孤掌难鸣-------钟摆
序言：
在实际的钻探过程中，即要具有较高的机械钻速同时又要能保证井身质量，就得在设计的直井段进行防斜打直。而产生井斜的原因归纳起来有三点：第一、所钻地层的倾斜和非均质性使钻头受力不平衡而造成井斜；第二、下部钻具工作状态对井斜的影响很大，当下部钻具受压发生弯曲就会使钻头偏斜导致井斜；第三、由于错误的操作造成了井斜。针对上述三点，我们在江汉油田内部区块穿越GHS组、JHZ、QJZ时使用塔式或者钟摆等常规钻具来实现防斜打直。
本井是JL区块第一口水平井，要求二开打直为后期施工打好基础。二开设计井深1130m，GHS设计井深777m，JHZ缺失，QJZ设计底界1102m。而后期通过电测解释同时对比领井地层资料，GHS划分在1076m。本井二开井深1138.40m，下入钻具组合：φ311.15mmFL1955+8寸无磁钻铤*1根+8寸普通钻铤*1根+φ308mm扶正器+8寸普通钻铤*1根+7寸普通钻铤*6根+φ127mm钻杆。通过现场使用上述钻具组合的钟摆钻具，结合其施工中的效果来给今后在江陵施工的32钻机的防斜打直，交流一些心得体会。
正文：
通过现场使用钟摆钻具，发现该钻具只起纠斜作用。其原理是在有井斜的情况下，利用扶正器形成切点，靠切点以下钻铤的自身重量的横向分力把钻头推向井壁下方，以达到逐渐减小井斜的效果。增大钟摆钻具纠斜力的方法主要是增大切点以下钻铤的重量，其方法有：
1、使用大尺寸钻铤或者加重钻铤。主要是因为在大钻压下，尺寸大的钻铤不易被压弯，同时切点位置高，切点下钻铤的长度大，有利于增大减斜力。
2、适当提高切点的位置。提高了切点的位置，可以增大其下部钻铤的重量，使减斜作用增大。扶正器对其下部钻铤还起到扶正作用，减小钻头的倾角，限制增斜力的作用。
从钟摆钻具使用至今，最理想的钟摆钻具是大尺寸钻铤加扶正器，这样所组成的钟摆的长度大，重量也大，其减斜效果最好。
钟摆钻具扶正器放置位置是这种钻具组合的关键。若扶正器安放偏低则减斜力小，效果差；如果安放偏高，则扶正器以下钻铤可能与井壁形成新的切点，钟摆钻具失效。那么扶正器在保证下部钻铤不与井壁接触的条件下尽量高些。
在钻井《直井下部钻具组合设计方法》行业标准中，有对钟摆钻具组合设计要求。
表1 钟摆钻具扶正器推荐高度
上表是依据当钻铤尺寸较大时，在同一钻压下钻具发生弯曲后的切点位置比小尺寸钻铤要高一些，因此扶正器也应随之安放的高一些，以增大钟摆减斜力。
钻压对扶正器的位置影响很大。当钻压增大时（在同一弯曲状态时），切点下移，扶正器也应随之下移，否则会在扶正器以下形成切点，这就是常使钟摆钻具失效的原因之一。反之，钻压减小时，切点上移，扶正器也应上提，以发挥钟摆钻具的作用。
井眼斜度对钟摆钻具也有影响，斜度大，在钻具自重作用下易与井壁接触，因而切点相对低些，稳定器位置也应随之下降些。另外，随着扶正器与井眼间隙增大，扶正器位置也要相应下移。这是因为在相同钻压下，间隙越大，稳定器的效果越差，若间隙过大时下部钻具也容易与井壁形成新的切点。通过计算机计算和钻井实践考察得知，扶正器的实际安放位置应比理想位置高5～10%【1】。
在钻穿长段GHS的过程中，使用塔式钻具，它在近几年GHS的施工中具有像钟摆钻具一样，有防斜打直的效果。这是因为GHS的特殊地质结构造成的。GHS砾石发育，上部流砂层胶结差，钻出的井径扩大率高，钟摆钻具的扶正器起不到支撑作用。而JL区块靠近长江，砾石层厚，使用钟摆钻具易发生蹩转盘，对32钻机的传动部件损伤大。GHS下部粘土易造浆，同时吸水膨胀造成缩径，起钻时易拔活塞。钻进至QJZ时，QJZ地层倾角大，钻穿GHS进入QJZ交界位置易造成井斜，以上均是JL区块，二开防斜打直下入钻具时需要考虑的。
在本井二开施工中，出现了起钻拔活塞，下钻遇阻、钻进钻时偏高，钻头泥包等现象，这些现象均是江汉油区二开穿越GHS经常出现的现象，而本井的另一特殊现象就是蹩转盘。
蹩转盘的现象发生在GHS下部，即穿过流砂与砾石层后，振动筛返出大量的黄泥巴。起初认为牙轮钻头破碎正钻遇的砾石层或者硬的夹层所造成蹩钻盘的现象，但是从振动筛上的反砂上来看，并未出现颗粒较大的砾石或者硬地层岩屑。由牙轮钻头组成的钟摆钻具在570m时出现了蹩转盘严重，且钻时异常的高，井队判断存在掉牙轮的风险，立即起钻检查钻具。钻具起出后，观察发现扶正器与牙轮钻头泥包严重。
图1 二开起钻后清洗干净的牙轮钻头
从上图不难看出，起钻前的钻时偏高是牙轮泥包造成的，而蹩钻则是因为扶正器泥包严重造成的。扶正器在过牙轮所新钻开地层时，所形成井眼的井壁滤失严重，造成井壁有缩径现象，泥包的扶正器外径加大，挤压不规则的井壁时，井壁对泥包扶正器的阻力造成了蹩钻盘的现象。这也许就是前人所说的扶正器具有修整井壁的作用。传统意义上，人们认为井壁缩径是某处形成缩小的圆环，脑海中认为所钻出的井眼与套管的内壁一样规整，而实际上，由于井壁的三轴应力的变化及滤失特点形成了肥而厚的泥饼，它们出现在井壁的某处，使其不规则，形成类似台阶的效果，这也可以解释起钻时，悬重的指针的波动及遇挂卡严重时要来回揉搓，类似与揉面一样揉出钻具。在此种模型下，扶正器在过连起钻都要揉半天的位置时，难道不会产生蹩钻盘严重的现象？
图2 GR与井径对比图(750m-850m)
上图是将牙轮钻头更换为PDC钻头后，从750m-850m处的GR与井径对比图。观察上图不难发现，挂卡严重的井段虽然在钻进时蹩钻盘的径段下面，可以对应当时的钻具表，上图标明的挂卡段是起钻时钻头所处的位置，而实际上还要向上推20米才是起钻时扶正器的位置。起钻时扶正器挂卡的位置与钻进时蹩转盘时扶正器的位置多么的吻合。
从上图上半部分也印证了起钻时扶正器挂卡的位置也是钻进时扶正器造成蹩钻盘的位置。而上图的下部分是蹩钻盘后，采取67r/m的转速钻进，并使用2吨左右的钻压轻磨钻穿此段后(约20m)，方可正常加压钻进。
本井的二开施工周期很长，甚至一天的进尺百米不到。其主要原因是二开双泵造成的压力大造成修理时间大，这还只是小的一方面。主要方面是更换PDC钻头后，由于钻盘蹩，达不到PDC使用的黄金法则：小钻压，高转速。为了保证设备安全，常常在出现蹩转盘严重的井段使用1-2吨轻磨，这也就形成了井径上某处葫芦形的井眼。而从750m-1138.40m都使用67r/m的转速钻进。
W26井的二开850m的施工中，同样采取的是PDC+钟摆钻具的形式穿越广华寺、潜江组至荆沙组。由于当时的泥浆采取的是硅酸盐，所钻遇的地层含有玄武岩，将PDC磨废。也就是说无法对比两口井的钻头的使用，但是W26井的二开后期施工，也同样存在蹩钻盘严重的现象。
图4 本井二开使用的FL1955
本井使用的是江汉LH钻头厂的全新PDC。
图5 起出后的二开FL1955钻头
在起出钻具后，观察二开PDC钻头，主切削齿有些磨损，有些磨掉，让人感觉蹩转盘来自钻头破岩不充分。可对比W26因垮塌的玄武岩未及时带出的磨损，本井的蹩钻盘大部分不应是钻头破岩不充分造成的。
图6 W26使用的二开PDC钻头
对比两图可以发现，本井的PDC损毁没有W26井严重，而蹩钻盘的现象在本井是非常严重的。本井的PDC不应该是造成蹩转盘的主要原因，在钻穿GHS和QJZ，由于泥浆的携带能力及大块岩屑的掉落，同时钻具QJZ的软硬夹层，即使是使用塔式钻具，PDC也会受损。
通过钟摆钻具理论上的特点，我们知道扶正器起的是支点或者切点的作用，并且扶正器的刚性是最强的。通过本井的钟摆钻具的使用，我们重新对扶正器在井内的状态做出反思，蹩钻盘的根源应该就是扶正器充当切点和修理不规则井壁而引起的。
图7 起出的308扶正器
上图为本井二开开始至打完进尺所使用的扶正器，其磨损特点也能说明其在井内的工作状态。鉴于钟摆钻具中的扶正器的特殊作用，重新思考现场的钻进参数，不难发现，现场的钻压不能完全参考理论钻压。
钟摆钻具利用扶正器作为支点形成杠杆的原理，在大钻压下会造成增斜，那么这个大钻压如何理解。现在使用时扶正器在恶劣的井内，其很可能吃去了一部分钻压而未能产生杠杆增斜的作用。关于钟摆的钻压有待后继的研究者推演。
钟摆钻具的纠斜能力和所钻成的井眼在三维空间里的方位的变化，也造成了扶正器沿着钻头已钻成的井眼轨迹行进时，在修复井壁的同时发生蹩转盘的现象。
从二开直井段的多点可以发现，同样是直井段，井斜和方位都会有变化，以方位的变化最大。一般来讲牙轮的直径是牙轮外边齿所形成的圆，这个最大直径处薄，在过任意狗腿度大的井段非常容易，而扶正器的扶正块长，刚性强，在过缩径或者全角变化率大的井段时，可能会发生蹩转盘的现象。以上是使用常规钻具，在转盘速度慢的情况下发生蹩转盘的几率高些。
当使用螺杆钻具时，钻头的转速快，同一时间内破岩的次数多，在加上底部钻头在马达高速旋转下涡动，间接的扩了眼。在带有螺杆钻具的复合钟摆的使用中，蹩转盘的现象少。
二、钟摆复合钻具
在三开利用复合钟摆打直的使用过程中，结合陵72斜-26井侧的钟摆降斜的效果，再重新审视此类钻具扶正器真正的作用，指导使用时钻压应如何给予。
通过现场复合钟摆使用过的全新的214扶正器与现场送井的212扶正器，不能发现扶正器多次使用后，会出现二开308扶正器的坎的趋势。
三、建议
1、江陵区块若二开深技套的施工过程，如果不配有244mm的直螺杆，则32钻机尽量使用塔式钻具防斜。
2、管子站应对扶正器仔细检查。
参考资料：
1、第六章-井斜及其控制.doc
2、《SY-T+5172-1996+直井下部钻具组合设计方法》
