预防钻孔偏斜的措施

     钻探施工过程中,为了保证钻孔质量,贯彻预防为主,加强对钻孔偏斜的预防工作是十分必要的。由于促使钻孔偏斜的原因比较复杂,在不同条件下,各种因素对钻孔偏斜的影响也不同,因此,我们必须根据每个地区和钻孔地质的条件,进行具体分析,有针对性地确定预防孔斜的措施。

    1 孔斜的原因及危害

    实践表明,造成钻孔偏斜的原因有地质条件、钻具结构、钻进技术措施、操作技术以及设备安装质量等诸多因素。客观上说,由于所钻地层的倾斜和非均匀质性使钻头受力不平衡造成钻孔偏斜;技术说,下部钻具受压发生弯曲就会使钻头偏斜导致孔斜;主观上说,即使有良好的防斜钻具也会因操作不当而造成孔斜。

    地质因素中主要是地层倾角,当地层倾角小于45°时,钻孔一般沿上倾方向偏斜;大于60°时,钻孔将顺着地层面下滑发生偏斜;而地层倾角在45°～60°之间是不稳定区,即有时向上或向下倾斜。实践表明,轻压吊打,孔打得比较直。这时施于钻头上的轴向压力仅是钻铤重量的极少部分。当钻压小于弯曲临界值时,钻头无倾角,孔不易打斜;当钻压大于弯曲临界值时,使弯曲切点移向钻头,钻头倾角大,孔最易打斜。因此,钻柱失稳、钻头倾斜是孔斜的主要原因。在换层时的地层由软到硬和又硬到软都会引起孔斜;钻铤的直径和刚性如果小,会造成钻具和孔径的间隙过大,形成钻头倾角大,钻孔易打斜。

    孔斜过大,会使整个钻孔偏离设计位置,内偏、外偏或使相邻孔间距较大,影响冻结效果和质量。在偏斜的钻孔内,钻柱易靠在井壁的一侧。旋转时发生严重摩擦,在孔斜突变段钻杆弯曲易使钻杆磨损和发生疲劳折断,也可能造成井壁坍塌或键槽卡钻等事故。会造成下冻结管或套管困难,同时下入的管材不易居中,这往往使冻结管受力不均匀,容易产生断管事故发生。

    2 预防方法

    一个钻孔的孔斜变化主要取决于造斜力和降斜力二者之间的平衡。控制孔斜的方法通常采用有力的防斜钻具,以减小钻头上的造斜,使孔斜不超一定的允许范围,允许加大钻压提高钻速。同时还需要掌握井下地层变化规律,在特定钻孔条件下采取有效钻进技术措施与操作技术,才能取得预期的效果。

    2.1 精心制定组织设计

    在掌握了矿区内地质综合井检资料地质倾角规律的基础上,设计满足要求和适合地质情况施工的钻孔,是实现优质高产的重要途径。(1)依据地质综合井检资料制定钻进过程中有关控制办法及技术操作规程。(2)根据钻孔要求做好设备选型,作业期间所受最大负荷不得超过钻机额定负荷能力的80℅。做好钻具组合、钻井液参数、钻头及钻进参数的设计。(3)按要求及时测斜、作图,分析研究,以指导钻进工作。做好钻孔发生偏斜时的措施。

    2.2 确保设备、安装、开孔质量

    检修好机械设备,做到钻机运转正常,钻机在载荷下不晃动,不偏离;设备安装做到平衡正确:(1)钻场要确保地基坚实、夯实、平整,满足使用厚度;(2)钻机安装必须水平、稳固,天车、游车和转盘中心三点必须在一条铅垂线上;(3)严格按设计要求对转盘找平找正。

    把好开孔关是防斜的基础,应做到:(1)开孔前,认真对钻机找平找正;(2)开孔时使天车,方钻杆、孔位在同一垂线上;(3)开孔时,选用调直的四方钻杆,采用高转速,小压力钻进。(4)开孔时用的钻铤、钻具要直。使用合金钻头以轻压慢转钻进;在软地质层钻进时,改善冲洗液性能,钻进时减少泵量。两翼或多翼全面钻头,要使翼片对称,全面钻进时,应加钻铤和导向。

    2.3 钻具要求

    根据目前钻孔钻进所用的管材条件,宜选用直径大、刚性大的钻铤,并尽可能减小下部钻柱与孔壁的间隙。为了增强钻具的导向性能,钻具结构符合:(1)长:一般粗径钻具长为7～10m左右为宜。(2)刚:最好采用高频表面淬火厚壁无缝钢管做岩心管。(3)粗:可用莱利特合金补强。(4)重:要求粗径钻具有一定重量,或用钻铤加压,以改善整套钻具的工作条件。(5)支:为了增加耐磨性,可在异径接头表面堆焊莱特合金补强。(6)直:要求所用钻杆、岩心管要笔直,连接后要同心,以增加回转时的稳定性。

    3 采用合理的钻进方法和钻进工艺

    (1)正确地根据地层特点选择钻进方法。坚硬的地层,可使用镶齿钻头钻进以减少钻孔弯曲。(2)合理地确定钻进技术参数及操作技术。根据岩层的研磨性、软硬、破碎性、抗压能力等,选择水量、转速,在不同的岩层,合理采用进尺速度。当岩石换层时,钻孔最容易弯曲,根据换层时钻孔弯曲的一般规律,在岩层由软变硬时,轴心压力要适当减轻,一般为正常钻进压力的三分之二,转数也应适当降底;当岩层由硬变软时,轴心压力也要适当降底,一般为正常给进钻压的三分之一,并适当加长粗径钻具。在钻进松散地层或破碎带时,要加长粗径钻具,采用优质泥浆,并严格控制冲洗液量,以保护孔壁,使孔径不致过大。(3)正确选择钻具的配合。钻杆与岩心管的选择应考虑回转钻进中的弹性振动对钻孔的影响,一般深度大于500m的钻孔,直径较细的钻杆柔性增强,伸缩性增大,钻具回转钻进中因周期性弹性振动,所产生的俯冲压力也大;选择合理的钻具组合搭配,可以减小钻具的伸缩性,减轻对钻头的俯冲压力。(4)选择更新的钻探工艺,控制钻孔弯曲。利用新工艺,新技术,采用综合手段,使钻孔按照设计方案和路线行进。

    4 塔式钻具的应用

    塔式钻具目前是国内外广泛使用的一种防斜钻具。实践证明,塔式钻具钻出的井眼比较规则,井斜变化率不大,对于井径易扩大的地层特别有效(如松软地层、盐岩层等)。近年来我国超深井也倾向于使用塔式钻具,如在四川龙女6000m超深井使用的塔式钻具,在3000m以内的钻孔段井斜最大为1°45′,3000～4210m钻孔段井斜最大为1°,效果很好。使用塔式钻具,关键在于下部钻具的重量大、重心低。钻铤柱的重心要低于全部钻铤长度的1/3,所用钻压应控制在全部钻铤重量的75%～80%以内,以防止由于钻压过大使上部钻铤和钻具严重弯曲而造成孔斜的横向力。此外,使用塔式钻具时,要注意环形间隙较小,循环钻井液时泵压高,转盘负荷可能增大,钻头易泥包以及在易坍地层卡钻等问题。塔式钻具常用钻具结构为Φ190钻头+Φ178mm钻铤×6根+Φ165mm×4根+Φ146mm×2根+Φ114mm钻杆或Φ89mm钻杆。