阿爾及利亞OMG723側鉆小井眼短半徑水平井技術

李復興

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程技術處)

側鉆小井眼短半徑水平井技術是20世紀80年代快速發展并日臻完善的一項綜合性配套技術。該技術在國外一些油田已經進入生產應用階段，在國內仍停留在試驗和探索階段。目前國內的小井眼水平井井眼尺寸基本都在?118 mm以上，尚無?95.3 mm小井眼水平井。OMG723井作為側鉆小井眼短半徑水平井的施工案例，通過多種關鍵技術的成功應用，順利完井，形成了HMD油田側鉆小井眼短半徑水平井的關鍵技術。

1 基本情況

OMG723井側鉆施工前為直井,該井目的層是寒武紀砂巖地層，巖性致密研磨性強，垂直深度3 450～3 470 m；在垂深3 449 m上部是奧陶紀泥頁巖層夾雜片狀鹽結晶，脆性大，極易發生坍塌，且壓力系數高于下部目的層。OMG723井側鉆井身結構見圖1所示。

2 技術難點

2.1 開窗難度大

設計造斜點在?177.8 mm尾管內，側鉆前要對尾管進行開窗，開窗作業會產生大量鐵屑，存在環空憋堵、鐵屑凈化困難等問題，易發生井下故障[1]，套管開窗后井內存在大量鐵屑，打撈不徹底會給后續的定向鉆進、地面循環系統和井下儀器帶來很大的隱患。

圖1 OMG723井側鉆井身結構圖

2.2 井眼造斜率高，施工困難

短半徑水平井在增斜段施工難度大，狗腿度大，造斜率要求高，幾乎沒有回旋余地，井眼軌跡稍有失控就需要填井重鉆，損失重大[2]。大狗腿度井段的鉆具磨損嚴重，起下鉆困難，托壓嚴重。該井段的鉆具受到嚴重的交變應力，疲勞損傷大。

2.3 鉆井液性能要求高

套管開窗期間產生大量鐵屑，要求鉆井液具有良好的流變性；增斜段采用全滑動鉆進，有卡鉆的風險，且造斜段是泥巖地層，泥巖具有吸水膨脹和井壁失穩垮塌的特性；小井眼排量受限，要求鉆井液具有良好的攜砂性、懸浮性、潤滑性，低固相含量，觸變性好[3]。

2.4 小井眼鉆進風險大

?95.3 mm小井眼井下螺桿要求排量小，造成鉆井液攜巖能力受限；在井斜超過30°至水平段極易形成巖屑床，造成鉆具磨阻大，鉆壓傳遞困難，長時間滑動鉆進卡鉆風險大；鉆具尺寸小，工具面擺放困難[4]；待鉆井眼增斜段全角變化率高，控制精度要求高；小鉆具受力復雜，承受扭矩大，時間長，疲勞破壞嚴重[5]。

2.5 地層可鉆性差，地層溫度高

寒武紀砂巖地層，巖性致密，研磨性極強。根據地質資料地層靜止溫度136°，循環溫度115°，屬高溫地層。

3 井眼軌道優化設計

OMG723井采用“直-增-增-穩”4段制軌道，為了緩解托壓、扭矩大的問題，最終確定了水平段采用88.73°的微降模式。設計中進入A靶點前降低造斜率主要是考慮進入砂巖造斜率會降低，這樣留有余地確保準確中靶實現軟著落[6](表1)。

表1 OMG723井側鉆井眼軌道設計數據

4 側鉆小井眼短半徑水平井配套技術

4.1 優化套管開窗方式

目前套管的開窗方式有兩種，一種導斜器開窗；另一種是段銑套管開窗。兩種方法各有所長，導斜器開窗具有開窗快、周期短的特點，但施工危險較大，特別是短半徑水平井，導斜器轉動造成的方位偏差對后期施工影響很大；段銑套管開窗具有安全可靠的特點[7]。

該地區在使用導斜器開窗時普遍存在窗口附近泥頁巖坍塌，起下鉆困難的問題。為了提高本井施工的可靠性，優選段銑開窗方法，這也是該地區首次采用段銑開窗，開窗工具選用威德福D型段銑刀(圖2左)，段銑井段選在3 389～3 402 m。

鐵屑的清理措施：段銑前處理鉆井液，以滿足攜帶鐵屑要求，使鉆井液黏度在70～80 s，動切力23～30 Pa，初切力：10～15 Pa，終切力：40～45 Pa，塑性黏度：32～38 mPa·s。段銑期間，在鉆井液回流槽內放置強磁工具，避免鐵屑進入循環罐；為了避免段銑不徹底，產生套管“剝皮”現象，控制鉆時在0.5 m/h以內；段銑結束后，使用管柱強磁清理井內鐵屑(圖2右)。打撈鐵屑結束后注水泥填井，并鉆水泥塞至造斜點3 390 m。

圖2 OMG723所用的段銑刀和使用管柱強磁打撈出的的鐵屑

4.2 獨特的鉆頭選型與個性化螺桿的完美結合

4.2.1 鉆頭選型

施工中綜合考慮穩定工具面、造斜率、提高機械鉆速、減少起下鉆次數等因素，根據不同井段采用不同的鉆頭(表2)。該組合充分運用每種鉆頭(圖3，圖4)的不同優點，達到最大使用效果。

4.2.2 螺桿的選用

根據該井的特點，普通螺桿難以滿足需要，本井在?149.2 mm井段采用貝克公司最新的?120 mm Ultra X-treme IR系列螺桿，該系列螺桿具有可調彎度(0～4°)的特點，結合2.42 m的超短長度能實現最大造斜率70°/30 m，超短螺桿能縮短MWD至鉆頭的測量盲區，提高軌跡控制的精度。為適應在136°高溫地層長時間鉆進的需要，在?95.3 mm井段選用了貝克公司最新研發的?73 mm X-treme耐高溫高速螺桿，最大工作溫度達190°，水功率達到58 HP，該型螺桿定轉比3/2,在450 L/min排量下，轉速達590 r/min,復合鉆進時能降低鉆桿的轉速，減緩鉆桿的疲勞破壞。兩種螺桿的使用在本井取得了很好的效果，其可調彎度的特點減少了螺桿的消耗，?149.2 mm井段只使用了一根螺桿，?95.3 mm井段使用了兩根螺桿，軌跡達標率100%。

表2 OMG723井鉆頭選型

圖3 ?149.2 mm井眼所用HCC D411ST金剛石鉆頭和EQH55DRD三牙輪鉆頭

圖4 ?95.3 mm井眼造斜段所用G21 SD88三牙輪鉆頭和水平段所用HHS 178孕鑲金剛石鉆頭

4.3 合理的鉆具組合及精細化施工措施

合理的鉆具組合對于短半徑水平井尤為重要，一旦鉆具組合不合適，造斜率不滿足要求會有填井重鉆的風險，本井鉆具組合的優選原則是：①確保造斜率符合要求，保持軌跡圓滑；②水平段以復合鉆進為主，減少滑動鉆進。

第一增斜段組合：?149.2 mm金剛石鉆頭+?120.7 mm螺桿(2.1°)+?88.9 mm無磁鉆桿(MWD)+?120.7 mm MWD脈沖接頭+?120.7 mm浮閥 +?120.7 mm陀螺定位接頭+?88.9 mm鉆桿×15根+?120.7 mm鉆挺×15根+?120.7 mm隨鉆震擊器+?120.7 mm鉆挺×2根+?88.9 mm鉆桿。為了避免了套管對MWD的磁干擾，使用陀螺擺方位。開窗初期采用控時鉆進的方法(表3)，及時分析巖屑變化(圖5)。

表3 控時鉆進表

圖5 控時鉆進(3 390～3 398.5 m)井深與巖屑含量變化圖

后續?149.2 mm增斜段使用三牙輪鉆頭配合2.5°螺桿的倒裝鉆具組合。

該井段施工的特點是鉆速較慢，全井段滑動鉆進，為緩解托壓問題每鉆進1 m打稠塞并適當提高排量循環；另一個問題是增斜段起下鉆遇阻嚴重，通過轉動工具面至高邊解決問題。本井增斜段短調控余地小，測量滯后問題在短半徑水平井增斜段尤為突出，要求技術人員有較高的預見性且對工具性能非常熟悉[8]。

第二增斜段組合：?95.3 mm三牙輪鉆頭+?73.0 mm螺桿(3.6°～3.8°)+?60.3 mm無磁鉆桿(MWD)+?60.3 mmMWD脈沖接頭+?60.3 mm浮閥+?60.3 mm鉆桿×18根+?60.3 mm變扣+?88.9 mm鉆桿×6根+?120.7 mm鉆挺×9根+?120.7 mm隨鉆震擊器+?120.7 mm鉆挺×2根+?88.9 mm鉆桿。

該組合采用柔性鉆具組合并逐步倒裝，有利于鉆壓的有效傳遞；大彎度螺桿配合三牙輪鉆頭，有效提高造斜率；選擇短螺桿，減少測量盲區，有利于精確控制井眼軌跡[9]。

水平段組合：?95.3 mm孕鑲金剛石鉆頭+?73.0 mm螺桿(0.8°)+?60.3 mm無磁鉆桿(MWD)+?60.3 mmMWD脈沖接頭+?60.3 mm浮閥+?60.3 mm鉆桿×18根(倒裝)+?60.3 mm變扣+?88.9 mm鉆桿×6根+?120.7 mm鉆挺×9根+?120.7 mm隨鉆震擊器+?120.7 mm鉆挺×2根+?88.9 mm鉆桿。

該組合的保持零穩定器模式，有效緩解了水平段鉆進托壓，減小了卡鉆的概率；采用孕鑲金剛石鉆頭，減少了起下鉆的頻率，提高了鉆進效率；為緩解小鉆桿疲勞破壞的情況發生，每趟鉆倒換鉆桿，及時淘汰磨損嚴重的鉆桿。

4.4 下尾管封固油層上部不穩定地層

第一增斜段?149.2 mm井眼中完后下尾管固井，使用?114.3 mm P110 尾管，為了提高固井質量，在裸眼段使用剛性扶正器，在直井段使用彈性扶正器，合理的精細化措施確保固井的高質量。

4.5 良好的鉆井液體系

基于本井的地層特性、大曲率、小井眼、套管磨銑作業等特點，選用油基鉆井液，在油基鉆井液的基礎上形成了耐高溫、強抑制、強抗鹽侵、泥頁巖井壁穩定、易于調整流變性的適應本地區的鉆井液體系，如表4所示。

表4 不同井段的鉆井液性能

5 施工效果評價

1)OMG723井實際造斜點3 390 m，第一造斜段鉆至3 452.5 m,第二造斜段從3 452.5 m鉆至3 480.42 m，水平段從3 480.42 m至完鉆井深3 888 m，水平位移450.06 m，水平段長407.57 m，油層鉆遇率100%。

2)鉆頭和螺桿的完美配合，使本井軌跡達到了最優化，起鉆磨阻最大80 kN，下鉆磨阻最大50 kN，為后期各種施工提供了良好條件。

3)段銑開窗運用成功，開窗后續的起下鉆經過窗口時無遇阻和超拉現象。

4)精細化施工措施使該井施工過程中未發生井塌、井漏、落物等井下復雜情況。

6 結論和建議

1)針對短半徑水平井曲率大、造斜段短的特點，合理的工具選型及組合對于軌跡的精確控制非常重要。

2)?95.3 mm小井眼鉆進中，按時泵入稠塞并配合大幅度活動鉆具有效破壞井底巖屑床，緩解了托壓和避免了卡鉆。

3)流變性易于調整的鉆井液能更好的適應復雜修井工作的施工需要。

4)建議國內科研工作者加強對可調度數短螺桿的研究,同時提高螺桿的耐高溫性能，以滿足將來復雜的施工要求。