小井眼側鉆技術在大港油田的應用與發展

羅永慶 周新華 蘇 川 張志立 彭明昌

（中油大港油田集團公司井下作業公司，中國天津300283）

0 引言

國外從20 世紀60 年代開始進行側鉆技術研究， 在側鉆方法、工藝措施、井下工具及完井方法等方面技術已經成熟，能夠完成各種曲率半徑的水平井，還能在一個井筒中側鉆出多個分支井。國內勝利、遼河、中原油田開窗側鉆工藝發展較快，其中，1997 年開始，遼河油田側鉆技術與采油技術進行配套研究，側鉆技術成為改善井網、挖掘儲層潛力、解決底水錐進、油井水淹的重要手段。 2000 年運用老井側鉆技術完成三分支井。 至2005 年遼河油田完成各式側鉆井2383 口，側鉆總進尺64.4×104m，成為國內完成側鉆井最多、運用側鉆技術增儲上產效果最顯著的油田。大港油田在1992 年開始實施套管內開窗側鉆，截至2008 年完成小井眼開窗側鉆井301 井次，其中自由側鉆井53 井次，定向側鉆井196 井次，側鉆水平井52 井次，完成雙層套管開窗5井次，2008 年￠139.7mm 套管內開窗側鉆平均機械鉆速2.5m/h，較2007 年提高了12.8%。 目前大港油田小井眼側鉆井技術不斷完善，規模也在不斷擴大。

1 大港油田小井眼側鉆技術現狀

1.1 開窗工具

大港油田￠177.8mm 和￠139.7mm 套管內開窗方式均主要以鉆鉸式復合銑錐，一次性完成開窗、修窗作業。 2001 年Weatherford 公司在大港油田采用開窗銑鞋帶西瓜銑，可以實現一次性開窗修窗，斜面為凹槽式設計，開窗銑鞋對導斜面不磨損因此開窗效率高、速度快，但施工費用較高。 近幾年隨著雙層套管開窗的增多，我們對鉆鉸式復合銑錐的頂部進行了鎢鋼顆粒加厚，使其直徑由73mm 加大至95mm，整體長度由0.95m 加長至1.2m。

導斜器從原始簡易的地錨固定式導斜器，經過改進，目前普遍采用卡瓦液壓錨定式導斜器； 雙層套管開窗為確保導斜器固定牢靠，發展出了卡瓦液壓雙缸錨定式導斜器，而導斜面的硬度設計選擇與2 層套管中強度較大的那層套管相當[2]。 導斜器前采用小直徑陀螺測斜儀校正井眼軌跡，并確定導斜器斜面方位。

表1 雙層套管開窗鉆壓、轉速推薦值

1.2 開窗側鉆程序

選井-套管內通井， 清洗井筒-注水泥封堵老井眼-套管刮削-套管試壓-下導斜器， 定向-固定導斜器-開窗修窗-試鉆-裸眼鉆進-測井-下套管、固井-測聲幅、井筒試壓完井-射孔投產[3]。

1.3 井眼軌跡控制與優快鉆井

小井眼裸眼側鉆鉆進時，定向鉆具外徑尺寸小、柔性大、抗扭轉變形能力弱、抗地層力的能力弱，鉆井參數、地層等因素對井眼軌跡控制效果非常敏感[3]，通常在某些井段，無法用常規經驗判斷控制效果，只能加強實時檢測來確定。

常規鉆具結構為：

A: 造斜鉆具組合：￠120.6mm 單牙輪鉆頭＋￠95mm 單彎馬達＋止回閥＋定向接頭＋￠89mm 無磁鉆鋌 （內裝MWD 儀器）＋￠78.6mm 加重鉆桿＋￠73mm 鉆桿

技術參數：WOB:10-20kN Q:8-10l/s R:馬達轉速

B:穩斜鉆具組合：￠120.6mm 鉆頭＋￠118mm 穩定器＋止回閥＋￠105mm短鉆鋌＋￠118mm 穩定器＋￠89mm 無磁＋￠78.6mm 加重鉆桿＋￠73mm 鉆桿

技術參數：WOB:20-50KN R:70－80rpm Q:9-12l/s。

目前在小井眼側鉆中，采用多個或單個螺旋穩定器組成的常規鉆具結構來控制井眼軌跡是行不通的，在鉆遇礫巖層、玄武巖等可鉆性差的地層時，采用帶穩定器的常規鉆具組合，利用大鉆壓、大排量的鉆進參數優勢，實現井眼軌跡調整性的快速鉆進是可行的，但要視剖面要求及造斜段長度適時采用。

單彎螺桿是各油田小井眼側鉆控制井眼軌跡普遍采用的井下工具，現場使用以￠95mm 的5、7、9 頭螺桿居多，大多是3 級馬達；過去大港油田側鉆受井身質量（主要是狗腿角控制）影響，單彎螺桿角度基本選擇1.25°，這就造成了滑動鉆進井段較長，工具面需要多次調整，遇到硬質地層造斜率低，機械鉆速低等問題。近幾年，我們通過優化軌跡剖面， 適當增大了全角變化率， 單彎螺桿角度基本選擇了1.5°和1.75°， 這樣就有效的縮短了滑動鉆進井段， 相應增長了復合鉆進井段，起到了提高機械鉆速的作用。 在工藝上為保證井身質量采用了短井段、勤調整、小調整和復合鉆進等措施，有效控制了井眼曲率變化，提高了機械鉆速。應用中1.75°單彎螺桿復合鉆進有別斷螺桿的風險，使用時要注意。

進入穩斜鉆進要視具體井況選擇鉆具組合，一般常規單穩定器增斜鉆具在小井眼側鉆中只能起到微增效果，而常規雙穩定器穩斜鉆具基本能保證穩斜鉆進，如鉆壓小，會有微降現象。

1.4 鉆頭選擇

小井眼鉆頭選型范圍狹窄，主要是單牙輪鉆頭和PDC 鉆頭，經過現場不斷實踐應用，PDC 鉆頭與螺桿鉆配合，受螺桿扭矩小的影響，對鉆壓較敏感，當鉆壓不合適時容易造成工具面漂移或進尺緩慢[3]，另外，PDC 鉆頭對地層適應性差，造成機械鉆速較單牙輪鉆頭低，近幾年已基本不使用該類型鉆頭了。

單牙輪鉆頭經過不斷發展已逐步系列化了， 目前有YA437、YA517、GYD517、GYD537、GYD617、GYD737A，基本具備了從軟-硬各種地層巖性的鉆進，牙輪頂部的聚晶金剛石復合齒，加強了抗研磨性能，齒徑、齒高、齒形及排列布齒都改進了很多，主副水眼的設計也更加趨于合理，鉆頭結構上開發了金屬密封鉆頭，使入井純鉆時間由80小時提高至120 小時。 實踐證明，單牙輪鉆頭適于小井眼定向滑動鉆進和復合鉆進，水平鉆進也能適用，目前大港油田小井眼側鉆鉆頭首選單壓輪鉆頭。

表2 鉆頭適應性分析

近幾年，硬質地層如礫巖層、玄武巖、含黃鐵礦巖層等可鉆性差的地層，機械鉆速很低（小于1m/h），牙齒磨損較為嚴重；另外，機械鉆速慢也會造成牙輪殼體發生嚴重沖蝕，如不及時更換鉆頭，會出現因殼體沖蝕造成牙齒脫落的現象，下一步，應該建立鉆頭使用檔案，進一步強化鉆頭齒的抗研磨性及牙輪殼體的材質硬度。

1.5 泥漿體系選擇

鉆井液的性能對井壁的穩定、井眼清潔、減阻防卡、防漏堵漏和油氣層保護等方面有著重要的作用。套管開窗側鉆井的鉆井液體系與一般生產井相同，只是對鉆井液的抑制性、攜砂性和剪切稀釋性提出更高的要求，防漏是小井眼鉆井的主要內容，因為地層在小井眼中井漏的幾率是常規井眼的幾倍甚至十幾倍。

大港油田套管開窗側鉆井經過多年的研究摸索和現場應用，基本上形成了幾套比較成熟的鉆井液體系，如聚合物泥漿體系、抑制性泥漿體系、硅基防塌泥漿體系、硅酸鹽體系等；側鉆水平井泥漿性能要求除要具有側鉆定向井要求的泥漿性能外，還要具有更好的潤滑性和攜砂能力，大港油田采用有機正電膠泥漿體系。

2 提高小井眼固井質量的舉措

大港油田小井眼固井關鍵瓶頸是環空間隙小， 造成循環壓耗大，注水泥過程中更容易發生漏失和水泥漿竄槽現象；另外，水泥環薄，水泥石強度無法保證。 為解決上述問題，曾試圖通過擴眼來增大環空間隙，達到提高固井質量的目的，但效果不理想，主要原因是擴眼工具不成熟卡鉆風險大，擴出的井眼受地層可鉆性影響大，容易出現“糖葫蘆”井段，另外擴眼機械鉆速慢，油氣層浸泡時間長，不利于油氣層保護；為此重點在水泥漿體系、管材尺寸、套管居中等方面進行了改進，效果較好。

2.1 優化水泥漿體系

小井眼固井水泥漿體系性能要求：密度可調、具膨脹性、低慮失量、零析水、流變性好、觸變性強。 大港油田目前研制開發了三種不同性能的水泥漿體系，應用效果較好。

2.1.1 纖維微膨脹水泥漿體系配方油井水泥+BCE-200S 防漏增韌劑+BXF-200L 降失水劑+CF40S分散劑+G603 高效消泡劑+BXR-200L 中溫緩凝劑

2.1.2 低密高強度水泥配方油井水泥+BCE-200S 防漏劑+漂珠減輕增強材料BXE-600S+降失水劑+分散劑+消泡劑+緩凝劑。

2.1.3 膠乳防竄水泥漿體系配方

油井水泥+BCE-200S 防漏劑+BXE-600S+BXF-200L 降失水劑+CF40S 分散劑+高效消泡劑+BXR-200L 中溫緩凝劑+膠乳

以上三種水泥漿體系基本滿足了大港油田各類地質特點的固井需要，另外針對清水隔離液暴露出的密度低、易漏失、不利于平衡壓力、隔離效果差等問題，開發了BCS 系列隔離液作為小井眼小間隙固井專用隔離液，基本組成為：由BCS-020S 懸浮劑、BCS-021L 稀釋劑和BCW-600S 加重劑等組成，密度可以在1.0-1.9g/cm3之間可調。

2.2 套管管材選擇及居中

表3 Φ95.25mm 套管與其它常用套管參數對照表

3 大港油田小井眼側鉆發展方向及建議

小井眼側鉆技術發展的關鍵是在保證井身質量合格的前提下，盡量提高機械鉆速，另外要不斷提高小井眼小間隙固井質量。

3.1 完善小井眼提高機械鉆速的配套技術， 重點開發抗研磨能力強的單牙輪鉆頭，滿足硬質地層提速需要。不斷提高井眼軌跡控制水平，試驗應用液力加壓器、減阻接箍等鉆井輔助工具，提高側鉆機械鉆速。

3.2 繼續完善小井眼鉆井液體系，針對小井眼鉆井特點，加強鉆井液日常維護水平，保持鉆井液具有良好的剪切稀釋性、潤滑性和攜砂能力，要注意加強鉆井液的防漏性能，因為在相同地層中小井眼井漏幾率是常規井眼的幾倍甚至幾十倍。

3.3 隨著小井眼側鉆不斷向長裸眼、復雜軌跡方向發展，小井眼小間隙固井難度不斷加大， 要不斷加大小井眼小間隙固井工藝研究力度，重點研究如何進一步提高水泥漿頂替效率的方法， 試驗微臺階擴孔、延遲固井、震動固井等新技術，試驗應用膨脹管懸掛器和封隔器式懸掛器，解決水泥漿初凝失重造成的油氣水上竄。

［1］魏文中，郭衛東，賀昌華，等.勝利油田小井眼套管開窗側鉆技術[J].石油鉆探技術，2001，29（1）：19-22.

［2］李群山，靳樹忠，王麗娟，等.雙層套管開窗側鉆水平井鉆井技術[J].石油鉆探技術，2001，29（2）：26-27.

［3］孫剛宏，等.在套管內定向開窗側鉆小井眼技術[J].石油鉆采工藝，2002（2）.