高陡構造直井防斜打快調(diào)研

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1、高陡構造直井防斜、打快調(diào)研防斜和控制井斜技術的理論研究很早就為鉆井學術界所重視，并列為重要的研究內(nèi)容。早在50年代，以美國學者Lubinski和Woods等人為代表[1]首先研究了光鉆鋌在鉆壓作用下的彎曲問題，探索了彎曲規(guī)律，導出了有關計算模式，在防斜問題的理論研究方面作了開創(chuàng)性的工作。在此理論的基礎上提出了在鉆鋌適當部位加一個穩(wěn)定器來防斜（即鐘擺鉆具），并編制了一整套實用圖表來計算穩(wěn)定器的安置位置，為以后鐘擺鉆具防斜技術提供了理論依據(jù)。60年代是以Hoch[14]為代表，根據(jù)鉆柱在井內(nèi)受到鉆壓的縱向作用，彎曲后因井

2、壁的限制而受到井壁的反作用力，實際上是下部鉆柱看成是縱橫聯(lián)合載荷的梁，以此為依據(jù)提出了雙穩(wěn)定器防斜鉆具的理論，這是以后滿眼鉆具發(fā)展的基礎之一，在Hoch理論指導下，60年代廣泛使用了滿眼鉆具，以后又出現(xiàn)了在鉆頭上又加了一個近鉆頭穩(wěn)定器，即至少有三個穩(wěn)定器的鉆具組合。在“滿眼”思想指導下，又出現(xiàn)了“方鉆鋌”、“螺旋鉆鋌”防斜，可以說滿眼鉆具的出現(xiàn)，使鉆井的防斜問題取得了很大的進展。1973年美國學者Walker[18]提出了用小勢能法求解下部鉆具的受力和變形，Amoco公司Millheim，和Warren[19]首先用

3、有限元法求解鉆柱下部結構的受力和變形，Shell公司的Fischer和Brad1y使用差分法求解下部鉆柱的受力和變形。以上三家研究的共同特點是，所提供的模式都能解出鉆頭上所受的側向力和鉆柱與井壁的切點上所受的力，計算程序都相當復雜，需要大型計算機，另外，由于力學模型過于簡化，計算結果與實際都存有一定差距。Lubinski在1983年曾來華講學，系統(tǒng)介紹了70年代以來的研究成果，修正了過去研究中的不妥之處，并在過去研究的基礎上，仍然用解微分方程的方法進一步求解多穩(wěn)定器鉆具組合的受力和變形，編制了計算機程序。70年代以來

4、，研究中的一個重要特點是把地層造斜的因素考慮進去，并用某個數(shù)學模式來表示。Lubinski首先提出了“地層各向異性指數(shù)”的概念，石油工業(yè)出版社80年出版的《美國鉆井手冊》[20]中把地層的造斜能力分為21個等級（A、B、…T、U），并列表給出了不同地層傾角、不同井斜角、不同鉆具組合和不同地層等級下應該使用的鉆壓值。我國60年代以前基本是引用外國的理論和方法。進入70年代逐步開展了對防斜理論的研[24]究，首先是西南石油學院唐俊才等人，深入研究了Hoch的防斜理論，指出了公式推導中的錯誤，并提出了修正公式。70年代未，

5、白家祉教授提出用縱橫彎曲連續(xù)梁理論解下部鉆柱的受[22]力和變形，并提出一種柔性鐘擺鉆具，這在防斜技術上開辟了一條新路子。白教授在最近幾年又分別用有限元法，最小勢能法求解下部鉆柱的受力和變形，并將求解結果與用縱橫彎曲連續(xù)理論進行對比，得出了三個方法的結果基本上一致的結論。四川鉆采工藝研究所楊勛堯在最[17、23]近幾年，對鐘擺鉆具、滿眼鉆具都進行了研究，得出了簡化的公式和圖表，并在川東現(xiàn)場上指導鉆井實踐，取得了較好的防斜效果。另外，白、楊二人對地層造斜力也進行了一定的研究。1.井斜的原因影響井斜的原因是多方面的，如地

6、質(zhì)條件，鉆具結構，鉆進技術措施，操作技術，以及設備安裝質(zhì)量等。歸納起總結，造成井斜的主要原因如下：1)從客觀上來說是地質(zhì)條件，由于所鉆地層的傾斜和非均質(zhì)性使鉆頭受力不平衡而造成井斜；2)從技術上來說是底部鉆具彎曲，下部鉆具的工作狀態(tài)對井斜的影響很大，當下部鉆具受壓發(fā)生彎曲就會使鉆頭偏斜導致井斜；3)從主觀上來說就是操作是否合理。即使有性能良好的防斜鉆具，也會因操作不當而造成井斜。1.1.地質(zhì)條件地質(zhì)條件是產(chǎn)生井斜的重要原因。一般影響井斜的地質(zhì)因素有：地層傾角；層狀結構；各向異性；巖性軟、硬交替以及斷層等。但其中起主要

7、作用的是地層傾角，其他諸因素對井斜的作用都與地層傾角緊密相連。(一)地層傾角對井斜的影響在有些地區(qū)觀察到以下現(xiàn)象：當?shù)貙觾A角小于45°時，井眼一般沿上傾方向偏斜；當?shù)貙觾A角大于60°時，井眼將順著地層面下滑發(fā)生偏斜；而在45°至60°之間是不穩(wěn)定區(qū)，即有時向上傾斜有時向下傾斜，這個不穩(wěn)定區(qū)的范圍是隨各地區(qū)地層條件而不同。高陡構造是地下最復雜的構造類型之一。它是由于受到強烈擠壓作用而形成各種復雜的揉皺形態(tài)，受古構造運動影響（主要是擠壓和壓扭應力作用），構造褶皺強烈，構造兩翼極不對稱，一翼平緩，一翼陡峭。在此構造背景下，

8、其陡帶通常具有非常復雜的構造形態(tài)，主要特征有：地層傾角大（一般40°～90°），地層厚度異常，層位交錯復雜多變，地層常常直立或倒轉，并伴生有扭曲和多級斷層。(二)層狀地層對井斜的影響有些地區(qū)井斜問題多發(fā)生在如頁巖、砂巖等層狀地層中，而較少發(fā)生在如石灰?guī)r等均質(zhì)地層中。例如，渤海灣地區(qū)沙河街厚頁巖及五七油田荊河鎮(zhèn)中下部及潛一段等都是成層性很強的薄層