?139.7mm套管開窗側鉆井優快鉆井技術

　(中石油渤海鉆探第四鉆井分公司，河北 任丘 062552)

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?139.7mm套管開窗側鉆井優快鉆井技術

[摘要]套管開窗側鉆井技術可以使深部套管損壞的油、水井得到修復再利用，但由于開窗側鉆井井眼小，所用鉆頭、鉆具、工具受到限制。同時環空間隙小，對鉆井速度及施工質量有很大的影響。通過優選鉆頭不但提高了鉆井速度同時增大了環空間隙，解決了小井眼施工中環空返速低的問題，也為后期完井作業奠定了基礎。通過優化鉆具結構，使用防卡鉆具組合提高了防卡能力。在軌跡控制方面運用無線隨鉆測量技術實現了隨鉆跟蹤，進一步提高了井下安全。針對以往小井眼固井難點，研究適合小井眼固井的低密度早強水泥漿，解決了固井水泥低返以及固井過程中蹩壓的問題，使小井眼固井質量都有了很大提高。通過以上技術應用為側鉆井的進一步發展找到一種新的方法。

[關鍵詞]?139.7mm套管；PDC鉆頭；軌跡控制；鉆井液；低密度

套管開窗側鉆井鉆井技術是在定向井、水平井、小井眼鉆井技術基礎上發展起來的一種綜合鉆井技術。采用開窗側鉆井技術可以使深部套管損壞的油、水井得到修復再利用，在低產井中開窗側鉆可發現新的含油層位，特別是對破壞性開采過的油田是一種提高油層采收率的手段。利用老井開窗還可以節約土地占用，減少建設資金。

近年來石油行業越來越重視套管開窗側鉆井的發展。由于開窗側鉆井井眼小，特別是在?139.7mm套管內進行側鉆，所用鉆頭、鉆具、工具均尺寸較小，環空間隙小，對鉆井速度及施工有很大的影響。因此如何優選鉆井工具、控制井眼軌跡、提高機械鉆速、縮短建井周期成為當前需要解決的問題。

1開窗側鉆井快速鉆井關鍵技術

1)根據井下情況選用高壓、大排量的鉆井參數。施工泵壓在18～20MPa、排量在8～10L/s情況下通過提升射流的水力作用，提高鉆井效率。

2)對側鉆井鉆頭進行優選，改變以往只用?118mm鉆頭的做法。在壁厚為7.72mm的?139.7mm套管中選用?120.65mm鉆頭，在壁厚為9.19mm的?139.7mm套管中選用?118mm鉆頭。同時優選出高效能的單牙輪鉆頭和PDC鉆頭。為適應井眼軌跡的變化，并對各種鉆頭進行組合使用，提高了機械鉆速[1]。

3)運用防卡鉆具組合。在側鉆井的鉆具組合中，拋棄了過去使用的鉆頭+導向鉆具+無磁鉆鋌+鉆鋌的結構組合，采用了加重鉆桿替代鉆鋌，變井下鉆具與井壁的面接觸為點接觸，減小了卡鉆風險。

4)加強井眼軌跡的控制。施工過程中根據現場施工情況，在設計范圍內現場選擇出最佳的井眼軌跡，加大復合鉆進井段，減少滑動鉆進井段。

5)無線隨鉆測量定向。改變老式隨鉆定向模式，運用MWD無線隨鉆定向技術替代有線隨鉆定向，可以邊側鉆邊定向，避免了接單根時起電纜工作，節約了時間，也保證了井下安全。

6)采用近平衡壓力鉆井。側鉆井施工都是在已開發地層進行的，地層的情況都能知道的很準確。在保證井下安全(不塌、不噴)的前提下，可以盡量將鉆井液的密度降低以提高鉆井速度。

7)加強鉆井液的潤滑、穩定與凈化。開窗前所配鉆井液已經達到井下地層的鉆井液要求，側鉆施工中又加強了鉆井液的維護以達到減小施工泵壓、降低環空摩阻的作用。

8)低密度早強水泥漿固井。由于有的側鉆井易漏失層和低壓層共存，掛尾管過程中會對井下產生較大液柱回壓。使用低密度早強(24h強度≥14MPa)水泥漿體系固井，可防止固井過程中的井漏，減輕固井對油氣層的污染。

2現場施工

文20-24X1井是冀中地區的一口開窗側鉆井。老井套管?139.7mm，壁厚9.19mm。井眼剖面設計如表1所示。

表1　文20-24X1井井眼剖面設計

2.1鉆頭的優選

在側鉆井中的小尺寸PDC鉆頭，由于鉆頭結構是按大尺寸鉆頭設計的，因此一般鉆速都較低。而小尺寸牙輪鉆頭由于軸承弱、牙掌單薄，鉆頭壽命短，并極易發生鉆頭事故，不能適應小井眼的高轉數，使得鉆頭進尺少，效率低[2]。文20-24X1井通過優選側鉆用鉆頭，使側鉆井機械鉆速有了大幅提高。鉆頭使用情況見表2。

表2　文20-24X1井側鉆井鉆頭使用情況

注：Ng、Ed、Es分別表示館陶組、東營組和沙河街組。

2.2井眼軌跡控制

在側鉆井中使用無線隨鉆定向，使鉆進過程中能夠隨時監測井眼軌跡變化，能夠隨時調整參數，確保井眼軌跡優質[3]；定向過程中能夠方便有效地控制井眼曲率變化，從而減少井下復雜事故的發生；相對于有線隨鉆沒有了起下電纜時間上的損失，而且不用長時間停泵活動鉆具，在安全上得到了保障，加快了鉆井速度，保證了井下安全。

2.2.1脫離老井眼階段(1810～1826m)

開窗后的試鉆就是為了盡快脫離老井眼而進行的。對試鉆的距離進行了試驗，發現試鉆的長度最小16m就可以滿足定向的要求。由于試鉆用常規鉆具鉆速較慢，因此只需要達到定向要求[4]。

鉆具組合：?118mm單牙輪+浮閥+?89mm無磁承壓鉆桿(NWDP)×1根+MWD懸掛短節+?89mm加重鉆桿(WDP)×18根+?73.02mm鉆桿(DP)。

鉆進參數：控制試鉆鉆壓在20～40kN，轉盤轉速35～60r/min，泵壓18MPa，排量10L/s。經過平穩鉆進由1810m鉆至1826m，進尺16m，達到了試鉆目的。

2.2.2造斜軌跡控制階段(1826～2089m)

鉆具組合：?118mm單牙輪+?95mm×1.5°單彎螺桿(DN)+浮閥+?89mmNWDP×1根+MWD懸掛短節+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。

該階段鉆進中根據無線隨鉆所得的井斜和方位以及鉆具的實鉆造斜率，實時準確預測井眼軌跡的符合率，分析井眼變化趨勢，不斷優化修正待鉆井眼軌道，及時調整鉆井參數，盡可能多地采用復合鉆進，減少滑動鉆進，對每根鉆桿鉆進方式進行優化，使用1.5°DN可提高側鉆井的造斜率。當鉆至2089m時井斜已達到39°。

2.2.3穩斜(擴眼鉆進)軌跡控制階段(2089～2213.91m)

該階段是提高側鉆井機械鉆速的主要階段。鉆具組合：?118mm三刀翼PDC+?95mm×1.25°DN+浮閥+?89mmNWDP×1根+MWD懸掛短節+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。鉆進中少了造斜和扭方位，整個階段基本都是復合鉆進，最高機械鉆速達到6m/h。鉆井參數：鉆壓20～25kN，轉盤轉速60～70r/min，泵壓20MPa，排量10L/s[5]。

2.2.4降斜軌跡控制階段(2213.91～2550m)

鉆具組合：?118mm三刀翼PDC+?95mm×1.25°DN+浮閥+?89mmNWDP×1根+MWD懸掛短節+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。利用無線定向得到實現。

2.3鉆井液技術

采用聚合物鉆井液體系，基本配方：2%～3%膨潤土+0.15%～0.35%包被劑(KPAM、TBPS)+0.5%～1%中小分子聚合物(NPAN、HMP21)+0.5%～1.5%防塌潤滑劑(WFT-108、SR-1)(配方中的百分數為質量分數)。

2.3.1現場鉆井液維護處理

開窗前在鉆井液中加入純堿、膨潤土、水解聚丙烯腈銨鹽和抗高溫降濾失劑(KJAN)在地面低壓充分循環攪拌均勻，性能達到設計要求的同時漏斗黏度達到50～60s，提高了開窗過程中鐵屑的懸浮能力。

館陶組、東營組：該井段是側鉆井中的主要造斜段，為了配合井下造斜的需要，正常維護以PAC141為包被絮凝劑，保持鉆井液黏度在35～45s，屈服值在2～4Pa，用NH4-HPAN-2溶液作為降濾失劑維護處理，根據井深情況及溫度增加KJAN的質量分數來控制鉆井液的高溫高壓失水，調節鉆井液的流型和濾失量及改善鉆井液的濾餅質量，保持鉆井液較低的濾失量，同時又有一定的懸浮攜帶能力，形成低固相聚合物鉆井液。使用離心機清除鉆井液中的有害固相，同時加入液體潤滑劑和乳化石蠟，以增加井壁泥餅的韌性，防止定向時井下的托壓。

沙一段至完鉆：東營組鉆穿進入沙一段后再進一步以液體潤滑劑、防塌劑FT-103、超細碳酸鈣和單向壓力封閉劑DCL-1配合，改善泥餅質量，提高鉆井液的潤滑性。為防止井壁失穩，適量加入1%～1.5%的防塌劑FT-342及2.0%左右的超細碳酸鈣、單向壓力封閉劑(DCL-1)，以改善泥餅質量、降低鉆井液濾失量、屏蔽井壁、減少鉆井液對儲層的損害[6]。

完鉆時鉆井液密度要控制在1.25g/cm3以上，馬氏黏度在40～50s，屈服值在5～12Pa，塑性黏度在14～18mPa·s，中壓失水小于5mL，高壓高溫失水小于15mL，pH值8.5～9.0，固相含量在7%～16%，初/終切力(1～2)Pa/(3～6)Pa。

2.3.2加強施工過程控制

1)鉆井液增加密度時要求每循環一周增加0.02g/cm3。

2)鉆井過程中盡量提高鉆井排量，以便環空上返速度達到1m/s。

3)不要認為側鉆井井眼小有害固相就少，每天離心機的使用不能小于鉆井液總量的2倍，以清除鉆井液中的有害固相。

4)為防止無線隨鉆不工作，要認真檢查鉆井液過濾網。

2.3.3完井電測技術措施

用PDC鉆頭完鉆后要使用牙輪鉆頭進行通井循環，使井眼平滑。用離心機進一步清除鉆井液中的有害固相。鉆井液中提前加入潤滑劑(GFR-1)，循環1h后短起下至開窗點，下入底后再次循環3.5h加入抗高溫降濾失劑(KJAN)、無熒光防塌劑(WFT-108)，用漏斗黏度為90s以上稠漿(內含塑料小球0.5m3)封閉側鉆裸眼井段后起鉆電測。常規完井電測一次完成，減少濾液對油層的危害，縮短油層的浸泡時間。

2.4固井技術

套管下入前進行通井，通井鉆具組合：?118mm單牙輪+浮閥+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。通井過程中保證井眼沒有遇阻、卡現象發生，通井到底后小排量頂通，然后加大排量至8～9L/s進行循環，充分洗井，帶干凈巖屑，起鉆前向井內打入漏斗黏度為100s的稠鉆井液進行封閉。

下套管過程中控制下放速度在0.4m/s以內，每下10根向套管內灌滿鉆井液[7]。下完套管循環時小排量頂通，頂通泵壓小于8MPa，環空頂通后加大排量至8～9L/s進行循環，在保證循環壓力穩定、排量穩定、無巖屑后再進行固井施工。

針對側鉆的井眼情況，前置液要求有良好的沖洗隔離作用又能很好地產生紊流效果沖洗井壁濾餅，控制前置液的使用量，環空上返高度控制在200m左右。

使用1.55g/cm3低密度固井水泥漿，減小液柱對地層的回壓，防止井漏，在水泥漿中加入微珠、微硅、降失水劑、分散劑、堵漏劑、彈性材料、膨脹劑、消泡劑以提高小井眼固井質量。

采用液壓尾管懸掛器。在頂替固井水泥漿碰壓后，懸掛器丟手位置上下預留25m的隔離液。再次向井內打10MPa壓力上提中心管，當壓力下降立即停止上提，開泵循環，沖洗干凈懸掛器周圍及套管內的水泥漿，避免套管內留水泥塞[8]。

2.5應用情況

文20-24X1井試鉆、增斜段選用?118mmGYD517單牙輪，進尺276m，平均機械鉆速3.73m/h。穩斜和降斜段選用?118mm三刀翼PDC鉆頭帶螺桿定向鉆進，進尺438.21m，平均機械鉆速5.73m/h。井身質量、固井質量合格。

通過在9口側鉆井的施工，應用效果較好。一般完鉆井深2500～3000m，裸眼段600～1000m，平均鉆井周期9～18d，平均機械鉆速3.6m/h。井身質量合格，固井質量合格。

3認識與建議

1)使用無線隨鉆控制技術對井眼軌跡的控制達到了實時監控、實時調整的效果，可有效減少鉆具靜止時間和縮短鉆井周期，減少了井下卡鉆風險。

2)調整好鉆井液的流型可很好提高鉆井液的攜巖能力。控制好鉆井液的失水量及高溫高壓濾失量，對鞏固井壁和穩定性起到一定的作用。加足各種固體、液體滑潤劑，可提高鉆井液的防卡能力。加強固控設備的使用，降低了鉆井液有害固相及含砂量，降低了鉆井液的流動阻力，防止了PDC鉆頭的泥包。

3)小尺寸鉆頭配合使用。用單牙輪鉆頭進行挑井斜、扭方位，用三刀翼PDC鉆頭進行穩斜鉆進可以大大提高?139.7mm套管開窗側鉆井的機械鉆速。

[參考文獻]

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[編輯]帥群

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)5-0058-04

[中圖分類號]TE242

[作者簡介]梁厚滄(1973-),男，工程師，長期從事修井、鉆井技術研究與管理工作，664948985@qq.com。

[收稿日期]2015-10-20

[引著格式]梁厚滄,孫尚勇,唐生顯,等.?139.7mm套管開窗側鉆井優快鉆井技術[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(5):58～61.