大慶深層側鉆水平井鉆井工藝技術研究

王春青

（大慶鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

側鉆水平井技術可以有效修復套損井、報廢井等失去開采價值的老井，在國際油價持續低迷的情況下，使用側鉆水平井技術挖潛增效、恢復老區產能成為行之有效的方法。20世紀50年代，國外的斯倫貝謝、貝克休斯等大型石油公司就開展了側鉆水平井的鉆完井技術研究。隨著近年來鉆井新工藝、新技術的逐步應用，側鉆水平井技術在國外已經成為比較完善和成熟的鉆井技術。20世紀90年代國內將小井眼側鉆水平井技術列為國家“九五”攻關計劃，并在大慶探區、新疆探區、遼河探區等多地進行了實驗及推廣，形成較為成熟的工藝技術[1-2]。

大慶油田的中淺層側鉆開窗水平井技術已經較為成熟。為了適應國際油價持續下降、鉆探費用逐步被壓縮的問題，大慶油田也加大了對深部地層老井開發的力度。大慶深部地層具有地溫梯度高、巖石可鉆性差、部分層位易坍塌等特點，鉆井施工周期相對較長，鉆井成本相對較高，所以對一些老井進行開窗側鉆，從而使其從直井變成水平井，具有良好的挖潛增效意義。

2 大慶深層側鉆水平井鉆井工藝

深層側鉆水平井的鉆井工藝相對較為復雜，主要包括前期設計、老套管開窗、新井眼側鉆、修整鉆井設計、鉆進至著陸點、鉆穿目的層、完鉆電測及完井施工等步驟。整個鉆井過程中需要多個環節密切配合，各個環節之間相互關聯和制約，只有進行統一規劃才能優質高效的完成鉆井施工任務[3-4]。

2.1 開窗側鉆工藝選擇

開窗側鉆要“破壞”一部分已有的井筒套管，相當于在井筒套管上打開一扇“窗戶”，然后使鉆具通過這扇窗戶進入地層進行后續的鉆井作業。開窗作業一般有鍛銑和磨銑兩個方式。鍛銑是在指定的開窗位置處使用專用工具將該部分套管銑掉，然后打水泥塞進行封固，該方法的施工較為簡單，形成的窗口可以避免套管的磁干擾，有利于后期定向施工，但缺點是鍛銑施工井段較長（通常超過18m），而且鍛銑結束后還要進行相應的水泥塞作業，增加了施工成本。磨銑則是在指定位置放置斜向器，然后使用銑錐在預定位置將套管銑穿開窗，通過這個“窗口”進行后續的新井眼鉆進。該方法的優點是，多個工序可以配合完成，節省大量的起下鉆時間，側鉆需要破壞的井筒也較少。缺點是套管會產生磁干擾，需要使用較為昂貴的陀螺測斜儀；誤差較大，容易因為前期下鉆過程中產生的誤差導致的轉角使斜向方位和設計方位之間產生誤差。大慶深層由于巖石硬度大、側鉆施工難度大、深部地層情況較為復雜，應該首選磨銑工藝進行施工。

2.2 造斜情況分析

因為深層鉆探的過程中，不可控因素相對較多，會產生更多的人為誤差和系統性誤差，所以深層開窗側鉆的施工難度要遠大于中淺層施工。因為是側鉆開窗，所以開窗位置和目的層位置都已經被限定了，留給后續施工過程中調整軌跡的可用垂深相對較少，所以在設計過程中要適當增大靶區半徑并加強控制，避免出現提前著陸或者延后著陸問題。同時由于是從人工井筒進行側鉆，使用的鉆具組合的尺寸均小于常規鉆井使用的尺寸，相應的鉆具強度也必然有所降低，在同樣的鉆壓下，小尺寸鉆具發生變形的幾率也更大，增加了施工的不確定性。為了確定所鉆層位的實際造斜率，通常會在定向施工的前期連續定向兩個單根，從而根據測得的實際井斜數據來獲得所鉆層位的造斜率，這盲打的20m左右的定向段會進一步造成指標失控。在實鉆過程中，要結合現場數據對造斜情況進行認真分析，從而做出適當調整。

井眼軌跡優化。為了最大幅度地開采剩余儲層，目前的大部分側鉆水平井都采用三維軌道設計，所以在設計井眼軌跡時還要額外考慮到井眼小、可控井段短、造斜難度大等問題。在深部地層進行施工時還要考慮由于地層堅硬而導致造斜率不達標引起的一系列問題。所以在設計過程中，通常使用三增軌跡，并將中間造斜段作為調整段，用于彌補其他造斜段在實鉆時產生的誤差。如何在設計過程中根據地質情況、造斜工具的實際造斜情況、井下儀器及鉆具的通過能力來確定適合的造斜率是井眼軌跡優化的關鍵，因此要在設計中留出充分的造斜余量并對鉆具組合和地層情況有深刻的理解和掌控。此外，還可以通過井眼軌跡的漸進控制，并對井斜和方位進行預測來提高對井眼軌跡的控制能力，進一步降低施工誤差。

2.3 事故預防處理

2.3.1 側鉆水平井的安全隱患分析

（1）造斜和定向鉆進過程中，鉆具貼近井壁，致使受力情況發生了變化。在造斜段和定向段，受重力影響鉆具組合與直井段有明顯不同。造斜過程中鉆具受到斜向拉力，使鉆具在起下鉆過程中與井壁的摩阻增大，并隨著井深的增加會產生鍵槽；在造斜段鉆進過程中，扶正器或其他鉆具會對鉆頭產生一個支點作用，給予鉆頭側向的分力，從而偏離預定井眼；此外，在造斜過程中，由于鉆具組合一直受到重力影響產生向下的分力而有降斜的趨勢，這就需要進一步提高鉆具組合的剛性；在水平鉆進過程中，鉆具相當于躺在井壁上，會大幅度增加摩擦力和扭矩。

（2）偏心環空和巖屑床。在造斜段和水平段，下部鉆具會因為重力影響而更貼近下部井壁，從而在環空形成了“偏心環空”，這對鉆井液的流動性產生了很大影響，由于鉆具周圍的流速不均勻，會造成巖屑的返出不暢甚至堆積在不規則井壁處形成巖屑床。

2.3.2 施工應對措施

（1）鉆井液方面：①通過適當調整鉆井液排量來提高鉆井液對巖屑的攜帶能力，從而破壞和減少巖屑床的形成；②適當增加鉆井液粘度，從而提高鉆井液對巖屑的懸浮性，以便快速地將巖屑排除井筒；③提高鉆井液的動塑比，增大井筒清潔能力；④適當提高鉆井液密度，保障鉆井液可以更有效地平衡地層壓力從而對井壁有足夠的支撐作用；⑤降低鉆井液的失水并提高泥餅質量，從而減少井壁因失水而發生失穩的概率和粘附卡鉆等意外事故的發生；⑥保證充足的潤滑性，降低摩阻和扭矩；⑦保證四級固控的使用效率，避免巖屑再次入井情況的發生。

（2）工程方面：①在造斜段和水平段施工過程中，定期進行短期下、正劃眼和倒劃眼等鉆井作業，從而對巖屑床進行破壞，使巖屑能順利排出井筒，在等停期間也要經?；顒鱼@具，避免鉆具在井筒內長時間靜止不動；②鉆進過程中適當地增加旋轉鉆進的頻率，通過產生紊流來改善巖屑的流動形態達到清潔井眼的效果；③適當的控制鉆速，從而控制巖屑的產生速度，避免巖屑的大量堆積而造成返屑不暢；④在造斜段由于井眼的約束會對鉆具組合產生一定的應力，易發生因鉆具疲勞導致的鉆柱損壞，因此在該井段應盡量降低鉆具復雜性提高鉆具的剛性；⑤盡量使用頂驅進行施工，因為頂驅可以減少接單根的時間，并且當井下發生復雜情況時可以立即開泵，并可以使用倒劃眼措施來破壞巖屑床的形成，尤其適用于深層側鉆水平井這種特殊工藝井的使用。

3 結論及建議

（1）大慶深部地層具有地溫梯度高、巖石可鉆性差、部分層位易坍塌等特點，鉆井施工所需周期相對較長，鉆井成本相對較高，所以對老井進行開窗側鉆，從而使其從直井變成水平井，具有更好的挖潛增效意義。

（2）深層鉆探的過程中，不可控因素相對較多，會產生更多的人為誤差和系統性誤差，所以深層開窗側鉆的施工難度要遠大于中淺層施工，實鉆過程中，要結合現場數據對造斜情況進行認真分析，從而做出適當調整。

（3）本文針對大慶深層的地質特點，從開窗側鉆工藝選擇、造斜情況分析、井眼軌跡優化、事故預防處理等幾個方面進行了分析研究，并給出了相應的建議。