海上油田套管開窗側鉆技術及應用現狀

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

2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300459)

0 引言

隨著開窗側鉆鉆井技術及工具的不斷發展，以工程人員對現場施工作業的攻關和探索實踐，套管開窗側鉆工藝水平日趨成熟。套管開窗側鉆技術指的是利用斜向器及磨銑等工具，在現有井眼的前提下，從某特定深度在套管內側鉆一新的井眼，在新井眼鉆井完成后，進行下尾管及固井作業。套管開窗側鉆的主要意義在于在降低鉆井投資的前提下，達到優化注采井網結構，以提高原油采收率的目的。此項措施的經濟意義和戰略地位[1]在油田開發過程中十分重要。本文旨在總結側鉆工藝技術及今后的努力方向。

1 國內外側鉆研究與應用現狀

套管開窗側鉆技術特別適合低效井和報廢井改造，通過側鉆使油氣井恢復正常生產，有利于提高油氣井利用率和開發效果，并且顯著提高采收率，與此同時，鉆井費用和地面工程費用也將大幅度節省，可取得較好的經濟效益和社會價值。近年來，代表鉆井新技術的短半徑水平井和連續油管側鉆井在側鉆井中所占比例逐年增加。

1.1 連續油管開窗側鉆技術

連續油管鉆井技術適用于小尺寸井眼的各類鉆井作業，將連續油管鉆井技術應用于開窗側鉆作業，可以實現在不起出原生產管柱的前提下，在原油管內進行側鉆作業。此項作業與常規鉆桿開窗作業相比，工具及工藝上有著異曲同工之妙。其作業難點在于連續油管井下設備尺寸小，機械性能差，抗拉及抗扭強度低；銑錐尺寸小，研磨性能弱；在作業過程中，作業參數低，井口監測到的參數難以及時、正確反映出井下情況。針對上述問題，作業時在底部鉆具組合中加入單流閥及液壓斷開接頭以保障井下作業安全。將幾何仿真方法及循環流阻計算分析應用于此項作業，優化水力參數，對鉆頭及磨銑工具的摩阻進行精準計算，可有效保證現場作業順利進行[2]。

1.2 短半徑水平井開窗技術

短半徑水平井鉆井技術是剩余油氣深度挖潛、增大儲層暴露程度的一項提采措施[3]。其開窗作業多采用小尺寸鉆桿或連續油管，主要技術難點在于井眼軌跡的全角變化率大，軌跡調整余量小；在井斜較大井段增加了控制軌跡的難度。針對上述情況，在作業過程中，應遵循“勤調少滑”原則，使井段保持連續平滑的狀態。在鉆具組合方面，可適當倒裝鉆具，確保鉆具懸重，保證造斜成功率。在作業過程中如需更換底部鉆具組合，應當選取剛性相近的工具，可有效避免井下復雜情況。若底部鉆具組合中有帶彎角的螺桿鉆具，在過窗口時應當關注工具的工具面，若難以通過，可采取小角度旋轉鉆柱的方式緩慢通過。

1.3 套損井側鉆修井技術

在油氣井長期開采過程中，套管受損情況較為多見。傳統修復方式工期較長，且修復效率較低，難以滿足實際生產需求。套損井側鉆修井技術可起到良好的修復作用，使受損油井再煥青春。該技術的原理是將老井內部分套管撈出后，再進行側鉆作業，完鉆后進行常規的下套管及固井作業[4]。在此項作業中，值得關注的是新、老井眼的防碰問題，當新井眼進入新地層后，應與老井眼盡快分離，在作業過程中，應及時關注測斜數據，與老井數據進行實時模擬，避免發生碰撞事件。

1.4 大斜度井套管開窗側鉆技術

大斜度井的套管開窗側鉆技術與普通常規井的套管開窗側鉆技術有著較大區別，由于其井斜較大，會給開窗帶來諸多問題，如：下鉆時，開窗工具與套管之間的摩阻較大，會使斜向器上的銷釘因應力疲勞而提前剪切，導致提前座掛；大斜度井的套管清潔程度要遠低于常規井，增加了下鉆遇阻的風險；在進行斜向器定向時，不容易找準工具面。

為解決上述問題，可采用多項技術措施。在井眼準備階段，先進行通井及刮管洗井作業，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，根據大斜度井的井眼軌跡應進行摩阻計算，選取合適的位置進行鉆具倒裝以增加懸重。陀螺定向的專用定向接頭應放置在鉆具組合中的適當位置。在斜向器座掛階段，在原懸重的基礎上，應上提或下壓適當的噸位以驗證斜向器是否座掛成功。在開窗磨銑階段，當磨銑至死點位置，應小鉆壓低參數進行作業，在修窗過程中，當磨銑工具過窗口無明顯阻掛時，即可起鉆。在大斜度井套管開窗作業中，刮管洗井質量直接影響著開窗質量與斜向器座掛質量；斜向器座掛時，應控制下放速度，平穩操作。

2 側鉆工藝技術

2.1 開窗技術

開窗點位置的選擇至關重要，多選擇在固井質量較好、避開套管接箍、套管完好且無變形的地方。除此以外，側鉆的新井段應盡力縮短，盡可能多利用老井段。若老井無固井質量數據，則建議在側鉆前先進行測量固井質量作業。在斜向器選擇方面，目前常用的為錨定式、液壓卡瓦式及機械式，可根據套管鋼級及項目費用情況進行斜向器優選。開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。現在的銑錐制造技術日臻成熟，一趟鉆即可完成開窗、修窗及導眼鉆進的工作。在開窗完成后，可將鉆柱上下提放驗證窗口有無阻掛現象，禁止過提或下壓，以免窗口變形。如遇阻掛，應當開泵循環并以小參數通過[5]。

2.2 開窗作業的鉆井液技術

開窗作業過程中，鉆具與套管間的環空較小，排量受到限制，對鉆井液性能要求較高。開窗作業前的鉆井液應當提前配好并且在井內循環均勻，失水應當合理控制。隨著開窗作業的進行，應當緩慢提比重，適當加入潤滑材料以增強鉆井液的潤滑性，當新地層完全打開時，應加入大分子鏈材料以抑制粘土的水化分散。除此以外，在非儲層段還需加入少量隨鉆堵漏材料以保持循環系統液面穩定。

2.3 側鉆事故預防與處理技術

2.3.1 井漏分析與預防

作業過程中如發生井漏，以下二者需同時滿足。一是巖石孔隙過大，此孔隙尺寸應當大于鉆井液中固相顆粒的直徑；二是鉆井液密度應大于地層壓力。在鉆進過程中，還應當考慮循環當量密度。側鉆井的井眼尺寸較小，較常規井更加容易發生井漏。作業時應當合理控制鉆井液密度窗口，在保障井控安全的前提下，將鉆井液密度調整至與地層壓力相當，不可過度過平衡或欠平衡。現場應提前配置一定數量的堵漏鉆井液，若發生井漏可以做到迅速泵入。除此以外，錄井人員還應把握好循環池液面變化情況，如有明顯變化，應當及時預警。

2.3.2 卡鉆預防

在眾多卡鉆類型中，側鉆井作業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。為避免作業過程中的壓差卡鉆，其預防措施有以下四點：

(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域有較大的優勢，該體系不需要膨潤土，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，在鉆井液循環過程中，其循環壓耗低、激動壓力小、鉆井速度快、潤滑性能好、抑制力強并利于保護油氣層。

(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，加重材料的加入也會增加摩阻。因此，在井下正常情況下，保持略欠平衡的狀態有利于防止壓差卡鉆，鉆井過程中不可隨意提高鉆井液密度[6-8]。

(3)保持良好的流型：可以提高鉆井液對于巖屑的動態攜砂能力與靜態懸砂能力，鉆井液性能的低切力、中粘度與較高的鉆進排量相配合對于安全快速鉆井較為有利。考慮到井徑擴大率、井眼軌跡、鉆井液性能浮動等對攜砂的影響及水力破巖沖擊力要求等因素，可適當提高環空返速。鉆井液性能的確定應以滿足鉆井需要為第一標準，并無一個固定的指標，具體實施時需要靈活掌握。

(4)加強工程措施：側鉆井一般井斜較大，巖屑床的形成是很難完全避免的，加強工程措施是防止壓差卡鉆的重要一環。在鉆具組合中可適當加入扶正器，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，以降低卡鉆風險。

3 結語

側鉆技術的選擇與井身結構及地層等因素密切相關，不同的開窗方式也有著其各自的特點，應當依據不同地層條件及施工要求認真分析，優選最合理的側鉆方式。斜向器坐放位置應避開套管接箍，盡量選擇固井質量好、地層可鉆性好的井段。合理選擇開窗位置及造斜率是側鉆施工順利的關鍵，應收集原井眼鉆井、固井資料，經分析綜合考慮后確定最佳開窗點。同時，在滿足設計的水平位移裸眼段長度下，套管開窗位置應遵循相應原則。