偏重钻具防斜机理分析及应用

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1、偏重钻具防斜机理分析及应用张桂林　刘同富　张延明　　摘　要：介绍了胜利油田胜北断裂带和坨胜永断裂带两个地层倾角为30°～50°区块上的钻井情况，分析了偏重钻具的结构及防斜、纠斜原理。5口井的现场应用表明，该偏重钻具能有效地解决大倾角地层钻井中易发生井斜的问题，值得推广应用。　　主题词：偏重钻铤　井斜　井斜控制　纠斜　钻具组合　胜利油田　　中图分类号：TE262　TE821.2　　文献标识码：A　　文章编号：1001-0890(1999)01-0018-03InvestigationofDeviatio

2、nPreventionMechanismofUnbalancedDrillToolsandItsApplications　　ZhangGuilin,　LiuTongfu,　ZhangYanming(ProductionManagementDepartment,ShengliOilfield,Dongying,Shandong,257001,China)　　Abstract：Drillingactivitiesareintroducedintwoblockswithformationdip30°～50°

3、,thestructurefeaturesanddeviationpreventionmechanismoftwounbalanceddrilltoolsareanalyzed.Applicationresultsin5wellsshowthetoolscansolvetheproblemofwelldeviationencounteredinformationswithbigdipandisworthwideapplication.　　Keys：unbalanceddrillcollar,eccen

4、tricjoint,holedeviation,deviationcontrol,holestraightening,bottomholeassembly,ShengliOilfield一、前　言　　胜利油田东营油区存在着多个大倾角地层区块，其中胜北断裂带和坨胜永断裂带是最典型的两个区块。该区块中2000m以深的沙2段以下地层倾角一般为30°～50°，其特点是地层埋藏深、岩石硬度大、井斜控制难。在以往的钻井中，该地区常用刚性满眼钻具防斜但难以抵消地层的造斜作用，井斜不断增大；采用带“长18m稳定器”的

5、钟摆钻具吊打纠斜，机械钻速低，纠斜效果差；采用井底动力钻具纠斜，深部硬地层的纠斜操作难度大，井眼轨迹复杂，而且一次纠斜的效果很快被地层造斜作用所抵消。因此，多年来胜利油田坨胜永断裂带和胜北断裂带上每口井几乎都发生了严重的井斜。对这些完钻井资料进行分析，可以发现以下特点：　　1.所钻井眼上部地层的井斜一般较小，当钻至某一井深后井斜迅速增大，增斜地层都是沙3段。　　2.增斜速度快，用常规防斜、纠斜钻具难以将井斜控制在要求的范围内。　　3.井斜段地层硬度大，纠斜困难。　　4.全井机械钻速低，建井周期长。　　

6、针对这些情况，开展大倾角地层防斜打直技术攻关、探讨新的防斜纠斜钻具组合是非常必要的。二、结构原理　　胜利油田针对大倾角地层的井斜问题，认真分析了井斜的主要原因，对偏重钻具的防斜机理进行了探讨并使用了带偏重钻铤和偏心接头的两种偏重钻具进行防斜打直试验。实践证明，使用偏重钻具可克服其它防斜、纠斜钻具的缺点，在大倾角易斜地层中能有效地控制井斜，而且可在较大钻压下起到防斜作用。当井斜已增大时，减小钻压钻进的纠斜效果显著。1.偏重钻铤结构及工作原理　　在普通钻铤的一侧沿钻铤一条母线钻一排坑，去掉一部分钻铤重量，

7、造成几何中心和重心不重合，即形成偏重钻铤。当偏重钻铤绕其轴线旋转时就产生一个朝向重边的离心力，并且转速越高，离心力越大。在倾斜状态下，偏重钻具每旋转一周，本身的钟摆力和离心力就产生一次重合，这样对下部井壁就能产生较大的作用力即纠斜力（见图2a），从而使井斜减小。同时，由于周期性的旋转不平衡性使下部钻柱产生强迫弹性横向振动，从而大大提高了钻头切削井壁的能力（由于离心力的影响，钻头对各个方向井壁切削能力都有提高，从而使井眼扩大；若对下部井壁的切削能力增加，就有利于防斜）。此外，由于离心力的作用，偏重钻铤的

8、重边在旋转时具有贴向井壁的趋势，这样下部钻柱具有公转的运动特性，从而消除了钻柱自转对井斜的影响，使得偏重钻铤在直井中更具有防斜作用。图1　偏重钻具的纠斜原理偏重钻铤的基本工作原理，在于能够产生一个比较大的离心力，其计算公式如下：　　F=mrω2=mr(πn/30)2(1)式中　F——离心力（或向心力），N；　　　m——偏重钻铤质量，kg；　　　r——旋转半径（偏心距），m；　　　ω——转动角速度，rad/s；　　　n——转速，r/min。　　由式(1)可