海上油田套管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀

王琛 王克洋 劉鵬 李進(jìn) 張婷(. 中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459；

2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459)

0 引言

隨著開(kāi)窗側(cè)鉆鉆井技術(shù)及工具的不斷發(fā)展，以工程人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的攻關(guān)和探索實(shí)踐，套管開(kāi)窗側(cè)鉆工藝水平日趨成熟。套管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)指的是利用斜向器及磨銑等工具，在現(xiàn)有井眼的前提下，從某特定深度在套管內(nèi)側(cè)鉆一新的井眼，在新井眼鉆井完成后，進(jìn)行下尾管及固井作業(yè)。套管開(kāi)窗側(cè)鉆的主要意義在于在降低鉆井投資的前提下，達(dá)到優(yōu)化注采井網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以提高原油采收率的目的。此項(xiàng)措施的經(jīng)濟(jì)意義和戰(zhàn)略地位[1]在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中十分重要。本文旨在總結(jié)側(cè)鉆工藝技術(shù)及今后的努力方向。

1 國(guó)內(nèi)外側(cè)鉆研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

套管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)特別適合低效井和報(bào)廢井改造，通過(guò)側(cè)鉆使油氣井恢復(fù)正常生產(chǎn)，有利于提高油氣井利用率和開(kāi)發(fā)效果，并且顯著提高采收率，與此同時(shí)，鉆井費(fèi)用和地面工程費(fèi)用也將大幅度節(jié)省，可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。近年來(lái)，代表鉆井新技術(shù)的短半徑水平井和連續(xù)油管側(cè)鉆井在側(cè)鉆井中所占比例逐年增加。

1.1 連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)

連續(xù)油管鉆井技術(shù)適用于小尺寸井眼的各類鉆井作業(yè)，將連續(xù)油管鉆井技術(shù)應(yīng)用于開(kāi)窗側(cè)鉆作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)在不起出原生產(chǎn)管柱的前提下，在原油管內(nèi)進(jìn)行側(cè)鉆作業(yè)。此項(xiàng)作業(yè)與常規(guī)鉆桿開(kāi)窗作業(yè)相比，工具及工藝上有著異曲同工之妙。其作業(yè)難點(diǎn)在于連續(xù)油管井下設(shè)備尺寸小，機(jī)械性能差，抗拉及抗扭強(qiáng)度低；銑錐尺寸小，研磨性能弱；在作業(yè)過(guò)程中，作業(yè)參數(shù)低，井口監(jiān)測(cè)到的參數(shù)難以及時(shí)、正確反映出井下情況。針對(duì)上述問(wèn)題，作業(yè)時(shí)在底部鉆具組合中加入單流閥及液壓斷開(kāi)接頭以保障井下作業(yè)安全。將幾何仿真方法及循環(huán)流阻計(jì)算分析應(yīng)用于此項(xiàng)作業(yè)，優(yōu)化水力參數(shù)，對(duì)鉆頭及磨銑工具的摩阻進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，可有效保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)順利進(jìn)行[2]。

1.2 短半徑水平井開(kāi)窗技術(shù)

短半徑水平井鉆井技術(shù)是剩余油氣深度挖潛、增大儲(chǔ)層暴露程度的一項(xiàng)提采措施[3]。其開(kāi)窗作業(yè)多采用小尺寸鉆桿或連續(xù)油管，主要技術(shù)難點(diǎn)在于井眼軌跡的全角變化率大，軌跡調(diào)整余量小；在井斜較大井段增加了控制軌跡的難度。針對(duì)上述情況，在作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)遵循“勤調(diào)少滑”原則，使井段保持連續(xù)平滑的狀態(tài)。在鉆具組合方面，可適當(dāng)?shù)寡b鉆具，確保鉆具懸重，保證造斜成功率。在作業(yè)過(guò)程中如需更換底部鉆具組合，應(yīng)當(dāng)選取剛性相近的工具，可有效避免井下復(fù)雜情況。若底部鉆具組合中有帶彎角的螺桿鉆具，在過(guò)窗口時(shí)應(yīng)當(dāng)關(guān)注工具的工具面，若難以通過(guò)，可采取小角度旋轉(zhuǎn)鉆柱的方式緩慢通過(guò)。

1.3 套損井側(cè)鉆修井技術(shù)

在油氣井長(zhǎng)期開(kāi)采過(guò)程中，套管受損情況較為多見(jiàn)。傳統(tǒng)修復(fù)方式工期較長(zhǎng)，且修復(fù)效率較低，難以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。套損井側(cè)鉆修井技術(shù)可起到良好的修復(fù)作用，使受損油井再煥青春。該技術(shù)的原理是將老井內(nèi)部分套管撈出后，再進(jìn)行側(cè)鉆作業(yè)，完鉆后進(jìn)行常規(guī)的下套管及固井作業(yè)[4]。在此項(xiàng)作業(yè)中，值得關(guān)注的是新、老井眼的防碰問(wèn)題，當(dāng)新井眼進(jìn)入新地層后，應(yīng)與老井眼盡快分離，在作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)關(guān)注測(cè)斜數(shù)據(jù)，與老井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，避免發(fā)生碰撞事件。

1.4 大斜度井套管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)

大斜度井的套管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)與普通常規(guī)井的套管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)有著較大區(qū)別，由于其井斜較大，會(huì)給開(kāi)窗帶來(lái)諸多問(wèn)題，如：下鉆時(shí)，開(kāi)窗工具與套管之間的摩阻較大，會(huì)使斜向器上的銷釘因應(yīng)力疲勞而提前剪切，導(dǎo)致提前座掛；大斜度井的套管清潔程度要遠(yuǎn)低于常規(guī)井，增加了下鉆遇阻的風(fēng)險(xiǎn)；在進(jìn)行斜向器定向時(shí)，不容易找準(zhǔn)工具面。

為解決上述問(wèn)題，可采用多項(xiàng)技術(shù)措施。在井眼準(zhǔn)備階段，先進(jìn)行通井及刮管洗井作業(yè)，在斜向器座掛位置刮管多次以保證座掛成功率。在下入斜向器階段，根據(jù)大斜度井的井眼軌跡應(yīng)進(jìn)行摩阻計(jì)算，選取合適的位置進(jìn)行鉆具倒裝以增加懸重。陀螺定向的專用定向接頭應(yīng)放置在鉆具組合中的適當(dāng)位置。在斜向器座掛階段，在原懸重的基礎(chǔ)上，應(yīng)上提或下壓適當(dāng)?shù)膰嵨灰则?yàn)證斜向器是否座掛成功。在開(kāi)窗磨銑階段，當(dāng)磨銑至死點(diǎn)位置，應(yīng)小鉆壓低參數(shù)進(jìn)行作業(yè)，在修窗過(guò)程中，當(dāng)磨銑工具過(guò)窗口無(wú)明顯阻掛時(shí)，即可起鉆。在大斜度井套管開(kāi)窗作業(yè)中，刮管洗井質(zhì)量直接影響著開(kāi)窗質(zhì)量與斜向器座掛質(zhì)量；斜向器座掛時(shí)，應(yīng)控制下放速度，平穩(wěn)操作。

2 側(cè)鉆工藝技術(shù)

2.1 開(kāi)窗技術(shù)

開(kāi)窗點(diǎn)位置的選擇至關(guān)重要，多選擇在固井質(zhì)量較好、避開(kāi)套管接箍、套管完好且無(wú)變形的地方。除此以外，側(cè)鉆的新井段應(yīng)盡力縮短，盡可能多利用老井段。若老井無(wú)固井質(zhì)量數(shù)據(jù)，則建議在側(cè)鉆前先進(jìn)行測(cè)量固井質(zhì)量作業(yè)。在斜向器選擇方面，目前常用的為錨定式、液壓卡瓦式及機(jī)械式，可根據(jù)套管鋼級(jí)及項(xiàng)目費(fèi)用情況進(jìn)行斜向器優(yōu)選。開(kāi)窗鉆具組合多為三段式銑錐+加重鉆桿+普通鉆桿的方式，頭錐的功能多為破窗，中間的西瓜銑及尾錐的功能多為磨銑及修窗。現(xiàn)在的銑錐制造技術(shù)日臻成熟，一趟鉆即可完成開(kāi)窗、修窗及導(dǎo)眼鉆進(jìn)的工作。在開(kāi)窗完成后，可將鉆柱上下提放驗(yàn)證窗口有無(wú)阻掛現(xiàn)象，禁止過(guò)提或下壓，以免窗口變形。如遇阻掛，應(yīng)當(dāng)開(kāi)泵循環(huán)并以小參數(shù)通過(guò)[5]。

2.2 開(kāi)窗作業(yè)的鉆井液技術(shù)

開(kāi)窗作業(yè)過(guò)程中，鉆具與套管間的環(huán)空較小，排量受到限制，對(duì)鉆井液性能要求較高。開(kāi)窗作業(yè)前的鉆井液應(yīng)當(dāng)提前配好并且在井內(nèi)循環(huán)均勻，失水應(yīng)當(dāng)合理控制。隨著開(kāi)窗作業(yè)的進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)緩慢提比重，適當(dāng)加入潤(rùn)滑材料以增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑性，當(dāng)新地層完全打開(kāi)時(shí)，應(yīng)加入大分子鏈材料以抑制粘土的水化分散。除此以外，在非儲(chǔ)層段還需加入少量隨鉆堵漏材料以保持循環(huán)系統(tǒng)液面穩(wěn)定。

2.3 側(cè)鉆事故預(yù)防與處理技術(shù)

2.3.1 井漏分析與預(yù)防

作業(yè)過(guò)程中如發(fā)生井漏，以下二者需同時(shí)滿足。一是巖石孔隙過(guò)大，此孔隙尺寸應(yīng)當(dāng)大于鉆井液中固相顆粒的直徑；二是鉆井液密度應(yīng)大于地層壓力。在鉆進(jìn)過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)考慮循環(huán)當(dāng)量密度。側(cè)鉆井的井眼尺寸較小，較常規(guī)井更加容易發(fā)生井漏。作業(yè)時(shí)應(yīng)當(dāng)合理控制鉆井液密度窗口，在保障井控安全的前提下，將鉆井液密度調(diào)整至與地層壓力相當(dāng)，不可過(guò)度過(guò)平衡或欠平衡。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)提前配置一定數(shù)量的堵漏鉆井液，若發(fā)生井漏可以做到迅速泵入。除此以外，錄井人員還應(yīng)把握好循環(huán)池液面變化情況，如有明顯變化，應(yīng)當(dāng)及時(shí)預(yù)警。

2.3.2 卡鉆預(yù)防

在眾多卡鉆類型中，側(cè)鉆井作業(yè)中最常遇到的為壓差卡鉆。井壁與鉆具間的高摩阻是引起壓差卡鉆的根本原因。為避免作業(yè)過(guò)程中的壓差卡鉆，其預(yù)防措施有以下四點(diǎn)：

(1)合理選用鉆井液體系：甲酸鹽鉆井液體系在小井眼鉆井領(lǐng)域有較大的優(yōu)勢(shì)，該體系不需要膨潤(rùn)土，用可溶性甲酸鹽作為加重材料，很大程度上降低了鉆井液的固相含量。隨著固相含量的減少，在鉆井液循環(huán)過(guò)程中，其循環(huán)壓耗低、激動(dòng)壓力小、鉆井速度快、潤(rùn)滑性能好、抑制力強(qiáng)并利于保護(hù)油氣層。

(2)控制合適的壓差：鉆具與井壁間的摩阻隨液柱壓力的增加而增加，同時(shí)，加重材料的加入也會(huì)增加摩阻。因此，在井下正常情況下，保持略欠平衡的狀態(tài)有利于防止壓差卡鉆，鉆井過(guò)程中不可隨意提高鉆井液密度[6-8]。

(3)保持良好的流型：可以提高鉆井液對(duì)于巖屑的動(dòng)態(tài)攜砂能力與靜態(tài)懸砂能力，鉆井液性能的低切力、中粘度與較高的鉆進(jìn)排量相配合對(duì)于安全快速鉆井較為有利。考慮到井徑擴(kuò)大率、井眼軌跡、鉆井液性能浮動(dòng)等對(duì)攜砂的影響及水力破巖沖擊力要求等因素，可適當(dāng)提高環(huán)空返速。鉆井液性能的確定應(yīng)以滿足鉆井需要為第一標(biāo)準(zhǔn)，并無(wú)一個(gè)固定的指標(biāo)，具體實(shí)施時(shí)需要靈活掌握。

(4)加強(qiáng)工程措施：側(cè)鉆井一般井斜較大，巖屑床的形成是很難完全避免的，加強(qiáng)工程措施是防止壓差卡鉆的重要一環(huán)。在鉆具組合中可適當(dāng)加入扶正器，減小鉆具與井壁間的接觸面積，可以采用巖屑床破壞器或水力振蕩器，以降低卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

側(cè)鉆技術(shù)的選擇與井身結(jié)構(gòu)及地層等因素密切相關(guān)，不同的開(kāi)窗方式也有著其各自的特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)依據(jù)不同地層條件及施工要求認(rèn)真分析，優(yōu)選最合理的側(cè)鉆方式。斜向器坐放位置應(yīng)避開(kāi)套管接箍，盡量選擇固井質(zhì)量好、地層可鉆性好的井段。合理選擇開(kāi)窗位置及造斜率是側(cè)鉆施工順利的關(guān)鍵，應(yīng)收集原井眼鉆井、固井資料，經(jīng)分析綜合考慮后確定最佳開(kāi)窗點(diǎn)。同時(shí)，在滿足設(shè)計(jì)的水平位移裸眼段長(zhǎng)度下，套管開(kāi)窗位置應(yīng)遵循相應(yīng)原則。