深孔钻探钻孔弯曲及防斜技术

2025-03-11 11:31:56

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回答（1）：

深孔钻探，目前应用最广泛且地质效果最佳的钻探方法是金刚石WL钻探方法。金刚石WL钻探，钻具与孔壁间隙较小，一定程度可减少钻孔弯曲，在地质条件良好的地层可正常钻进，但是，在强造斜地层钻进，地质因素起着决定性作用，该钻进方法本身不足以克服地层的影响，钻孔弯曲是难以避免的。易斜地层深孔钻探，钻遇的地层类型多样，情况复杂，发生钻孔弯曲更是一个常见的问题，也是非常复杂而难以彻底解决的问题，一旦发生钻孔弯曲，很难保证钻探施工顺利进行，不仅影响钻探工程质量，而且严重者会导致钻杆折断，发生孔内事故，不能按设计要求钻穿矿体，甚至造成钻孔报废，造成重大经济损失，因此，深孔钻探防斜是一个非常重要的问题。

在深孔（井）钻探防斜技术领域，石油钻井和科学钻探防斜技术有了很大发展。

在石油钻井中，20世纪50年代美国学者鲁宾斯基（Lubinski）研究了直井中钻柱的受力变形和多次弯曲问题，开创了钻柱力学研究的新局面，为钟摆钻具的使用提供了理论基础。20世纪60年代以Hoch为代表，根据钻柱在井内受到钻压纵向作用弯曲后因井壁的限制而受到井壁的反作用力，提出了双稳定器防斜钻具的理论，为满眼钻具的发展提供了理论基础。目前，石油钻井常规的防斜纠斜钻具主要有满眼钻具和钟摆钻具。满眼钻具能够控制井斜变化率，但却不能有效地控制井斜角的大小。钟摆钻具有光钻铤钻具、塔式钻具和带稳定器的钟摆钻具等。除满眼钻具和钟摆钻具外，还有方钻铤、偏心钻铤、扁钻铤、HCY抗斜器等钻具组合。正在发展的防斜技术有偏轴钻具组合、柔性钻具组合、刚柔钻具组合、反钟摆钻具、自动垂直钻进系统等。近年来，在石油钻井领域相对于传统的小钻压与钻具组合防斜理论出现了动力学防斜理论，基于钻柱在井内是处于涡动状态的认识（即既有绕钻柱轴线的自传，又有绕钻孔轴线公转的运动），认为一定组合形式的钻具在大钻压（通常φ215.9mm牙轮钻头施加大于200kN的钻压）下发生螺旋屈曲变形，涡动的公转离心力通过这种变形可以使钻头产生指向井眼下侧的侧向力，从而获得防斜、纠斜效果^［65］。

在科学钻探防斜技术中，垂直钻进有被动垂孔钻进系统和主动垂孔钻进系统。被动垂孔钻进系统是指在钻进过程中，井底钻具组合只有防斜、纠斜和保直功能，钻具组合中没有随钻测量仪，不能随钻、随测和随纠，如钟摆钻具和满眼钻具等。主动垂孔钻进系统是指钻具组合中配备了随钻测量和纠斜系统，钻进时能实现随钻、随测和随纠。前苏联科学钻探主要采用被动垂孔钻进系统。在早期的科拉C Γ-3井，2100m深以内试用了在涡轮钻具上装一个特殊稳定器的钻具组合（钟摆钻具）。用两个或两个以上涡轮马达并列组成的满眼钻进系统，从地表以11～15r/min旋转，获得在4000m深度只偏斜1° 的好效果。在钻进下部孔段采用的仍是常规的钟摆式被动垂孔钻进系统。德国KTB主孔采用主动垂孔钻进系统、MSS马达控制系统和配备测量系统的全稳钻具控制井斜，井深7000m时井斜角基本保持在1° 以内，水平偏距小于15m。中国大陆科学钻探科钻一井，由于采用孔底动力（液动锤＋螺杆马达）为主的提钻取心钻进技术，钻孔防斜采用带稳定器的底部钻具组合，防斜仍以传统理论为基础［14］。

金刚石WL钻探防斜不同于石油钻井和科学钻探，一是钻孔直径小，常用公称口径有 S95、S76、S60，难以采用复杂的防斜钻具系统，如主动垂钻系统等；二是WL钻具（包括钻杆）要求内径较大，壁厚较薄，无法采用钻铤加压，形不成钟摆钻具效应，也无法采取石油钻井的偏轴钻具组合等；三是金刚石钻头、扩孔器和岩心管的强度、刚度及垂度均远远小于钻铤，其丝扣连接强度更为薄弱，不允许钻具承受大钻压，因此，金刚石WL钻探防斜会受到很多条件限制。目前，深孔钻探防斜，不能单靠某一种防斜技术，而应因地制宜，紧密结合实际，从多个方面采取综合防斜技术，除去技术装备因素外，主要从钻进技术方法和工艺因素方面采取措施，可采用液动锤冲击回转钻进和孔底满眼钻具组合以及防斜钻头，优化并严格控制钻进技术参数等进行防斜。

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