。
（2） 造斜段密切关注井斜变化，防止全角变化率过大。
（3） 稳斜段增加钻压可使增斜率增大；减小钻压，则使增斜率降低。更换钻具组合改变近钻头扶正器与相邻扶正器之间的距离，距离越短，增斜率越低，距离越长，增斜率越高；改变近钻头扶正器与相邻扶正器之间的钻铤刚性，刚性越高，增斜率越低；刚性越低，增斜度越高。
（4） 降斜段采用PDC钻头+直螺杆+Φ177.8mm钻铤+Φ210mm扶正器18米大钟摆钻具组合，即满足降斜要求，同时能明显提高机械钻速，这是本区块施工的一个创新。
参考文献
[1] 杜旭东，张慧，曾玉斌，孙凯，王朋飞. 定向井常用钻具组合[J].石油矿场机械. 2009，38（5）：44-46
[2] 徐惠峰，唐兴智，胡丰金. 五段制定向井轨迹控制技术实践[J].石油钻探技术. 1994，22（1）：21-24.
[关键词]五段制剖面 定向井 钻具组合 桩23区块
中图分类号：P634.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0128-01
桩23区块构造位于胜利油田济阳坳陷沾化凹陷东北部五号桩洼陷的北部，其主要含油层系为沙三下Ⅱ油层组，储层岩性主要为细砂岩与粉砂岩，油藏类型为常温高压低孔特低渗透构造岩性油藏。由于地质开发的特殊要求，设计采用“直一增一稳一降一直”五段制井身剖面，如图1。以往对于施工五段制的井的造斜后钻具组合常采用常规钻具组合，很少考虑加有螺杆钻具的钻具组合形式，由于胜利油田东营组以下受复杂地质条件制约，以及高压喷射钻井条件等限制，常采用PDC+螺杆的钻具组合来提高机械钻速。本文根据在桩23区块施工的10口井，结合常用钻具组合的原理和现场施工经验，并突破以往常规，稳斜段采用1°螺杆+扶正器钻具组合，特别是降斜段采用直螺杆提高钻头转速，使得机械钻速明显提高，取得了明显的效果。
2 各井段钻具组合
2.1 直井段钻具组合
直井段施工的基本要求是严格控制井斜角，将井眼钻直，以便为定向造斜做好准备。采用高转速，打吊结合的方法，二档低速钻进，钻遇软地层时，小钻压吊打，硬地层时，适当增加钻压，提高机械钻速。在钻完直井段， 测多点，了解井身轨迹。搞好短起下， 认真处理泥浆，采用高粘度钻井液封井，确保单弯定向钻具下钻顺利。
目前国内防斜的常用钻具组合是塔式钻具组合、钟摆钻具组合和刚性满眼钻具组合。
塔式钻具组合的特点就是底部钻铤重量大，刚度大，整个钻铤柱的重心低，稳定性好，能产生较大的钟摆减斜力。而且Φ177.8mm钻铤为一开所用，起下钻速度快，减少在井口打卡瓦的次数。
桩23区块上部地层均匀，地层倾角小，地层造斜率小，在桩23区块施工的10口井中，采用塔式钻具组合或者钟摆钻具组合钻进2500米，井斜都在1°以内，井底位移30米左右。
在桩23区块，馆陶组底部以及东营组上中部，含有砾石夹层，不适合PDC钻头，现使用很成熟的第一只钻头是江汉钻头厂生产的HAT127[4-5]，一般情况下，使用常规钻具组合能钻至2000米，机械钻速能达40m/h。第二只钻头选用HJ517G（大齿）进尺500～600米，基本能钻至造斜点，机械钻速达13m/h。
2.2 造斜段钻具组合
目前，最常用的造斜钻具组合是单弯单扶螺杆钻具进行定向造斜或扭方位施工。这种造斜钻具组合是利用螺杆的弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使螺杆钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。
造斜钻具的造斜能力与螺杆的度数即弯曲角，弯接头上边的钻铤刚性大小以及螺杆的扶正块形状有关。弯曲角越大，弯接头上边的钻铤刚性越强则造斜钻具的造斜能力也越强，造斜率也越高。偏心的扶正块，比直棱的扶正块造斜能力强，造斜率高。
螺杆的度数应根据井眼大小、螺杆的规格和要求造斜率的大小选择。现场常用螺杆的度数为1～2.25°。一般不大于2.50°
桩23区块，二开井眼215.9mm，一般造斜率为15°/100m，造斜点井深2500米左右，适合采用1～1.5°螺杆。造斜段施工时，坚持定两根，复合一根，防止连续滑动钻进，狗腿度较大，影响后续施工。
常用的钻具组合为： Φ215.9mmHJ517G钻头+1～1.5°螺杆+Φ158.8mm无磁钻铤+Φ127mm加重钻杆×15根+Φ127mm钻杆。
采用HJ517G牙轮钻头，钻头使用时间较长，钻压适中，工具面稳定，复合钻进井斜微增，可减少滑动钻进的时间。
2.3 增斜段钻具组合
增斜钻具组合一般采用双扶正器钻具组合。增斜钻具是利用杠杆原理设计的。它有一个近钻头足尺寸扶正器作为支点，第2个扶正器与近钻头扶正器之间的距离应根据2个扶正器之间钻铤的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率大小确定。
由于桩23区块增斜段地层为东营组中下部，地层中等硬度，采用四翼PDC钻头和常规钻具组合钻进，高转盘转速钻进时，摩阻高，扭矩大，易造成憋钻，憋钻盘。但如果底部钻具组合中采用添加螺杆来提高PDC钻头的转速，可明显提高机械钻速。因此，可采用单弯螺杆加扶正器微增钻具组合，并且如果井底井斜方位漂移太大时，还可采用滑动钻进适当扭正。
常用钻具组合为：Φ215.9mmPDC钻头+1.25°单弯单扶螺杆+Φ210mm扶正器+Φ158.8mm无磁钻铤+Φ127mm加重钻杆×15根+Φ127mm钻杆。
施工的桩23-斜407井，采用的是江汉生产的等壁厚长6.0米的螺杆钻具组合，两扶正器间距离短，螺杆刚性强，增斜效果明显。
2.4 稳斜段钻具组合
稳斜钻具组合常采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具组合的刚性，控制下部钻具在钻压作用下的弯曲变形，达到稳定井斜和方位的效果。
桩23区块稳斜段长，采用刚性满眼常规钻具组合，存在机械钻速低的问题，一般采用同增斜段的一样的微增钻具组合，通过复合钻进，并适当控制钻压和排量来减缓井斜变化，小钻压，增斜慢，大钻压，增斜慢。在钻时较快的段，适当降低排量也能起到增斜的效果，适当降低排量也能防止方位漂移。根据稳斜段位移来调整降斜点。
3 具体施工实例
以施工的桩23-斜407VF为例， 400-1904m，因为桩23-斜407VF井是同台第四口井，下入动力钻具为了绕障，起钻时井底井斜为1.45°；1904-2640m，下入常规钟摆钻具组合，起钻时井底井斜0.53°，钟摆钻具组合在低压高转速下有一定的纠斜能力；2640-2834m，为造斜段，1.25°螺杆长度为8米，井底井斜20.24°，平均造斜率为11.56°/m；2834-2922 m，为稳斜段，采用上表微增钻具组合，由于地层原因符合钻进时地层降斜，平均降斜率达4°/100m，方位“左飘”，无法满足设计要求，起钻更换1°等壁厚的短螺杆（6m），并加入直径为210mm的扶正器，复合钻进时效果非常好，钻时快，井斜方位稳定。3379-4002m，下入直螺杆+扶正器的大钟摆钻具组合，平均降斜率达5.96°/100m，复合钻进至3778m，井斜降至2.92°，满足设计要求。
4.结论
（1） 定向井直井段采用常规钻具组合，打吊结合，坚持打直防斜，为保证后续的工作顺利进行。
（2） 造斜段密切关注井斜变化，防止全角变化率过大。
（3） 稳斜段增加钻压可使增斜率增大；减小钻压，则使增斜率降低。更换钻具组合改变近钻头扶正器与相邻扶正器之间的距离，距离越短，增斜率越低，距离越长，增斜率越高；改变近钻头扶正器与相邻扶正器之间的钻铤刚性，刚性越高，增斜率越低；刚性越低，增斜度越高。
（4） 降斜段采用PDC钻头+直螺杆+Φ177.8mm钻铤+Φ210mm扶正器18米大钟摆钻具组合，即满足降斜要求，同时能明显提高机械钻速，这是本区块施工的一个创新。
参考文献
[1] 杜旭东，张慧，曾玉斌，孙凯，王朋飞. 定向井常用钻具组合[J].石油矿场机械. 2009，38（5）：44-46
[2] 徐惠峰，唐兴智，胡丰金. 五段制定向井轨迹控制技术实践[J].石油钻探技术. 1994，22（1）：21-24.