防斜打直技术现状与对策.ppt

防斜打直技术防斜打直技术防斜打直技术防斜打直技术现状与对策现状与对策现状与对策现状与对策1目目  录录1. 概述 2. 防斜与纠斜原理3. 常规防斜纠斜技术4. 正在发展中的防斜打快技术 5. 几点认识21. 概述概述1.1 引言1.2 防斜研究的历史回顾3随着油田勘探开发工作的不断深入，所钻遇的地层构造越来越复杂，对地质中靶的要求也越来越高，特别是高陡构造的防斜打快问题更是钻井技术中的难点和重点 直井防斜技术已有数十年的历史，对防斜打直起到了重要作用但是，传统的防斜和纠斜技术多采用“轻压吊打”，往往是以牺牲钻井速度为代价 1.1 引言4尽管如此，在高陡构造以及造斜能力强的地层中，即使是用很小的钻压和很低的钻速，也往往难以有效地控制井斜现代防斜打直技术的核心是解决提高井身质量和钻井速度之间的矛盾，必须突破“轻压吊打”旧观念的束缚，积极探讨新的防斜技术这些新防斜技术的特征在于实现优质与高效的统一，即不仅是“防斜打直”，而且要“防斜打快” 1.1 引言5井斜是钻井工程与生俱来的、最古老的经典问题 井越深，井斜问题越突出，危害越严重除直井外，定向井、水平井等特殊工艺井的直井段也都存在井斜与防斜问题。

高陡构造、复杂地层的井斜问题，尤为突出，已形成一种技术“瓶径”1) 井斜问题在钻井中普遍存在1.1 引言6开发井，井斜使井眼偏离设计井位，打乱开发布井方案探井，井斜使地质资料失真，甚至错失油气层引发钻井工程事故(钻柱、套管磨损，破裂折断，卡钻)引发下套管困难，影响固井质量(套管不居中导致窜槽、管外冒油气等)影响采油工作(下封隔器困难、封隔密封不好、抽油杆磨损折断等)(2) 井斜的主要危害 1.1 引言7井斜角不能超过许用值井斜变化率(即狗腿严重度)不能超过许用值井底水平位移不能超过许用值(3) 井斜质量标准分类分类设计井深设计井深(m)最大井斜角最大井斜角()最大水平位移最大水平位移(m)最大井斜角变化率最大井斜角变化率(/100m)优质井优质井合格井合格井优质井优质井合格井合格井24002400280028003445305050602333表表1  某油田对直井某油田对直井(生产井生产井)的质量标准规定的质量标准规定对定向井尤其是丛式井组的直井段，对井斜角则有严格的限制(一般要求直井段终点处井斜角在0.5以内)1.1 引言81924年，文章“井为什么会斜？”(《华盛顿邮报》)1928年，首例使用稳定器1929年，H. H. Jone文章“如何钻直油井或利用重力钻直油井？”(OGJ. May, 1929)，首先提出利用钻铤重量来减小井斜角(1) 20世纪的20年代人们已开始认识到“井斜”问题并探索井斜产生的原因，并研究利用“重力效应”来降低井斜。

1.2 防斜研究的历史回顾 91930年，M. Capelushinikov，“在钻进中井眼为什么会弯曲？”，用梁的弹性弯曲研究井斜问题1936年，L. V. W. Clark，“直井和定向井技术的理论研究”，把钻柱分为四种状态(静态、螺旋失稳态、压弯态和常态)，指出只有使用稳定器才能收到可靠的稳定效果1941年，F. A. Willers，“重力杆件的纵力弯曲”，其基本思想接近A. Lubinski 的直井钻柱模型以上表明人们已开始尝试从钻具结构上去分析影响井斜因素并加以控制2) 3040年代人们开始深入地从钻具组合的受力变形上去分析产生井斜的原因，并探讨控制井斜的方法 1.2 防斜研究的历史回顾 10这是井斜控制与BHA受力变形研究最活跃的时期，以A. Lubinski为代表，仅美国发表的有关文章至少有54篇之多，研究结果被制成图表在生产中应用 1950年，A. Lubinski，“A Study of the Buckling of Rotary Drilling String”(DPP，1950)即“旋转钻柱的屈曲研究”一文，比较全面、系统地研究了直井中钻柱的受力变形和多次弯曲问题，得出一个三阶微分方程和七方面应用，指出钻头偏转角是影响井斜的主要原因，指出钻压不应加在1~2次弯曲临界值之间的结论。

(3) 50年代1.2 防斜研究的历史回顾 11图图1钻柱上作钻柱上作用的外力用的外力图图2钻柱弯曲钻柱弯曲 的曲线形状的曲线形状1.2 防斜研究的历史回顾 12PB＜(PB)I，直线稳定状态，At=0PB=(PB)I，发生一次弯曲，At↑PB＞(PB)I ，一次弯曲加大，At↑→(At)maxPB=(PB)II，发生二次弯曲，At↓其实上述结论并不正确问题在于任何直井都会有井斜，钻柱会因重力的横向分力作用躺在井壁上力学模型不应是两端铰支直杆的纵横弯曲，而是受压梁柱的纵横弯曲问题A.Lubinski于1955年修正了他的研究结果，提出了新的受力方程 1.2 防斜研究的历史回顾 13小型造斜器理论 (H.M.Rollins)地层可钻性理论 (Sultanov，Shandalov)钻柱力矩理论扩眼作用与钻头偏移理论优先碎屑地层理论Mclamore-Bradley偏斜力理论各向异性塑性理论Lubinski，Woods各向异性地层理论 (4) 6080年代国内，自1977~1988年间也开展了大量的研究工作请参考《井斜控制理论与实践》(白家祉，苏义脑著，1990)一书人们开始较多地从地层因素方面寻找井斜原因。

1.2 防斜研究的历史回顾 142防斜与纠斜原理防斜与纠斜原理2.1 井斜控制原理2.2 钻头侧向力和钻头倾角2.3 地层造斜力15(1) 影响井斜的主要因素 2.1 井斜控制原理图图3  力力-位移模型图位移模型图16① 井眼轨道的形成是钻头与地层相互作用的结果，井斜是由钻头侧向力和钻头倾角的联合作用产生的一般情况下，钻头侧向力是引发井斜的主要因素 ③ BHA确定后，实际控制参数一般只有钻压PB2) 井斜控制参数 2.1 井斜控制原理② 井斜控制实质上是对RB(钻头侧向力)和At(钻头倾角)的综合控制 17图图4 井斜原理分析井斜原理分析2.2 钻头侧向力和钻头倾角微分方程法 (A. Lubinski)有限元法 (K. K. Millheim)纵横弯曲法 (白家祉)能量法 (B. H. Walker) 18(1) 计算公式 式中PB—钻压； e1—第一稳定器与井眼直径差值之半，w1—钻铤线重量；—井斜角；M1—第一稳定器处内弯矩； L1—第一稳定器以下的钻柱长度q1—下部钻铤的横向载荷集度，E—钢材弹性模量；EI1—钻铤抗弯刚度X(u1)、Z(u1) —第一跨梁柱放大因子2.2 钻头侧向力和钻头倾角19(2) 应用举例对光钻铤 (令M1=0)钻头侧向力 上切点位置 图图5  光钻铤光钻铤wPPB2.2 钻头侧向力和钻头倾角20(3) 影响因素分析PB↑ P ↑ 要降斜，必须减少P，即减小钻压PB，即吊打。

w1↑ P↓，即重钻铤可利于降斜↑ P↓，即井斜角大时，降斜效果好钟摆钻具的At>0，它引发增斜作用，使总的降斜效果又有减弱 以钟摆钻具为例 2.2 钻头侧向力和钻头倾角21(1) 基本假设图图6  地层力分析简图地层力分析简图2.3 地层造斜力钻头各向切削能力相同(理想钻头)岩石处于表面破碎阶段(钻速与钻压成正比)钻头对地层的作用力位于地层剖面内各向异性层状地层在其走向方向均质连续(横观层状)22式中 “－”号表示Ff沿图中x轴反向，即指地层上倾方向 (2) 计算公式Ff—地层自然造斜力h— 地层各向异性指数—地层倾角—井斜角2.3 地层造斜力23对各向同性地层，h=0 即合位移角=合力角，钻头将沿合力方向钻进对各向异性地层，h>0表明在异性地层中钻头不会按合力方向钻进(即地层有偏斜作用)若＜，Ff＜0，表明地层力为造斜力，使钻头向上倾偏斜； 若＞ ，Ff＞0，表明地层力为降斜力，使钻头向下倾偏斜； 若= ，Ff=0，表明地层无偏斜作用，钻头将沿地层面法向钻进 (3) 定性分析2.3 地层造斜力24在初始钻进时，=0，Ff有最大值，使钻进方向向地层上倾方向倾斜，导致＞0；此后Ff↓，↑，直至= ，即钻进方向与地层法向一致，Ff=0 地层倾角越大，Ff越大，即大倾角地层井眼偏斜越严重 Ff与PB成正比，即地层造斜力与钻压成正比。

钻压越大，井斜越严重这是常规降斜技术中要吊打的原因之一以上几条均与现场经验相符2.3 地层造斜力25现场经验 ：n <45，钻头上倾n >60 ，钻头下倾n =45~60 ，不确定 上述经验说法是否正确？所谓不确定的含义是什么？(4) 临界地层倾角2.3 地层造斜力26 前面的地层造斜力公式是在4条假设下推出的，未考虑实际钻头的各向切削异性、体积破碎等因素临界地层倾角c ：式中 c—临界地层倾角； K90—钻头横向切削指数它在数值上等于当钻头在各向同性地层中钻进时，作用在钻头侧向(=90)上的力在单位时间所产生的切削量与同样大小的力另作用在轴向时所产生的相应的切削量之比，亦即相应钻速之比 2.3 地层造斜力27图图7  临界地层倾角临界地层倾角c和和K90、h间的关系间的关系 临界地层倾角方程图解 由图中K90、h值可作正交图线解出相应的c2.3 地层造斜力28对各向同性地层(h=0)，理想钻头(K90=1)，可得： c=45对各向异性地层h＞0，可得： c＞45一般情况下，c在45~60间(少数也有c＞60)分析与推论2.3 地层造斜力29判据：当实际地层倾角＜c，地层力使钻头向上倾偏斜＞c，地层力使钻头向下倾偏斜这就解释了现场经验，从分析上确定了“不确定”的真实趋向。

当＜45≤c，肯定向上倾偏斜当＞60，但＜c，也向上倾偏斜；＞c，即向下倾偏斜2.3 地层造斜力30(1) 综合考虑多种实际影响因素，地层力公式改写为 式中 H—综合切削各向异性指数，它考虑了钻头切削异性的影响，其值可由公式计算，也可由现场资料统计反求粗略计算时可取：H≈h5) 地层力Ff的计算 2.3 地层造斜力31(2) 基本结论 地层力与钻压成正比地层力随地层倾角与岩石各向异性指数h的增大而增大地层力有使钻进方向向地层法向靠拢的趋势在垂直钻井开始时(=0)，地层力最大；随增大地层力减小，直至max= 时地层力为02.3 地层造斜力32(3) 分析与应用为什么满眼钻具组合在“重压快钻”时仍不能保持垂直钻进的原因(大钻压引起大的地层造斜力）为了降斜必须吊打(大钻压不仅减小降斜力甚至产生增斜力，而且又引起很大地层造斜力)在高陡构造条件下，足够大的地层力会使满眼组合发生偏斜，会使钟摆钻具在小钻压下也难以有效降斜2.3 地层造斜力333.1 满眼组合防斜技术 3.2 钟摆组合降斜技术3.3 其它的防斜技术3  常规防斜纠斜技术常规防斜纠斜技术34这种钻具组合一般要装三个稳定器(或在大钻铤外表面适当位置加焊硬合金扶正块)，下稳定器靠近钻头，多为螺旋稳定器，依次向上是短钻铤(3m左右)、中间稳定器、钻铤 (1根)和上稳定器。

图图8  满眼钻具的结构特征满眼钻具的结构特征  10m3～4m1m3.1 满眼组合防斜技术(1) 结构特征35这种钻具组合有“满眼”、“刚性”的结构特点即其稳定器外径接近井眼尺寸，钻铤外径较大，具有较强的抗弯能力，故能承受较高钻压而变形较小，使钻具组合在井眼内基本居中下稳定器具有抵抗地层造斜力的能力这种钻具组合的钻头侧向力Pα一般较小，且在钻压大幅度变化时基本保持常量，因此能在钻压作用下实现快速钻进，基本维持井斜角不变，使井身具有较小的井斜变化率 (2) 防斜机理3.1 满眼组合防斜技术36钻具组合为：216(mm)钻头+216近钻头稳定器S1+178短钻铤+126稳定器S2+178钻铤+216稳定器S3+178钻铤图图9  满眼组合的力学特性满眼组合的力学特性 (3) 力学特性 3.1 满眼组合防斜技术37第一稳定器直径减小(间隙加大)，使钻具力P明显下降；该稳定器越靠近钻头，这种影响作用愈强；在研磨性地层中考虑这一点十分重要第二稳定器的磨损可加大钻具组合的增斜倾向第一跨长度(即第一稳定器中点至钻头底面的距离)增加，可增大钻头上的降斜力加长第二跨长度，可使钻头上的增斜力增加；即加长短钻铤，可增加钻具的增斜倾向。

在三个稳定器组合的基础上，加装第四个稳定器，可产生较小的负侧向力(降斜趋势)，井斜角愈大，则此降斜趋势越大加装第五个稳定器后所产生的变化甚微4) 设计依据 3.1 满眼组合防斜技术38钻压变化对刚性满眼钻具的侧向力影响很小，但钻压对地层力影响甚大在自然造斜作用很小的地区钻稳斜段时，可利用这一点加大钻压，以利快速钻进但对自然造斜作用很强的地区，改变钻压则会引起地层力的明显变化，所以此时对钻压存在一个优选问题 井斜角增大时可加大稳斜组合的降斜趋势这就是为什么同一套稳斜钻具在不同井斜角的井内使用时效果不同的一个原因因此在用计算机程序对稳斜钻具进行优化设计时，必须考虑稳斜角这一因素正曲率井眼可使稳斜钻具增加降斜趋势，负曲率井身可使稳斜钻具增加增斜趋势，这是由于“回弹效应”作用的结果 另外，井眼的扩径也可引起钻头侧向力的变化但对于多稳定器组合，这种影响比较复杂，应以程序计算结果为准当井眼扩大较明显时，可能会造成近钻头稳定器不与井壁接触而引起钟摆效应 3.1 满眼组合防斜技术39许用间隙可取0~1.6mm钻具组合1~11:①钻具力较小；②设计组合时未考虑地层的自然造斜或降斜倾向；③一般适用于自然造斜作用不强的地区。

图图10 满眼组合举例满眼组合举例(5) 常用组合 3.1 满眼组合防斜技术40① 一定保证按“满眼”设计稳定器外径(e=0~1.6mm)，以满足保直； ② 在使用中如发现稳定器磨损超标，应及时更换；③ 大钻压钻进会引起大的地层造斜力，如发现井斜增加迅速可降低钻压调整性能；④ 在易斜地区应用时，满眼组合设计应考虑地层力效应而设计成微降斜组合 (6) 应用时的注意事项 3.1 满眼组合防斜技术41① 光钻铤钟摆组合当P＞0，为造斜力； P＜0，为降斜力上式中，第二项即为起降斜作用的钟摆力 光钻铤钻具是最简单的钟摆钻具钻头上的钻具力P(1) 降斜机理 钟摆力恒为降斜力钟摆力与切点以下的钻具长度和线重量成正比，且随井斜角的增大而增大因此，当井斜愈严重时，钟摆力愈大，纠斜作用愈强3.2 钟摆组合降斜技术42钻压一方面产生增斜力，同时也减少钟摆力这是因为(PBe/L)系正值，它使井斜角增大；另据分析，当PB增加时，切点位置下移，L变小，导致钟摆力下降所以为了纠斜，应避免使用大钻压，而往往采取吊打方式，这样可得到较大的钟摆力和降斜效果光钻铤钟摆钻具不适于防斜这是因为当较小时，其钟摆力数值很小。

当地层造斜力较强时，可使井斜角继续增加，同时钟摆力也随之增加当钻头侧向力的增斜分量与降斜分量(钟摆力)相等时，井斜角则不再增加加达到“平衡角”采用大直径钻铤可使w增加，使e减小，因此可使钟摆力增大，使造斜分量减小 综上所述，光钻铤钟摆钻具适于纠斜而不适于防斜可采用大直径钻铤并减小钻压或采用吊打方式进行纠斜但是因吊打时机械钻速太小，耗费工时，将导致钻井成本提高，不符合“钻直打快”的要求 3.2 钟摆组合降斜技术43② 带有稳定器的钟摆钻具 为了克服光钻铤钟摆钻具的缺点，可在钻头上方的适当高度位置加装一个稳定器这样在施加较大钻压时，不会造成切点下移而导致钟摆力下降；相反，因稳定器下部具有足够长的钻铤长度，且有较小的e值从而保证有较大的钟摆力稳定器的最优安装位置可由钻具组合优化设计程序计算确定，也可由井底钻具组合分析程序计算和对比不同方案选优确定(以具有最大钻头降斜力的方案为优)在钻井现场，一般可在稳定器下方配装2根或1根钻铤、3根钻铤(大钟摆)稳定器到钻头间的距离不宜过大，否则，在钻压和钻铤自重的作用下该跨钻铤会和井壁产生新的接触点或接触段，从而使降斜力减小 3.2 钟摆组合降斜技术44对有稳定器的钟摆钻具组合，其钻头侧向力为 采用柔性钻具，可使下稳定器处内弯矩M1的绝对值减小(M1＜0)，从而得到较大的降斜力。

除了单稳定器钟摆钻具组合外，还有双稳定器钟摆钻具组合如果在两个稳定器间选用相对小尺寸的钻铤，即构成双稳定器柔性钟摆钻具组合采用这种钻具组合，可得到较大的钻头降斜力3.2 钟摆组合降斜技术45光钻铤钻具组合(81/2in钻头，61/4in钻铤，井眼直径81/2in，井斜角10)，其钻头侧向力P为降斜力随着钻压PB的增大，LT减小(即上切点位置下移)，P的绝对值减小，即钟摆力降低，并不存在所谓的二次弯曲问题此结论(Pα—PB)也适于带稳定器的钟摆钻具 图图11  光钻铤钻具组合的钻头侧向力光钻铤钻具组合的钻头侧向力P、、上切点位置上切点位置LT与钻压与钻压PB的关系的关系 (2) 力学特性 3.2 钟摆组合降斜技术46两种光钻铤钻具组合、钻头侧向力P与井斜角的关系随着井斜角的增加，其侧向力的绝对值增大，即钟摆力增大，这是由于增大 导 致 横 向 均 布 载 荷 增 大(q1=w1sin)，而且在同样条件下，若光钻铤钻具组合的钻铤线重量愈大，则钟摆力也愈大例如图中钻具B(7in钻铤)的钟摆力大于钻具A(61/4in钻铤)此结论(P—)也适于带稳定器的钟摆钻具图图12  光钻铤钻具组合的钻头光钻铤钻具组合的钻头侧向力侧向力P与井斜角与井斜角的关系的关系3.2 钟摆组合降斜技术47图图13 钻头侧向力钻头侧向力P与稳定器位置的关系与稳定器位置的关系 当采用近钻头稳定器时，钻具组合具有很强的增斜力，随着的L1增大，增斜力下降。

当L1增至约777cm时，侧向力P=0若稳定器继续上移，则侧向力变为负值，即成为降斜力，且随着L1的增加而降斜力增大当稳定器移至L11845cm时，降斜力达到最大值，此时第一跨梁柱将与井壁产生新的接触点稳定器若继续上移，则因出现新接触点，降斜力值逐渐减小图中的“”号表示有接触的情况3.2 钟摆组合降斜技术48此例表明，在钻柱的适当位置加装一个稳定器所得的钟摆钻具，会产生大于光钻铤钻具的钟摆力，其安装位置的范围是式中 (LT)S—光钻铤钻具组合在同样条件下的切点距离 LC—单稳定器钻具组合产生接触点时稳定器的下限位置3.2 钟摆组合降斜技术49稳定器不可能是绝对满眼的，且随着磨损，井壁与稳定器间的间隙总 是存在的这种间隙将影响钻头侧向力的数值如图所示，随着间隙e1的增大，造斜力P迅速下降可见钻头侧向力对间隙是比较敏感的而且计算结果表明，稳定器距钻头愈近，则钻头侧向力对间隙愈敏感图图14 钻头侧向力钻头侧向力P与间隙与间隙e1的关系的关系 3.2 钟摆组合降斜技术50图图21  四种常用的钟摆钻具组合示意图四种常用的钟摆钻具组合示意图 (3) 常用组合 3.2 钟摆组合降斜技术51表表2  四种钟摆钻具的钻头侧向力对比四种钟摆钻具的钻头侧向力对比 (单位：单位：N)钻压钻压PB (kN)井身曲率井身曲率(/30m)钻钻    具具    类类    型型ABCD50 0.344 0.1720-0.172-0.344-734.9-626.0-512.3-393.8-270.2-679.5-592.1-504.7-417.3-329.3-799.8-720.5-641.4-562.7-484.1-774.5-734.0-693.2-652.7-610.81000.3440.1720-0.172-0.344-720.9-576.3-429.4-279.9-127.6-752.7-625.1-497.4-369.9-242.3-843.6-714.4-585.1-455.8-326.4-864.0-778.2-692.1-605.7-519.21500.3440.1720-0.172-0.344-697.0-520.5-343.0-164.415.6-820.7-653.9-487.3-320.9-154.8-897.4-728.4-559.1-389.8-220.5-951.8-821.5-691.0-560.3-429.4A：：光钻铤钟摆组合钻具光钻铤钟摆组合钻具B：：单稳定器钟摆组合钻具单稳定器钟摆组合钻具C：：双稳定器刚性钟摆组合钻具双稳定器刚性钟摆组合钻具D：：双稳定器柔性钟摆组合钻具双稳定器柔性钟摆组合钻具3.2 钟摆组合降斜技术52通过对比可以看出，钻具D(即双稳定器柔性钟摆钻具组合)显示出较强的降斜能力。

例如PB=150kN，其P(降斜力)在直井段内较钻具A(光钻铤钟摆钻具组合)高出一倍以上，此外，随着井身曲率K的逐渐减小，其降斜力值衰减较慢这主要是在两个稳定器间采用柔性较大的5in钻杆，致使M1值得以控制造成的钻具C(双稳定器刚性钟摆钻具组合)的性能也较A、B为优同时，因这种钻具刚性较大，故可施加较大钻压，提高机械钻速以上钻具均在现场获得应用，实际效果与分析比较符合 3.2 钟摆组合降斜技术53(1)稳定器距钻头距离不可太远，否则易产生新接触点或接触段，致使降斜力减小；(2)要控制钻压，减小地层造斜力，轻压钻进；(3)根据一些油田的经验，在用钟摆钻具纠斜时，不管井眼尺寸多大，钻具怎样组合，应在降斜过程开始吊打20m，指重表一定要准确，否则纠斜效果不好4) 应用时的注意事项 3.2 钟摆组合降斜技术54在常规防斜技术中，除满眼组合和钟摆组合外，还有： 塔式钻具方钻铤扁钻铤HCY抗斜器等等，不再作详细介绍3.3 其它的防斜技术554. 正在发展中的防斜打快技术正在发展中的防斜打快技术 4.1 偏轴(心)组合防斜打快技术4.2 柔性组合防斜打快技术4.3 导向钻具防斜打快技术4.4 反钟摆防斜打快技术4.5 自动垂直钻井系统56传传统统思思想想 减减压压吊吊打打，，以以牺牺牲牲机机械械钻钻速速来来换换取取直直井井的的井身质量，导致井越钻越慢井身质量，导致井越钻越慢新新认认识识 加加大大钻钻压压，，实实现现既既能能打打直直，，又又能能打打快快，，达达到到防斜与打快的统一。

防斜与打快的统一4.1 偏轴(心)组合防斜打快技术(1) 研究思想 574.1 偏轴(心)组合防斜打快技术(2) 系统构成由一个特制的偏轴接头、钻头和若干由一个特制的偏轴接头、钻头和若干由一个特制的偏轴接头、钻头和若干由一个特制的偏轴接头、钻头和若干根钻铤与稳定器组成偏轴防斜打快钻根钻铤与稳定器组成偏轴防斜打快钻根钻铤与稳定器组成偏轴防斜打快钻根钻铤与稳定器组成偏轴防斜打快钻具组合系统具组合系统具组合系统具组合系统8-1/28-1/2 12-12-1/41/4 17-17-1/21/2 58组合是一个受有动态轴向力、横向力组合是一个受有动态轴向力、横向力组合是一个受有动态轴向力、横向力(((离心惯性力离心惯性力离心惯性力)))、弯矩、扭矩、、弯矩、扭矩、、弯矩、扭矩、泥浆阻力联合作用的涡动系统变形后，组合在井眼内作稳定的泥浆阻力联合作用的涡动系统变形后，组合在井眼内作稳定的泥浆阻力联合作用的涡动系统变形后，组合在井眼内作稳定的公转回旋运动，钻头均匀切削井壁四周公转回旋运动，钻头均匀切削井壁四周公转回旋运动，钻头均匀切削井壁四周在一周的回旋运动中，消除了钻头倾角的增斜作用。

在一周的回旋运动中，消除了钻头倾角的增斜作用在一周的回旋运动中，消除了钻头倾角的增斜作用钻柱的变形造成上切点距井底较远，形成了较强的降斜力钻柱的变形造成上切点距井底较远，形成了较强的降斜力钻柱的变形造成上切点距井底较远，形成了较强的降斜力可加大钻压、使用高转速，且在一定钻压范围内钻压越高，钻速可加大钻压、使用高转速，且在一定钻压范围内钻压越高，钻速可加大钻压、使用高转速，且在一定钻压范围内钻压越高，钻速越快，降斜效果越好该组合结构简单，使用方便，可减少井下越快，降斜效果越好该组合结构简单，使用方便，可减少井下越快，降斜效果越好该组合结构简单，使用方便，可减少井下事故等偏心接头的偏心距、外径及安装位置与工艺参数偏心接头的偏心距、外径及安装位置与工艺参数偏心接头的偏心距、外径及安装位置与工艺参数(((钻压与转速钻压与转速钻压与转速)))及及及钻铤结构参数有关，由计算软件确定钻铤结构参数有关，由计算软件确定钻铤结构参数有关，由计算软件确定3) 工作原理4.1 偏轴(心)组合防斜打快技术59-800-740-680-620-5607578100120140160180200220钻头平均侧向力(N)钻压(kN)4.1 偏轴(心)组合防斜打快技术6019971997年年以以来来，，在在江江苏苏、、四四川川、、华华北北、、塔塔里里木木、、青青海海应应用用2929口口井井，，3 3个个尺尺寸寸系系列列(17-1/2(17-1/2 ，，12-1/412-1/4 ，，8-8-1/21/2 ) )，高陡构造，高陡构造( ( =10=108080 ) )井斜控制质量和机械钻速都有显著提高井斜控制质量和机械钻速都有显著提高 平均提高机械钻速平均提高机械钻速50%50%以上以上 有些井提高有些井提高1 1倍甚至更多倍甚至更多显著缩短钻井周期，大幅度降低成本，提高成功率显著缩短钻井周期，大幅度降低成本，提高成功率 例：塔里木依南例：塔里木依南4 4井，平均机械钻速提高井，平均机械钻速提高54.5%54.5%，， 缩短缩短43.943.9天天 ( (节约日费节约日费219. 5219. 5万元万元) )(4) 应用情况4.1 偏轴(心)组合防斜打快技术61 江苏油田江苏油田 (2 (2口口) )：： 圣科圣科1 (17-1/21 (17-1/2 ，，12-1/4 12-1/4  ，，8-1/2 8-1/2  ) ) 韦韦2-31 (2-31 (8-1/2 8-1/2  ) )，另推广，另推广7 7口口 四川油田四川油田 (1 (1口口) )：： 景市景市1 1井井 ( (12-1/4 12-1/4  ) ) 川东已推广川东已推广6 6口，决定大面积推广口，决定大面积推广 华北油田华北油田 (2 (2口口) )：： 赵赵60-760-7井，井， 赵赵57-1157-11等等 (8 (8-1/2 -1/2  ) ) 青海油田青海油田 (3 (3口口) )：： 乌南乌南6-36-3井井 ( (8-1/2 8-1/2  ) ) 跃新跃新2121井井 ( (12-1/4 12-1/4  ) ) 塔里木塔里木 (8 (8口口) )：： 依南依南4 4井、克拉井、克拉 201 201井、井、 玛玛1010井、井、 伊深伊深4 4井等井等4.1 偏轴(心)组合防斜打快技术624.2 柔性组合防斜打快技术(1) 系统构成63这这这种种种组组组合合合可可可以以以比比比常常常规规规的的的钟钟钟摆摆摆钻钻钻具具具产产产生生生22 2倍倍倍以以以上上上的的的降降降斜斜斜力力力，，，可可可以以以使使使用用用正正正常常常钻钻钻压压压钻钻钻进进进，，，因因因此此此能能能把把把钻钻钻直直直与与与钻钻钻快快快在一定范围内统一起来。

在一定范围内统一起来在一定范围内统一起来 (2) 力学性能4.2 柔性组合防斜打快技术64柔柔柔性性性钻钻钻具具具曾曾曾在在在22 2个个个油油油田田田内内内作作作过过过66 6口口口井井井的的的实实实验验验，，，取取取得得得比比比较较较明明明显显显的的的防防防斜斜斜钻钻钻快快快效效效果果果表表表中中中列列列出出出了了了柔柔柔性性性钻钻钻具具具与与与常常常规规规钻钻钻具具具在在在33 3口口口井井井中中中的的的结结结果果果对对对比比比，，，提提提高高高机机机械械械钻钻钻速速速达达达66 6倍倍倍以以以上上上，，，井井井斜斜斜角角角控控控制也明显提高制也明显提高制也明显提高进进进行行行实实实验验验的的的66 6口口口井井井，，，地地地层层层倾倾倾角角角均均均在在在252525 以以以下下下高高高陡陡陡构构构造造造的的的钻进效果尚需进一步的实验钻进效果尚需进一步的实验钻进效果尚需进一步的实验 井号井号钻具钻具井段井段      (m)纯钻时间纯钻时间(h)平均机械钻速平均机械钻速(mh)最大井斜最大井斜()L3–2612常规常规797118283.254.332.9L4–2602柔性柔性800116113.5626.681.7L4–2611柔性柔性79110679.728.381.3表表10  柔性组合防斜打快技术的应用情况柔性组合防斜打快技术的应用情况(3) 现场试验4.2 柔性组合防斜打快技术65用用用导导导向向向钻钻钻具具具进进进行行行定定定向向向井井井、、、水水水平平平井井井轨轨轨迹迹迹的的的连连连续续续控控控制制制技技技术术术已已已经经经比比比较较较成成成熟熟熟。

将将将这这这一一一技技技术术术应应应用用用于于于直直直井井井，，，可可可以以以做做做到到到开开开转转转盘盘盘钻钻钻直直直井井井(( (稳稳稳斜斜斜)) )和和和定定定向向向纠纠纠斜斜斜，，，而而而不不不用用用起起起钻钻钻更更更换钻具组合换钻具组合换钻具组合 4.3 导向钻具防斜打快技术(1) 技术背景66(2) 系统与工艺导导导向向向钻钻钻具具具是是是带带带有有有单单单弯弯弯或或或双双双弯弯弯壳壳壳体体体及及及稳稳稳定定定器器器的的的井井井下下下动动动力力力钻钻钻具具具组组组合合合当当当开开开动动动转转转盘盘盘时时时(( (一一一般般般为为为一一一档档档转转转速速速)) )，，，钻钻钻头头头的的的实实实际际际转转转速速速为为为螺螺螺杆杆杆输输输出出出转转转速速速与与与转转转盘盘盘转转转速速速之之之和和和，，，这这这时时时可可可钻钻钻出出出稳稳稳斜斜斜井井井段段段(( (类似于偏轴组合的弓形回旋类似于偏轴组合的弓形回旋类似于偏轴组合的弓形回旋)) )；；；一旦发生井斜需要纠斜时，可以定向方式进行作业；一旦发生井斜需要纠斜时，可以定向方式进行作业；一旦发生井斜需要纠斜时，可以定向方式进行作业；由由由于于于导导导向向向钻钻钻进进进时时时钻钻钻头头头转转转速速速高高高于于于转转转盘盘盘转转转速速速，，，因因因而而而钻钻钻进进进速速速度度度较较较快；快；快；同同同时时时因因因螺螺螺杆杆杆钻钻钻具具具一一一般般般加加加钻钻钻压压压较较较小小小，，，因因因而而而地地地层层层力力力则则则相相相对对对较较较小小小而不致于引起过大井斜。

而不致于引起过大井斜而不致于引起过大井斜据资料介绍，国外目前采用这种技术比较普遍据资料介绍，国外目前采用这种技术比较普遍据资料介绍，国外目前采用这种技术比较普遍4.3 导向钻具防斜打快技术67通通通过过过合合合理理理设设设计计计组组组合合合的的的刚刚刚度度度，，，使使使钻钻钻具具具组组组合合合的的的第第第一一一稳稳稳定定定器器器与与与上上上井井井壁壁壁接接接触触触，，，从从从而而而把把把钻钻钻压压压变变变为为为有有有利利利于于于降降降斜斜斜的的的因因因素素素，，，突破了钟摆钻具中突破了钟摆钻具中突破了钟摆钻具中““ “钻压帮助增斜钻压帮助增斜钻压帮助增斜”” ”的传统观念的传统观念的传统观念4.4 反钟摆防斜打快技术(1) 工作原理(1) 稳定器抵上井壁；(2) 挠度向上；(3) 钻压使P减小；(4) 倾角向下68因因因此此此，，，反反反钟钟钟摆摆摆组组组合合合应应应比比比钟钟钟摆摆摆组组组合合合更更更有有有效效效地地地控控控制制制井井井斜斜斜,, ,加快钻速加快钻速加快钻速 钟摆钟摆BHA反钟摆反钟摆BHA第一稳定器第一稳定器第一跨挠度第一跨挠度钻头倾角钻头倾角钻压增大导致钻压增大导致靠下井壁靠下井壁向下向下At> 0 (向上，斜增向上，斜增)增斜力增斜力靠上井壁靠上井壁向上向上At< 0 (向下，降斜向下，降斜)降斜力降斜力表表表表1111     反钟摆技术与常规钟摆的比较反钟摆技术与常规钟摆的比较反钟摆技术与常规钟摆的比较反钟摆技术与常规钟摆的比较(2) 力学特性4.4 反钟摆防斜打快技术69VDSVDSVDS系系系统统统(( (Vertical Vertical Vertical Drilling Drilling Drilling System)System)System)是是是国国国外外外运运运用用用自自自动动动控控控制制制闭闭闭环环环技技技术术术研研研制制制成成成功功功的的的钻钻钻高高高陡陡陡构构构造造造深深深井井井的的的专专专用用用工工工具具具。

它它它由由由德德德国国国国国国家家家能能能源源源部部部委委委托托托美美美国国国Baker Baker Baker HughesHughesHughes InteqInteqInteq公公公司司司研研研制制制，，，在在在909090年年年代代代前前前半半半期期期，，，研研研制制制了了了55 5代代代样样样机机机，，，由由由VDS–1VDS–1VDS–1发发发展展展到到到VDS–5VDS–5VDS–5该该该系系系统统统用用用于于于德德德国国国KTBKTBKTB计计计划划划的的的万万万米米米超超超深深深井井井(90(90(90年年年101010月月月～～～949494年年年101010月月月，，，完完完钻钻钻井井井深深深910191019101m)m)m)，，，共共共钻钻钻进进进271027102710mmm；；；在在在地地地层层层倾倾倾角角角606060 的的的条条条件件件下下下，，，钻钻钻至至至670067006700mmm时时时井井井斜斜斜角角角为为为11 1 ，，，水水水平平平位位位移移移不不不足足足44 4mmm，，，曾曾曾出出出现现现的的的最最最大大大井井井斜斜斜角角角为为为2.52.52.5 。

由由由于于于井井井身身身质质质量量量好好好，，，井井井下下下附附附加加加拉拉拉力力力小小小于于于120120120KNKNKN此此此后后后，，，该该该公公公司司司又又又与与与意意意大大大利利利阿阿阿吉吉吉普普普公公公司司司合合合作作作，，，对对对VDS–5VDS–5VDS–5的的的结结结构构构进进进行行行了了了改改改进进进，，，开开开发发发成成成直直直井井井钻钻钻井控制器井控制器井控制器(( (SDD–6SDD–6SDD–6，，，SDD–7)SDD–7)SDD–7)，，，可以及时降斜并提高钻速可以及时降斜并提高钻速可以及时降斜并提高钻速 4.5 自动垂直钻井系统70VDSVDSVDS和和和SDDSDDSDD均均均为为为机机机电电电液液液一一一体体体化化化的的的高高高新新新技技技术术术产产产品品品,, ,它它它的的的应应应用用用为高陡构造的井斜控制提供了范例为高陡构造的井斜控制提供了范例为高陡构造的井斜控制提供了范例 VDS系统结构示意图系统结构示意图4.5 自动垂直钻井系统71724.5 自动垂直钻井系统73VertiTrak与传统钻井系统性能的比较4.5 自动垂直钻井系统74VertiTrak的的工作旋转状态演示工作旋转状态演示三个导向块的运动演示三个导向块的运动演示4.5 自动垂直钻井系统75国内的工作还处于理论研究和方案设计阶段4.5 自动垂直钻井系统76井斜控制实质上是对钻头侧向力和钻头倾角的综合控制。

满眼组合采用“重压快钻”，以满保直；钟摆组合采用“轻压吊打”，以慢纠斜这些常规的工艺技术在一定范围内是有效的，但在高陡构造以及造斜性强的地层中效果不佳，进尺很慢这种钻具组合的内在力学性质决定了钻头侧向力难以抵消高陡构造所引发的地层造斜力它是以低钻压和高成本来达到小井斜，用牺牲机械钻速来换取井身质量 5. 几点认识几点认识77偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具、反钟摆钻具、导向钻具等防斜技术增强了钻柱的公转效应，可实现快速钻进，达到优质与高效的统一与常规的防斜技术相比，既可以有效地控制井斜，又可以大幅度地提高机械钻速，往往可以收到较好的防斜效果但是，对于高陡构造和强造斜地层，这类防斜技术仍有一定的局限性 5. 几点认识几点认识78自动垂直钻井系统可以从根本上解决高陡构造和强造斜地层的防斜打快问题，是近期防斜打快技术的发展方向建议加大研究攻关的力度，攻克动态测量、井下执行机构和控制工具等方面的难题，使防斜打快技术能有一个质的提高和飞跃 5. 几点认识几点认识79谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！80。