華北油田潛山井安探2x1井套管開窗側鉆技術

康志馨 左銘 甘惠娟

摘要：應用套管開窗側鉆技術對老井進行改造，可以有效節省鉆井投資成本，可對老井未開發區域進行進一步的開發和利用。本文詳細介紹了安探2x1在177.8mm套管內開窗側鉆鉆完井技術，包括套管鉆塞通刮一體工具的應用、一體式導斜器套管開窗技術、側鉆鉆井技術、KCL復合有機鹽鉆井液技術、127mm尾管完井技術。該井作為楊稅務潛山第一口177.8mm套管開窗側鉆井，防塌、防漏、小井眼防卡等綜合技術的集成應用，實現了石炭二疊系與奧陶系地層同一裸眼施工的重大突破，順利的交井，為楊稅務同類型的井施工積累了寶貴經驗，為該地區今后施工方案的優化進行了成功的探索。

關鍵詞：套管開窗側鉆;安探2x1;潛山;鉆井技術;鉆井液;井身結構

楊稅務潛山為“常壓超高溫非均質塊狀凝析氣藏”是渤海灣地區埋藏最深、單個潛山油氣資源規模最大和工程實施難度最大的潛山，潛山整體含油氣，幅度大，控制含油面積58km2。華北油田在楊稅務潛山西高點成功完成了安探1井鉆探任務，安探1井在奧陶系獲日產氣40.89×104m3、日產油71.16m3的高產油氣流，實現廊固超高溫深潛山預探的重要突破。華北油田為進一步開發冀中坳陷廊固凹陷楊稅務潛山內油氣藏又相繼完成了安探2x井、安探3井、安探4x井、安探5x井、安探6井，安探101X井和安探501X井等6口井的鉆井勘探。安探3井發現新含油氣層系，試油獲高產。但安探2x井沒有獲得較好的開發效果，安探2x井完井后，在奧陶系分別進行過兩次酸化壓裂，第一層是上馬家溝組和下馬家溝組聯合壓裂，井段為5287.4～5445.4m，第二層是峰峰組，壓裂井段4890～5004m，兩次酸化壓裂求產后沒有獲得較好的油氣產量，油氣產量無法實現工業配產。華北油田公司組織專題會議，重新對安探2x井儲層進行論證，對在177.8mm套管內進行開窗的可行性進行論證，經論證對安探2x井177.8mm套管進行開窗側鉆是可行的。如實施成功，可達到節省鉆井投資成本、利用現有老井進行后續開發的目的，為楊稅務潛山井探索新的開發途徑[1-3]。

1 地質環境與工程施工難點分析

1.1地質簡介

安探2x1井所鉆地層主要為石炭二疊系和奧陶系，其中地層分層和巖性見表1。

1.1井身結構

安探2x井采用4開井身結構，339.7mm下深400m封固平原松散地層。244.5mm技術套管下深3000m為鉆開石炭二疊系地層提供條件。177.8mm套管下深4873m座進奧陶系潛山3m，為四開實現奧陶系專打提供條件。四開使用152.4mm鉆頭鉆進至5899m完鉆，127mm尾管下深5896m，127mm尾管懸掛器位置4615m，尾管固井。177.8mm壁厚11.51mm套管從2844m回接至井口。

安探2x1井設計在177.8mm套管4406m處進行開窗側鉆，預計4902m進入奧陶系潛山，井斜390，位移570m，比安探2x井在進入潛山是的位移大132m，設計完鉆井深6040m，井斜390，井底位移1290m，比安探2X井井底位移大490m。完鉆后下入127mm套管，懸掛器位置4200m，尾管固井，尾管試壓合格后127mm套管回接到井口。安探2x1井設計井身結構見圖1。

2 施工難點

（1）同一開次鉆進石炭二疊系及奧陶系地層，鉆井液密度需要兼顧兩個壓力系數的地層，安全密度難以確定。可能會發生：①石炭二疊系煤層、炭質泥巖和泥巖的垮塌;②奧陶系漏失。

（2）177.8mm回接套管壁厚11.51mm，使用151mm鉆頭側鉆，井眼小，裸眼段長，泵壓高，排量受限，井眼清潔難度大。

（3）深部地層定向及穩斜段調整軌跡控制困難。

（4）石炭二疊系地層井壁穩定性差，防塌、防塌卡難度大。

（5）井底溫度高，靜溫達200度，需要良好的鉆井液高溫穩定性和定向儀器保障能力。

（6）安探2x井在4890-5004m進行過大型酸壓，壓裂裂縫可能延伸到本井，造成嚴重漏失及井壁失穩。

（7）石炭-二疊系存在泥巖垮塌、煤層掉塊、漏失等復雜情況，易發生環空憋堵和漏失，下127mm完套管，套管接箍143mm與151mm井眼環空間隙小建立循環困難，固井質量難以保證。

3 鉆井技術

3.1 井筒前期準備

（1）下光鉆桿至4600m，循環洗井，使用清水替出井筒內的氯化鈣溶液。在4400-4600m井段打水泥塞，封固4400米以下井眼。

（2）拆甩井下采油井口，按照設計安裝側鉆井口，并對套管試壓20兆帕合格，對井口封井器器組按照設計試壓，達到側鉆條件。

3.2 177.8mm套管開窗技術

3.2.1 鉆塞、套管通刮洗

安探2x1井使用套管鉆塞通刮一體工具，進行鉆塞、套管通刮洗。套管鉆塞通刮一體工具工作原理：工具在收縮狀態下入井可進行鉆塞作業;套管刮壁時，先投球將中心管銷釘剪斷后下行，泥漿通道打開，液壓活塞將葉片推靠套管壁進行刮壁清理除垢作業，清除套管內壁上的水泥、沙土等其他附著物。一趟起下鉆即可完成先鉆塞后刮壁（先刮后刷）作業。

施工中采用Φ151mmPDC鉆頭+177.8mm套管鉆塞通刮一體工具，下鉆至4400m處探到水泥塞面，利用工具在收縮狀態下入井進行鉆塞作業，鉆修塞至4410m，靜承壓150KN合格，充分循環洗井。投球蹩壓打開工具葉片，使工具葉片推靠至套管壁，在4300-4410m井段套管壁進行反復刮壁，清理套管壁附著物，下鉆至4410m充分循環出從套管壁上刮下的附著物，保證套管開窗側鉆工具懸掛處套管壁清潔，保證能正常座掛。本井使用177.8mm套管鉆塞通刮一體工具，實現了鉆塞和套管刮壁一趟鉆高效完成，節省了施工時間。

3.2.2 套管開窗

安探2x1井使用一體式導斜器開窗工具進行開窗側鉆。一體式導斜器開窗工具由導斜部分、座封部分、銑磨部分組成。其工作原理為：將工具下放到具體套管開窗位置后，上提工具1m以上實現軌道換向，使摩擦塊換至低軌道，下放鉆具，摩擦塊帶動錐體推動卡瓦外伸，吃入并錨定在套管上，下放至一定鉆壓，剪斷復式銑錐與導斜體的連接銷釘，開始開窗，從而實現座封、開窗、磨銑一體解決。

施工中采用Φ150mm一體式斜向器套管開窗工具+Φ120mm鉆鋌×3根+Φ101.6mm加重鉆桿×24根+Φ101.6mm 鉆桿鉆具組合。將Φ150mm一體式導斜器開窗工具輸送到4405m，采用陀螺測斜儀定向將工具工具面擺至設計方位60，投球，開泵憋壓座掛工具，為后續的定向施工創造條件。座掛后，下放150KN鉆壓，剪斷復式銑錐與導斜體的連接銷釘，開始開窗。開窗磨銑作業，鉆壓5-30KN、轉速30-60r/min、排量10L/s。開窗完成后，鉆入地層3m，使用開窗銑錐在窗口位置上下旋轉，對窗口進行反復修整，保證窗口的規整和圓滑。起鉆后檢查開窗銑錐，銑錐尺寸不小于151mm，完成開窗以及修窗施工。本井一趟鉆在4405m處實現斜向器座封、177.8mm套管開窗、磨銑修窗工作，整個作業僅用時1.5天完成，套管開窗窗口規整圓滑，斜向器工具面與設計側鉆方位吻合，為后續的安全施工提供了保障。

3.3 側鉆鉆進技術

套管開窗完成以后開始側鉆井段的施工。安探2x1井側鉆設計軌跡為4420m至4650m井斜由160增至390，4650m以后井段390穩斜至井底。從4405m到4902m地層為石炭二疊系地層，4902m至井底為奧陶系地層。側鉆施工中時要解決卡鉆、小井眼深部定向軌跡控制困難、井眼清潔、井漏、套管防磨、鉆具事故等問題。施工中主要采取了以下措施，保證了施工的順利。

鉆具組合：Φ151mmPDC鉆頭+Φ120mm單彎螺桿（1.250）+鉆具浮閥+MWD+Φ120mm無磁鉆鋌×2根+Φ101.6mm加重鉆桿×15根+Φ120mm隨鉆震擊器+Φ101.6mm加重鉆桿×9根+101.6mm鉆桿

鉆井參數：鉆壓30-60KN，排量14-16l/s，轉速40-60rpm+螺桿。

（1）從工具上進行優選，從設備上進行保證，保障施工安全。優選帶倒劃眼功能的PDC鉆頭和直棱扶正器螺桿，提高鉆具防卡能力。優選101.6mm大水眼、雙臺階密封鉆桿，有效降低鉆具壓耗，提高鉆具的抗扭能力。選用抗溫超1800的螺桿和定向儀器，保證工具和測斜儀器的穩定性。在鉆具中每100米加裝一個減磨接頭，減少鉆桿對套管的損傷。地面高壓管匯和鉆井泵進行52MPa升級改造，保證設備能滿足高泵壓施工。配置70型頂驅，做好扭矩控制，提高預防和處理卡鉆的能力。

（2）軌跡控制上，全井段采用抗高溫隨鉆測斜儀器監測和跟蹤井眼軌跡，按照設計預測和調整井眼軌跡，及時對測斜數據進行統計和處理，保證軌跡與設計的吻合和準確入靶。

（3）在炭質泥巖、煤層以及泥巖等垮塌施工時降低排量至12L/S，避免長時間大排量在特殊巖性地層循環，避免嚴重沖蝕井壁，避免造成易塌段井壁坍塌。

（4）起下鉆至煤層等易塌泥巖或特殊巖性段阻卡，通過上下活動鉆具方式通過阻卡段，然后選擇穩定井段進行處理，避免在易塌井段反復劃眼造成井下情況更加復雜。

（5）所鉆奧陶系是主要目的層，目的層的油氣藏是以白云巖、灰巖和裂縫為主。鉆進過程中，如出現放空，蹩鉆等現象應立即停止鉆進，停頂驅將鉆具提離井底。

3.4 鉆井液技術

安探2x1井在同一開次鉆進石炭二疊系及奧陶系地層，需要兼顧兩個壓力系數的地層，安全密度難以確定，可能會發生石炭二疊系炭質泥巖、煤層以及泥巖垮塌，奧陶系地層的漏失，本井鉆井液技術的有效運用，保證了施工的安全，具體技術措施如下：

（1）本井段優選KCL復合有機鹽鉆井液體系，控制鉆井液密度1.35-1.37g/cm3。

（2）施工中用好固控設備，控制固相含量、含砂量和膨潤土含量。

（3）定期檢測氯離子含量，及時補充8-10%KCl膠液，使KCl在鉆井液體系中含量不低于8%，氯根含量不低于40000mg/l，有機鹽含量不低于10%。

（4）加入0.2-0.3%聚胺抑制劑，進一步提高復合有機鹽鉆井液的抑制性。

（5）使用KJAN、WFT-108、1.5%NPAN-2、0.5%WNP-1、磺酸鹽共聚物 DSP-2降低鉆井液濾失量，控制API失水小于3.0ml，高溫高壓失水小于9.0ml。

（6）使用提切劑、PAC-HV改善鉆井液懸浮攜帶能力。鉆井液粘度、切力偏低時，用PAC-HV或預水化膨潤土漿進行調節，提高鉆井液動塑比，加強井眼凈化作用。鉆井液粘度、切力偏高時，用KJAN、WFT-108等處理劑的混合稀膠液控制，以保持鉆井液的穩定性。石炭-二疊系控制鉆井液粘度70-80s，減輕液流對井壁的沖刷，并提高攜巖效果。鉆進至奧陶系后，加足抗高溫鉆井液材料，及時檢測鉆井液性能變化，補充DSP-2、PAC-HV，控制粘度80-90s，保持鉆井液高溫穩定性，提高鉆井液攜帶能力。

（7）鉆至煤層、炭質泥巖等特殊巖性前，加入乳化瀝青、瀝青粉、化學固壁劑、膠束封堵劑等高效封堵防塌材料，提高體系封堵防塌能力。

（8）視鉆進地層巖性情況，及時加入細目鈣、LK-4，增強鉆井液的隨鉆防漏能力。使用高效防粘卡潤滑劑、RH-8501，提高鉆井液的潤滑性，配合固體潤滑劑，降低摩阻系數。

4 應用效果

（1）安探2x1井于4405m處在177.8mm套管開窗，4907m進入潛山，5930m完鉆，完鉆垂深5600m，最大井斜42.150，水平位移1172.05m，井底靜止溫度1950。防塌、防漏、小井眼防卡等綜合技術的集成應用，保證了施工的順利，全井安全無事故。

（2）KCL復合有機鹽鉆井液體系和合理的鉆井液密度使用，保證了石炭二疊系炭質泥巖、煤層以及泥巖的穩定，奧陶系地層沒有發生漏失。

（3）127mm尾管順利下至預定深度，開泵循環順利，未發生環空蹩堵，尾管固井順利，固井質量合格。

5 結論和認識

（1）177.8mm套管鉆塞通刮一體工具和一體式導斜器開窗工具的應用，有效的提高了開窗前的井眼準備和套管開窗速度，節省了施工周期。

（2）KCL復合有機鹽鉆井液體系和合理的鉆井液密度使用，解決了石炭二疊系炭質泥巖、煤層以及泥巖垮塌和奧陶系地層漏失的問題，保證了井下施工的安全。

（3）安探2x1井7寸套管開窗井，同一開次鉆進石炭二疊系及奧陶系地層，該井的順利實施，為楊稅務同類型的井施工積累了寶貴經驗。

（4）安探2x1井施工的順利完成，為楊稅務地區今后施工方案的優化進行了成功的探索。

參考文獻：

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