石油天然气司钻作业

nbsp; 言
    电工作业、金属焊接切割等一些特种作业容易发生伤亡事故，
对操作者本人、他人及周围设施、设备的安全造成重大危害。从统
计资料分析，大量的事故都发生在这些作业中，而且多数都是由于
直接从事这些作业的操作人员缺乏安全知识，安全操作技能差或
违章作业造成的。因此，依法加强直接从事这些作业的操作人员，
即特种作业人员的安全技术培训、考核非常必要。
    为保障人民生命财产的安全，促进安全生产，《安全生产法》、
《劳动法》、《矿山安全法》、《消防法》、《危险化学品安全管理条例》
等有关法律、法规作出了一系列的强制性要求，规定特种作业人员
必须经过专门的安全技术培训，经考核合格取得操作资格证书，方
可上岗作业。原劳动部曾制定了相应的培训考核管理规定和培训
考核大纲，并编写了特种作业人员培训考核统编教材，对推动此项
工作发挥了重要作用。1998年国务院机构改革后，原劳动部承担
的职业安全监察、矿山安全监察及安全综合管理职能划入国家经
贸委。为适应社会主义市场经济的发展和劳动用工制度改革、劳
动力流动频繁的新形势，防止各地特种作业人员实际操作水平的
参差不齐，避免重复培训、考核和发证，减轻持证人员的负担和社
会的总体运营成本，统一规范特种作业人员的培训、考核工作，当
时的国家经贸委以2000年第13号令的形式发布了《特种作业人
员安全技术培训考核管理办法》，在全国推广和规范使用具有防伪
功能的IC卡《中华人民共和国特种作业操作证》，并实行统一的培
训大纲、考核标准、培训教材及证件，此项工作一直持续至今，本套
教材是与之相配套并由国家经贸委安全生产局直接组织编写的。
2001年国家经贸委安全生产局从国家经贸委独立出来成立安全
生产监督管理局时，这套教材的编写工作随之转入新的机构，并在
 2002年国家安全生产监督管理局“关于做好特种作业人员安全技
术培训教材相关工作的通知”中加以确认。2006年国家安全生产
监督管理总局第3号令《生产经营单位安全培训规定》重申了“生
产经营单位的特种作业人员，必须接受专门的安全培训，经考核合
格，取得特种作业操作资格证书后，方可上岗作业”这一基本原则，
同时对特种作业的范围、培训大纲和标准也在进行必要的调整。
为了适应新的形势的要求，在总结经验并广泛征求各方面意见的
基础上，我们对这套教材进行了第三次大规模的修订，新修订的教
材基本包括了全部的特种作业工种共30余种。本次修订根据主
编罗音宇先生的意见，由成秀虎总体策划和组织，在修订时既充分
考虑了原有教材的体系和完整性，保留了原有教材的特色，又根据
新的情况，从品种和内容方面做了必要的修改和补充，力争有所超
前，如增加了石油天然气司钻作业，装载机、挖掘机操作技术等新
的品种。为了便于各地特种作业人员的培训，还开发了与之相配
套的复审教材和考试题库供各地选用。
    本套教材在编审和修订过程中，先后得到了武汉安全环保研究
院、天津市劳动保护教育中心、河南省劳动保护教育中心、北京市事
故预防中心、青岛市安全生产监督管理局、武钢矿业公司、大冶有色
金属公司、鲁中冶金矿业公司、淮南矿务局、大冶铁矿、铜录山铜矿、
梅山铁矿、马钢南山铁矿、南芬铁矿、鸡冠咀金矿、湖北省经贸委安
全生产处、湖南省经贸委安全生产处、山东省安委会办公室等单位
的大力支持，以曲世惠、王红汉、徐晓航、张静等为代表的一大批作
者和以闪淳昌、任树奎、杨富等为代表的一大批专家也为此套教材的
出版做出了巨大贡献，限于篇幅这里恕不一一列举，谨表衷心地谢意。
    《石油天然气司钻作业》主要由刘晓宇编著，其他参与编写的
人员有袁发达、田伯祥、谭泰、吴国昌、李志斌、张礼峰、吴芹、孟文
勇、汪晶、陆启宣、王海勇、王进军。本书在编写、审定的过程中，得
到了江苏石油勘探局、华北石油局的大力支持，在此表示感谢!
本书编委会
2007年8月

第四章钻井技术
**节防斜钻直井技术
    按照设计轨道的不同，井眼可以分为两大类：直井和定向
井。对于直井来说，设计轨道是一条铅垂线，不需要进行特殊的
设计。但实际上直井的轨迹控制难度很大，甚至比定向井的轨迹
控制难度还大。
    一般来说，实钻轨迹总是要偏离设计轨道的。所以实钻的直
井总是会发生井斜的。要想控制直井井眼绝对不斜是不可能的，
问题在于能否把井斜的度数或井眼的曲率控制在一定范围内。
    一、井斜概述
    (一)井斜基本概念
    井斜是指井眼轴线偏离了铅垂线。
    井斜标准是指对直井井眼轴线偏斜程度的规定，井斜标准随
不同地区的钻井条件和钻井技术水平的发展而有所不同。实际工
作中要参照评定直井井身质量的项目、全角变化率允许标准、井
底水平位移允许标准等与井斜要求相关的标准规定执行，确保钻
井工作质量符合标准要求。
    绝对垂直的井是不存在的，事实上井眼轴线是一条在井斜标
准范围内的不规则的扭曲的空间曲线。其弯曲形状可用它在水平
面及垂直平面上的投影来表示，通常用下列参数来衡量：
    (1)井斜角：沿井眼轴线上某一点的切线与铅垂线之间的夹
角，称为该点的井斜角。
        (2)方位角：在井身水平投影图上经过某点作一条正北方向
线，再作一条向井底方向延伸的切线，从正北方向顺时针旋转至
该切线的夹角，即为该点的方位角。
    (3)井底水平位移：井口与井底两点在水平投影面上的直线
距离，称为井底水平位移。
    (4)水平位移：井身上某点至井口铅垂线的距离，即在水平
投影图上该点至井口的直线长度，称为水平位移。
    (5)井斜变化率：单位长度井段(30 m或100 m)井斜角的
变化值，称为井斜变化率。
    (6)方位变化率：单位长度井段方位角的变化值，称为方位
变化率。
    (7)全变化角：井眼轴线上相邻两测点间井斜与方位的空间
角度变化值，称为全变化角，有时也叫“狗腿”角。
    (8)井眼曲率：过井眼轴线相邻两测点所作的向井底方向延
伸的切线之间的夹角与两测点间井段长度的比值称为井眼曲率。
    (二)井斜危害
    井斜的危害主要包括井斜角和井斜方位角在内的空间发生变
化产生的“狗腿”危害，在短距离内井斜突然变化产生的严重的
“狗腿”危害更是不容忽视，特别是在钻深井时。
    1．对勘探工作的影响
    井斜大了就会造成井深误差，使地质资料不真实，导致地质
工作得出错误结论而漏掉油气层，对小油田显得更为突出。井斜
过大还会使井眼偏离设计方位，打乱油气田的开发布井方案，使
采收率降低。
    2．对钻井工作的影响
    如果井斜过大，钻柱在“狗腿”井段旋转时要产生很大的弯
曲交变应力，而使钻具疲劳破坏；在“狗腿”井段容易拉出键槽
导致起下钻困难甚至卡钻；严重的“狗腿”度有可能妨碍测井作
业和下套管，并因环空水泥封固不匀而影响固井质量。
    3．对采油工艺的影响
    井斜过大就会影响井下的分层开采及注水工作，如下封隔器
困难以及封隔器密封不好等。对于抽油井常会引起油管和抽油杆
的磨损与折断，甚至会造成严重的井下事故。
    (三)井斜原因
    井斜的原因是多方面的，如地质条件、钻具结构、钻进技术
措施以及设备安装质量等。但归纳起来，造成井斜的原因主要有
两个方面：**是钻头与岩石的相互作用方面的原因，即由于所
钻地层的倾斜和非均质性使钻头受力不平衡而造成井斜；第二是
钻柱力学方面的原因，即下部钻具受压发生弯曲变形使钻头偏斜
并加剧钻头受力不平衡而造成井斜。
    1．地质因素
    有许多理论来解释地质因素导致井斜的原因，其中，*本质
的是地层可钻性的不均匀性和地层的倾斜两个因素。这种地层可
钻性的不均匀性表现在许多方面，再与地层倾斜相结合，导致井
眼倾斜。
    (1)地层可钻性的纵向变化。地层在沉积过程中，由于沉积
环境的不同和变化，形成了沿垂直于地层层面方向可钻性的变
化，俗称“软硬交错”。这里的“纵向变化”是指沿钻头轴线方
向遇到这种“软硬交错”。如图4—1所示，由于地层倾斜，钻头
底面上，遇到“软”地层的一侧容易钻，该侧的钻速高；而另一
侧遇到“硬”地层则钻速低，于是井眼轴线偏离，发生井斜。
    (2)地层可钻性的横向变化。地层可钻性不仅沿垂直于地层
层面方向有变化，而且在平行于地层方向也有变化。这里的“横
向变化”是指垂直于钻头轴线方向上可钻性的变化。如图4—2所
示，在钻头的一侧下面钻遇溶洞或较疏松的地层，而另一侧钻遇
较致密的地层，于是钻头前进方向发生偏离。