气体钻井井斜机理研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报2012年2月第34卷第2期JournalofOilandGasTechnologyFeb．2012Vo1．34No．2气体钻井井斜机理研究张辉，高德利(中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249)段明星(中国船级社海工技术中心，北京100007)[摘要]气体钻井存在井斜不易控制的难题，其机理尚不明确。应用纵横弯曲BHA(底部钻具组合)分析方法和钻头与地层相互作用模型，根据实钻资料对比分析了气体钻井和钻井液钻井的地层造斜特性，进而探讨了气体钻井的井斜机理。

2、结果表明，与钻井液钻井相比，气体钻井条件下地层造斜力和钻具降斜力都有增加，但地层造斜力增加的幅度更大，这正是气体钻井更容易发生井斜的原因。因此，建议在用气体钻井技术打直井段时，通过调整钻具组合和钻进参数适当增加钻具的降斜力，以提高井身质量。[关键词]气体钻井；钻井液钻井；井斜机理；造斜特性；各向异性[中图分类号]TE242．6[文献标识码]A[文章编号]1000—9752(2012)02—0103—03近年来，随着油气勘探形式的发展，气体钻井技术在国内外的应用越来越广泛，并成功地解决了漏失严重地层、低渗透地层、水

3、敏性低压地层、严重缺水地区等特殊条件下的钻井难题[】]。但是目前的现场实钻结果表明，气体钻井普遍存在井斜不易控制的难题。例如在我国近几年施工的玉门青西油田窿9井(2002~2004年)和Q2—33井(2004年)、川东北老君1井(2006年)和清溪1井(2006年)、川西大邑1井(2006年)、长庆油田苏39—14—4井(2003年)和苏38—19井(2004年)等井中，井斜问题都十分突出[4-6J。并且其井斜现象呈现出新的特点：原来用钻井液钻井基本不斜的区块，采用气体钻井后，出现了较严重的井斜问题；或是气体钻井

4、井斜已十分严重的井，转换成钻井液钻井后，井斜很快变小。国内研究者已经开始关注这一问题。李敬元等分析了钻压、钻井流体密度对钻具增斜能力的影响；练章华等用有限元法分析了气体钻井和钻井液钻井条件下的井斜趋势，认为相同地层倾角下气体钻井的井斜趋势比钻井液钻井更明显。笔者综合应用纵横弯曲BHA(底部钻具组合)分析方法和钻头与地层相互作用模型，根据实钻资料对比分析了气体钻井和钻井液钻井的地层造斜特性，进而研究了气体钻井的井斜机理。1BHA分析方法笔者采用的BHA分析方I-法为纵横弯曲法l9]。BHA的受力状况如图1所示。图1

5、中，P表示作用在钻头上的钻1压；P。表示钻头侧向力；L、L、L。分别表示第一、二、三跨——钻具的长度；

6、0表示井眼曲线髟LS一的曲率半径；。表示钻头转角。分析钻具的受力状况，结图1底部钻具组合的受力状况[收稿日期]2010—12—13[基金项目]国家自然科学基金项目(51174220)；国家973”计划项目(201OcB2267o3)。[作者简介]张辉(1971一)，女，l994年石油大学(华东)毕业，博士，副教授，现主要从事油气井信息开发与应用方面的研究工作。学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报*

7、油气田开发工程2012年2月合稳定器处的连续条件和上边界条件，得出如下三弯矩方程组：．Mtz(“)+7Mi[Y(“)+鲁·y(“计)]+M汁LL~+』IIiZ(“汁)一一L2Li+lIiX(1)6EI(Y斗l—Y)-x(“)一·二汁)+L』斗LLtIl+1i：=1，～ng升1X(u1)L1+4[2M+1Y(“1)+Mz(1)]L，1—24EI[L(∑L)K—Y++Y]f一1式中，i为BHA纵横弯曲梁力学模型的跨数，共n跨，无量纲；Y是第i跨上端的稳定器(或上切点)的Y坐标；K为井身曲线的曲率，o)／m；Mi为第i

8、跨稳定器处的弯矩，N·m；L为第i跨钻具的长度，m；q为第i跨钻具的线重，N／m；E为弹性模量，Pa；为惯性距，cm；x(U)、Y(u)和Z(u)为轴向载荷对梁柱变形的放大因子，无量纲。根据上述三弯矩方程组，取底部钻具组合中最下面一跨为研究对象，可求得出钻头处的侧向力：P一一f++1＼L(2)lL1，式中，P为侧向力，N。P的方向与符号之间关系是：若P>0，则为增斜力；若P<0，则为降斜力。2地层各向异性指数反演方法假设钻头的三维钻速是钻头机械净作用力的线性函数，考虑钻头各向异性和地层各向异性的影响，l可得到钻头

9、与正交各向异性地层相互作用的三维钵速方程如下]：{V)一D·[丁]·{F)[T]一Ibj[E]+b(1一)[A]+，(1一b)[B]+Ib(_『z—。)[C]+(1一J)(I—jb)[A][B]+(．『。一J)(1一Jb)[c][B](3){}一[VVz]{F)一[FFvFz]式中，V为机械钻速，m／h；V、V、V分别表示机械钻速在X、y、z方向上的分量，m／h；D为钻头