西北油田超深短半徑小井眼套管開窗側鉆技術

胡春陽，王小波，吳國榮(中石化江漢石油工程有限公司鉆井二公司，湖北 武漢 430040)

0 引言

西北油田老區經過較長時間的開發生產，受套管變形或損壞、井下落物事故不易處理，以及井下水錐或氣錐等多種原因的影響，陸續有部分油水井已不能維持正常生產，產量逐年下降，嚴重威脅到油田的正常生產。套管開窗側鉆技術能夠利用老井井眼對油藏進行再開發挖潛，并充分利用老井原有的一些采輸設備，使原井的生產潛力得以充分發揮，從而延長老井使用壽命，提高原油產量，同時還可利用老井的井眼大幅度降低施工成本，縮短施工周期，提高綜合經濟效益。套管開窗側鉆主要分為兩種：段銑開窗側鉆和斜向器開窗側鉆，在實際施工過程中一般選用更為高效的斜向器開窗側鉆[1]。

1 超深短半徑小井眼套管開窗施工難點

1.1 開窗側鉆，存在開窗失敗、窗口關閉、開反及斷鉆具風險

(1)原井眼套管數據可能存在較大誤差，選擇開窗點時無法避開節箍，導致開窗失敗。

(2)起下鉆過程中操作不當，導致窗口關閉。

(3)座掛斜向器時，由于陀螺數據誤差或丟手時斜向器轉動導致窗口與設計方位不符。

(4)鉆具在斜向器位置受交變應力大，可能會造成斷鉆具故障。

1.2 設計軌跡造斜率高，軌跡失控風險大

短半徑井設計造斜率高，設計造斜率≥25°/30 m，實鉆過程中一旦出現造斜率過低或者其他影響軌跡的情況，需要起鉆更換度數更大的螺桿，更嚴重造成施工井回填的后果。

1.3 軌跡控制難度大

短半徑定向井，使用螺桿度數大，不能通過調整定向進尺和復合進尺比例來調整井眼曲率，只能通過更換螺桿度數進行調整，加大軌跡控制難度[2]。

1.4 定向鉆進存在托壓現象

定向鉆進時，由于井眼曲率高，造成鉆具摩阻增大，托壓現象經常出現，嚴重影響鉆進效率。深井小井眼，循環排量低，鉆井液攜巖效果差，加劇了托壓的出現。

1.5 井下高溫、高壓環境儀器易發生故障

工區內地溫梯度大部分在2.0 ℃/100 m左右，施工井循環溫度普遍在130～150 ℃，部分井溫度超過160 ℃，井下儀器長時間處于高溫、高壓環境下，加之井底高震動，儀器故障率高，嚴重影響生產時效。

2 超深短半徑小井眼套管開窗技術措施

2.1 制定合理開窗技術措施，保證開窗成功率

2.1.1 校核井深，避開套管節箍，確定斜向器下入深度

仔細查閱老井套管數據，導斜器座封位置要避開接箍、扶正器、射孔井段，上窗口位置盡量在套管節箍以下3 m，開窗點固井質量要好。開窗前，將鉆井液性能調整到位，尤其是懸浮、攜帶鐵屑的能力，確保開窗時鐵屑能正常返出。

2.1.2 校核儀器精度，測量陀螺角差，確保窗口方位與設計一致

測量斜向器角差，根據設計開窗方位以及測量角差，確定陀螺定位方位，確保斜向器座封方位準確。將斜向器下到預定位置后，反循環洗井，儀器座鍵三次以上，數據一致確定座鍵成功，投球進行斜向器坐封作業。導斜器丟手后，上提鉆具時注意懸重變化，懸重增大不能硬提，防止送入桿扶正套脫落，造成井下落物。

2.1.3 制定合理開窗參數，保證開窗一次成功

開窗時要由技術熟練的司鉆操鉆，加壓、送鉆要均勻，防止突然溜鉆，以免破壞窗口。開窗過程中必須在高架槽放置強磁，吸附鐵屑，防止鐵屑損壞儀器。

鉆具組合：復式開窗銑錐+φ120DC*3根+φ88.9 mmHWDP(39～45根)+鉆桿串。

開窗參數：①起始銑：0～1 m鉆壓5 kN、轉速30～40 r/min、排量12～16 L/s。②騎套銑：1～2.5 m鉆壓10～20 kN、轉速30～40 r/min、排量12～16 L/s。③出窗銑：2.5～4 m鉆壓20～30 kN、轉速30～40 r/min、排量12～16 L/s。

2.1.4 反復驗窗，修窗，確保窗口光滑

開窗進尺3.5～4 m結束開窗，進行修窗作業。修窗前必須測定相應空轉扭矩，扭矩設定在空轉扭矩上附加3 kN·m。修窗時逐次分階段上提轉速，每次上提5 r/min，逐步提高轉盤轉速至50～70轉，觀察記錄好不同轉速下的空轉扭矩，并及時調整扭矩設定上限。在出現阻掛的位置反復劃眼修整窗口，直至在停頂驅(轉盤)情況下下放鉆具阻掛不超過20 kN。修窗過程中采用稠漿洗井確保井底干凈[3]。

2.2 選擇合適的螺桿鉆具

選擇合適度數的螺桿鉆具是短半徑定向井取得成功的關鍵。充分考慮井眼尺寸、環空間隙、鉆進排量、螺桿壽命等因素選擇螺桿的規格尺寸。相應井眼尺寸對應螺桿尺寸如表1所示。

表1 相應井眼尺寸對應螺桿尺寸

分析鄰井資料，掌握不同度數螺桿鉆具的造斜能力，作為選擇螺桿鉆具的依據之一。以φ120 mm螺桿為例，通過對已施工井螺桿統計分析，可以發現不同廠家的螺桿造斜率存在差異，同一廠家同樣彎度的螺桿在不同井的實鉆造斜率也不盡相同，浮動范圍較大。目前工區內使用最為廣泛的是天津立林生產的螺桿，性能穩定，使用效果較好。2.75°單彎螺桿造斜率為26～31°/30 m，平均為28°/30 m，2.5°單彎螺桿造斜率為20～25°/30 m，平均為23°/30 m。1.5°單彎螺桿造斜率為8～12°/30 m。施工井設計造斜率25°/30 m左右時，第一趟鉆至少選擇2.75°螺桿；設計造斜率20°/30 m時第一趟鉆至少選擇2.5°螺桿。

2.3 分段軌跡控制技術

TP278CH井是一口典型的短半徑套管開窗側鉆水平井。設計剖面為直—增—穩。設計造斜率25°/30 m。TK879CH井身剖面數據表如表2所示。

表2 TK879CH井身剖面數據表

施工過程中，增斜段用2趟鉆完成，第一趟鉆使用混合鉆頭+2.75°單彎螺桿，造斜率約為26～29°/30 m，增斜至64°左右起鉆更換鉆頭、螺桿。根據待鉆剖面，后續狗腿12～18°/30 m都可以滿足中靶要求，下入PDC+1.75°單彎螺桿，造斜率16°/30 m。

水平斜段。穩斜段使用PDC+1.5°單彎螺桿鉆進，在增斜段結束時預留2～3°，利用穩斜段地層自然增斜趨勢，減少定向工作量，盡量以復合鉆為主，節約周期。

2.4 使用抗高溫儀器

性能可靠的抗高溫MWD是施工深井、超深定向井的前提。改進儀器串結構，提高儀器抗震能力，調節鉆進參數，減小井下震動，可以有效保護儀器，降低儀器損壞。目前，西部工區各公司使用范圍最廣、應用效果最好的是美國APS儀器，其性能穩定，故障率較低。另外Schlumberger、Halliburton以及SQ-MWD也在工區內應用較為廣泛。

2.5 使用新工具、新技術解決定向托壓問題

定向施工時選用混合鉆頭。定向施工時工具面穩定，有較高的機械鉆速，同時具有一定防托壓的效果。可以考慮在鉆具組合中增加水力振蕩器，有效解決定向托壓問題；油基泥漿具有較小的摩阻系數，能減小井下摩阻扭矩，有利于定向施工順利進行。渦輪鉆具具有較高的耐溫性，具有較快的轉速，相比常規螺桿鉆具具有更高的造斜率，有利于提高定向效果。

3 結語

目前套管開窗井在西北油田應用越來越廣泛，套管開窗側鉆井能充分利用原有的井身結構，縮短鉆井周期，有效節約成本。在施工過程中，要根據現場實際情況，不斷優化技術措施，以達到提速提效目的。