大港油田側鉆井提速技術研究與現場試驗

黃萬龍，饒開波，高學生 董超，劉立功

（中石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司，天津 300280）

隨著油田開發的不斷深入，由于地質及工程原因越來越多的油水井在經過一定時期的生產后，在還具備一定產能的情況下無法繼續生產。小井眼開窗側鉆技術的出現及應用很好的解決了這個問題，達到了使“死井復活”、提高采收率、降低成本的目的［1］。

小井眼側鉆技術經過多年發展，技術水平取得了很大進步，機械鉆速較早期有了大幅提高，但由于小井眼側鉆井自身的特性，可供選擇的鉆頭類型較少，相應的輔助工具極其匱乏，使得小井眼鉆井技術無法照搬常規鉆井的模式，嚴重制約了小井眼側鉆井提速提效［2］。大港油田平均每年投資約8000萬用于實施30～40口小井眼側鉆井，截止到2014年11月，共完成側鉆井435口。為保證油田穩產，實現高效開發，大港油田將逐年增加小井眼側鉆施工任務，因此，如何突破“小井眼機械鉆速低”這一瓶頸，達到進一步縮短鉆井周期及建井周期、降低施工成本，是當前亟待解決的重大問題［3，4］。下面，筆者針對大港油田側鉆井難點分析，通過鉆頭優選和改進、鉆井參數優選、鉆具組合優選和井眼軌跡控制對大港油田側鉆井提速技術進行了研究。

1 大港油田側鉆井難點分析

通過對近幾年來大港油田已鉆側鉆井鉆井情況分析，總結出該油田側鉆井的主要難點如下：

1）受原井眼影響，開窗側鉆使用的鉆具及工具尺寸較小，循環壓耗大，施工泵壓高。

2）由于井眼小，所使用的鉆具剛性低、柔性大，井斜和方位的漂移規律難以掌握，增加了井眼軌跡控制的難度。

3）鉆頭可選類型少，可供選擇的空間比較小；適用于側鉆井的輔助工具少，限制了小井眼機械鉆速的提高。

4）套管外水泥膠結不好或在水泥返高以上，側鉆出原井眼較困難［5］。

2 鉆頭優選及改進

由于受側鉆井井眼尺寸的影響，可供選擇的鉆頭類型較少，給鉆頭選型工作帶來了很大困難。因此，根據目前大港油田側鉆井已使用的鉆頭類型進行了優選：開窗后鉆進為了盡快使鉆具離開老井眼應選用側向切削能力強的鉆頭；增斜井段應選用既能滿足井眼軌跡控制又具有良好造斜性能的鉆頭；穩斜井段優選保徑良好的鉆頭。在該地區多年側鉆井經驗的基礎上，與鉆頭廠家合作對PDC鉆頭進行了改進。

2.1 單牙輪鉆頭的優選

在小井眼開窗側鉆井中應用的單牙輪鉆頭主要是以江漢鉆頭廠YC系列及江西宜春飛龍鉆頭廠GYD系列單牙輪鉆頭為主。通過現場對比（見表1）分析，發現GYD系列單牙輪鉆頭與螺桿匹配較好，在現場實際應用中機械鉆速較高，且比較經濟，現場應用較多。

表1 單牙輪鉆頭優選結果

2.2 PDC鉆頭優選及改進

針對明化鎮組、館陶組、東營組上部膠結較松軟的泥巖、砂巖地層優選RK3162GJ及RK3192GJ鉆頭，并和鉆頭廠家聯系，對鉆井進行了改進：三刀翼、漸開式非對稱螺旋刀翼布齒（見圖1），使鉆頭在具備良好穩定性的同時更有利于排屑；采用?16mm×8mm及?19mm×8mm復合片，加大地層吃入面；采用進口高磨耗比復合片，使鉆頭更具進攻性，且具有較長的使用壽命；繼續采用了鋼性胎體，使鉆頭具有較高的安全性和可修復性。

圖1 RK3132GJ（RK3162GJ／RK3192GJ）PDC鉆頭

圖2 RK4132GJ（RK4132GJ）PDC鉆頭

針對沙河街組、孔店組及下部抗壓強度較高、膠結較好的泥頁巖、砂巖地層優選RK4132GJ、RK4162G鉆頭，并和鉆頭廠家聯系，對鉆井進行了改進：四刀翼、漸開式非對稱螺旋刀翼布齒（見圖2），使鉆頭具備良好的穩定性；采用進口高磨耗比?13mm×8mm及?16mm×8mm復合片，使鉆頭更加耐用；采用鋼質胎體，使鉆頭具有較高的安全性及較好的可修復性。

由于先期設計的PDC鉆頭刀翼上部倒角較小，在硬夾層短起下過程中曾多次發生卡鉆（鉆頭在中10－61－2K等幾口井深2500m以上地層上提鉆具時多次卡鉆），因此，對PDC鉆頭進行了改進，將刀翼上部倒角改的比較平緩，以降低上提鉆具時卡鉆的風險。

3 鉆井參數優化

鉆井參數的選擇上應做到鉆壓、轉速和排量的合理配合，做到“一高一低一適當”，即高轉速、低鉆壓、排量適當。選擇合理的鉆井參數，有利于提高鉆頭的破巖效率、及時將鉆屑攜帶至地面、防止重復破碎現象的發生，達到提高機械鉆速，縮短鉆井周期的目標。

圖3 改進前后PDC鉆頭的對比圖

大港油田側鉆井所鉆的井眼尺寸主要以?120mm為主，選用PDC鉆頭鉆進時，鉆壓控制在10～40kN；采用單牙輪鉆頭鉆進時，為使鉆頭齒與軸承磨損相匹配，鉆壓控制在20～70kN。采用鉆頭＋單彎螺桿進行導向鉆進時，轉速由15～20r／min逐步提高至40～60r／min，采用常規鉆具組合鉆進時轉速控制在70～90r／min；排量保持在9～13L／s。開窗側鉆井不同于常規鉆井井眼的循環壓耗，開窗側鉆井的循環壓耗主要分布在鉆具內，排量小井眼凈化不能保證；排量過高，井眼沖刷嚴重，地面設備難以持續工作，故合理選擇水力參數對提高側鉆井機械鉆速、保證井眼穩定與施工安全十分重要。

4 鉆具組合的優選

大港油田側鉆井井眼尺寸主要為?120mm，受原井眼尺寸限制，在側鉆井施工過程中只能采用小尺寸、柔性較大的加重鉆桿及鉆桿，井眼軌跡受上部井眼曲率影響大，從而增加了側鉆井井眼軌跡控制的難度。通過對該油田鉆具組合使用情況評價分析，優選出適合該油田側鉆井的鉆具組合。

1）?120mm開窗銑錐＋?81mm加重鉆桿＋?73mm鉆桿，用于開修窗試鉆。

2）?120mm鉆頭＋?95mm螺桿（1.5～1.75°）＋止回閥＋?89mm無磁鉆鋌＋MWD短節＋?89mm無磁鉆鋌＋?81mm加重鉆桿＋?73mm鉆桿，主要用于套管開窗后定向增、降斜鉆進，使新井眼盡快脫離老井眼，是鉆頭沿斜向器鞋面方位鉆進，避免鉆頭沿水泥環鉆進。對于定向段短、造斜率高的側鉆井，初始優選1.75°單彎螺桿；對于定向段長、造斜率低的側鉆井直接選用1.5°單彎螺桿。

3）?120mm鉆頭＋?95mm螺桿（1.25～1.5°）＋止回閥＋?89mm無磁鉆鋌×＋MWD短節＋?81mm加重鉆桿＋?73mm鉆桿，主要用于穩斜鉆進。

4）?120mm鉆頭＋230／210接頭＋?105mm浮閥＋?116mm螺旋穩定器＋?89mm無磁鉆鋌＋MWD短節＋?81mm加重鉆桿＋?73mm鉆桿，在實際鉆井過程中表現出穩斜特征，用于易漏失等復雜層位，對于井斜過大時起到一定的降斜作業。

5 井眼軌跡控制研究

為有效控制側鉆井眼軌跡，降低扭方位風險，提高機械鉆速，杜絕工程風險，在確定待施工井原井眼及鄰井軌跡數據準確的情況下采取以下側鉆井眼軌跡控制措施。

1）側鉆點的優選。側鉆開窗點即造斜點，應選取地層較穩定（可鉆性比較均勻、不存在硬夾層），在充分考慮地層傾角因素的同時，避免在巖石破碎帶、漏失地層、流沙層或易坍塌地層進行開窗定向鉆進，以防止出現沿原井眼鉆進、漂移嚴重等問題，造成難以有效控制井眼軌跡的風險。

2）陀螺定向，確保導斜器坐掛方位準確。根據原井眼為直井時采取鉆桿帶導斜器，測陀螺時多次大幅度活動鉆具，復測方位達到要求，起出儀器進行坐掛；原井眼存在一定井斜時，采取在導斜器送入鉆具合適位置上加裝扶正器或減阻接箍、大幅度活動鉆具的方式有效消除大段鉆具躺在下井壁上，摩阻大消除困難的問題。導斜器送入鉆具組合為：導斜器＋定向接頭＋18°正扣鉆桿。

3）定向鉆進。定向造斜段采用單彎螺桿（可根據實際情況，根據設計造斜率情況選用1.25、1.5°這2種角度）帶MWD無線隨鉆儀器跟蹤控制井眼軌跡鉆進。

4）穩斜鉆進。由于小鉆桿柔性大，用常規穩斜鉆具鉆進時，在滿足工程施工安全的前提下盡量采用滿眼鉆具（帶無磁鉆桿）鉆進，為避免脫靶，每鉆進30～50m必須單點測斜（或帶MWD儀器隨鉆測斜），跟蹤軌跡，做好軌跡預測，發現有脫靶跡象，及時更換鉆具組合，進行糾正井眼軌跡，以確保順利中靶。

6 現場試驗

莊6－10－3K井是羊二莊油田二斷塊上的一口側鉆井，設計開窗側鉆造斜井段865～1068m，穩斜井段1068～1950m，實際開窗造斜井段865～1068m，穩斜井段1068～1944m。莊6－10－3K井鉆井參數如表2所示。

表2 莊6－10－3K井鉆井參數表

由表2數據可知，莊6－10－3K井平均機械鉆速5.32m／h較鄰井平均機械鉆速4.49m／h提高18.5%，該井開窗側鉆點865m，采用陀螺定向，保證了導斜器坐掛方位準確，單牙輪＋1.5°彎螺桿完成定向，穩斜井段采用PDC鉆頭＋1.5°彎螺桿鉆進，全井段帶MWD隨鉆測斜，井眼軌跡控制滿足設計要求，順利中靶，全井鉆井過程中沒有出現復雜事故發生。

7 結論及建議

1）在小井眼開窗側鉆井中，根據地層特性改進的個性化PDC鉆頭能夠達到預期的效果，起到提高機械鉆速的目的。

2）通過對側鉆井優快鉆井工藝技術研究，結合實施開窗側鉆井的地層特點，合理選擇開窗點位置和進行井眼軌跡設計，能夠有效避免因開窗點位置選擇和井眼軌跡設計的不合理，造成軌跡控制困難，從而出現井下復雜和事故。

3）開窗側鉆井都是在原有套管內實施的，使用的鉆具組合都是小尺寸，鉆出的都是小井眼，造成循環壓耗增大，制約著水力效率的發揮，在淺井段不太明顯，在鉆進井段比較深的情況下問題就比較突出了，隨著需要通過側鉆施工恢復生產的井越來越多的情況，建議研制或引進非標側鉆鉆桿。

［1］晁文學，林勇.中原油田?118mm井眼鉆井固井技術［J］.天然氣工業，2002，22（2）：54～55.

［2］紀宏博，柳漢明，何世恩.遼河油田稠油油藏側鉆井技術研究［J］.鉆采工藝，2009，32（4）：20～22.

［3］許云春.套管開窗側鉆井配套工藝技術研究與應用［J］.新疆石油天然氣，2009，5（2）：33～36.

［4］李固仁.側鉆井施工技術［M］.北京：石油工業出版社，2006.

［5］何樹山，岳發輝，周明信.大港油田大位移鉆井技術研究與實踐［J］.西南石油大學學報（自然科學版），2008，30（2）：104～108.