懸空側(cè)鉆技術(shù)在淺層水平井中的應(yīng)用——以勝利油田為例

吳明波，耿應(yīng)春，黃 鼎

（中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng) 257017）

近年來隨著水平井技術(shù)的不斷發(fā)展,埋深500～1 500 m的淺層水平井越來越受關(guān)注。這類水平井儲(chǔ)層巖性以含泥粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，夾少量細(xì)砂巖，碎屑顆粒的膠結(jié)程度低，欠壓實(shí)，勝利油田明化鎮(zhèn)組和館陶組儲(chǔ)層均為高孔、高滲儲(chǔ)層，鉆井中具有“短、平、快”特點(diǎn)[1–2]。水平段鉆進(jìn)過程中，往往會(huì)出現(xiàn)無法鉆遇油層或井下發(fā)生事故而無法正常鉆進(jìn)等情況，需要填井重鉆。而使用懸空側(cè)鉆技術(shù)成功解決了上述問題，所謂懸空側(cè)鉆就是在水平段內(nèi)方位基本不變的情況下不注水泥塞，脫離原井眼鉆進(jìn)的工藝技術(shù)，其工作原理是依靠鉆具的自身重量及單彎螺桿鉆具工具面定向脫離原井眼鉆進(jìn)。

1 技術(shù)難點(diǎn)

（1）側(cè)鉆點(diǎn)選擇困難。選擇合適的側(cè)鉆點(diǎn)是實(shí)施懸空側(cè)鉆的第一步，一方面是盡量減少返工的進(jìn)尺，縮短鉆井周期，還要滿足油藏開發(fā)和井身軌跡的需求，由于淺層水平井普遍存在地層松軟、儲(chǔ)層造斜率低等問題，同時(shí)要保證側(cè)鉆點(diǎn)與靶點(diǎn)之間垂距合適，若垂距過短，會(huì)造成狗腿度太高，出現(xiàn)較高的摩阻，給隨鉆儀器和完井作業(yè)帶來較大安全隱患。因此側(cè)鉆點(diǎn)的選取是側(cè)鉆成功的先決條件。

（2）螺桿鉆具選取困難。水平井一般選用的螺桿鉆具是1.50°或者1.75°，老井眼一般都是在復(fù)合鉆進(jìn)井段或者增斜井段，而懸空側(cè)鉆一般都是降斜施工，若選用度數(shù)大的螺桿會(huì)造成降斜幅度大，井眼軌跡失控?zé)o法滿足開發(fā)的需求，若選用度數(shù)小的螺桿，由于側(cè)向力小無法側(cè)鉆成功。

（3）軌跡控制難度大。目前使用較多的隨鉆測(cè)量系統(tǒng) LWD（Logging While Drilling），其各測(cè)量點(diǎn)距離鉆頭較遠(yuǎn)，測(cè)量點(diǎn)的零長(zhǎng)為11～22 m左右，常常無法及時(shí)判斷鉆頭和儲(chǔ)層的相對(duì)位置，對(duì)井軌跡的控制精度也較差[3–5]。雖然現(xiàn)在最先進(jìn)的儀器的測(cè)量零長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了3 m，但是儀器費(fèi)用昂貴，同時(shí)還需起鉆更換，經(jīng)濟(jì)性差。因此測(cè)量盲區(qū)過長(zhǎng)，軌跡調(diào)控余地小。

（4）對(duì)泥漿性能要求高。由于側(cè)鉆時(shí)鉆具長(zhǎng)時(shí)間靜止不動(dòng)，鉆具粘附在水平段井眼的下井壁，易粘卡，但是經(jīng)常性活動(dòng)鉆具易破壞形成臺(tái)階[6]，而造成側(cè)鉆失敗，因而對(duì)泥漿潤(rùn)滑性要求高。

2 技術(shù)措施

2.1 側(cè)鉆點(diǎn)的選擇

側(cè)鉆點(diǎn)一般應(yīng)選擇在物性好的儲(chǔ)層段，且井眼軌跡為增斜或復(fù)合鉆進(jìn)井段，這樣的井段軌跡比較平滑，盡量選擇在與側(cè)鉆井斜、方位相反的層段[7–8]，而滑動(dòng)降斜段以及泥巖段側(cè)鉆難度大，應(yīng)考慮避開。

2.2 鉆具組合的選取

根據(jù)選擇側(cè)鉆點(diǎn)處的地層，選擇相對(duì)應(yīng)的鉆具組合來滿足鉆頭側(cè)向力的要求。對(duì)于絕大多數(shù)的常規(guī)水平井，由于井深較淺，所鉆遇的地層硬度并不高，一般施工時(shí)所用的鉆具組合都可以提供足夠的鉆頭側(cè)向力。但是，對(duì)于深井硬地層進(jìn)行懸空側(cè)鉆時(shí)，由于地層硬度太大，所以有必要選擇合適的鉆具組合來提供較大的鉆頭側(cè)向力[9]。勝利油田淺層水平井設(shè)計(jì)的井身結(jié)構(gòu)一般為二開型，二開井眼一般為φ241.3mm，為了提高在松軟地層中的造斜率，鉆頭選用牙輪鉆頭，牙輪鉆頭滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)工具面穩(wěn)定、螺桿鉆具的造斜率高，螺桿鉆具一般選用1.50°或者1.75°，因?yàn)?.25°螺桿角度小，鉆頭側(cè)向力小，側(cè)鉆難度大，不利于懸空側(cè)鉆鉆進(jìn)。因此選用以下鉆具結(jié)構(gòu)：φ241.3mm牙輪+φ197.0 mm 螺桿×1.50°（1.75°）+φ127.0 mm無磁承壓鉆桿 + MWD短節(jié)+φ127.0 mm鉆桿 +φ127.0 mm加重鉆桿+φ127.0 mm鉆桿。

2.3 鉆井液技術(shù)

鉆井液性能是懸空側(cè)鉆成功的關(guān)鍵因素之一。由于在懸空側(cè)鉆時(shí)鉆具較長(zhǎng)時(shí)間靜止，存在鉆具粘附的問題，為了保證側(cè)鉆的順利進(jìn)行，必須保證鉆井液性能良好，鉆進(jìn)中必須混入足量液體潤(rùn)滑劑，保障鉆井液具有良好的潤(rùn)滑性，以保證較低的摩擦系數(shù)。水平段前采用聚合物防塌潤(rùn)滑鉆井液體系，確保泥餅潤(rùn)滑系數(shù)小于0.05。進(jìn)入油層前，將鉆井液轉(zhuǎn)化為強(qiáng)抑制聚合物潤(rùn)滑防塌鉆井液體系，強(qiáng)化鉆井液封堵性和抑制性[10–11]，在滿足攜帶巖屑的情況下盡量降低循環(huán)排量， 以提高滑動(dòng)鉆進(jìn)的造斜率，滿足軌跡調(diào)整的需求。同時(shí)，根據(jù)鉆井液性能的變化及時(shí)補(bǔ)充泥漿材料，確保鉆井液性能處于最優(yōu)狀態(tài)，采用優(yōu)快鉆井工藝技術(shù)，縮短浸泡時(shí)間。

2.4 側(cè)鉆技術(shù)

在選取合適的側(cè)鉆點(diǎn)后，在側(cè)鉆之前先進(jìn)行劃槽作業(yè)，劃槽時(shí)將重力工具面擺放到180°左右，將轉(zhuǎn)盤鎖死，在鉆桿上做好標(biāo)記，進(jìn)行劃槽作業(yè)，劃槽時(shí)間約為45～60 min，劃槽結(jié)束后，下放鉆具到井底，開始控時(shí)鉆進(jìn)，側(cè)鉆時(shí)要操作平穩(wěn)，送鉆均勻，第1小時(shí)保持2 m/h的速度，是整個(gè)側(cè)鉆最關(guān)鍵階段。第2小時(shí)保持3 m/h的速度，第3小時(shí)保持5～6 m/h的速度，鉆完5 m后可以根據(jù)實(shí)鉆軌跡的需求，調(diào)整工具面90°左右，以定向調(diào)整方位為主，以實(shí)現(xiàn)新井眼與老井眼的快速分離，側(cè)鉆完成后，鎖好轉(zhuǎn)盤，停泵下放鉆具到井底，觀察指重表的變化，確定側(cè)鉆出新井眼后，上下反復(fù)劃眼，修復(fù)側(cè)鉆窗口，確保鉆具和套管在側(cè)鉆點(diǎn)處能夠順利下入。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

3.1 鄭408–平3井應(yīng)用情況

3.1.1 井下復(fù)雜情況

鄭408–平3井是部署在濟(jì)陽坳陷東營(yíng)凹陷鄭家–王莊潛山披覆構(gòu)造帶鄭408區(qū)塊的一口水平井，設(shè)計(jì)井深1 724.86 m，垂深1 308.00 m，完鉆層位沙三段。該井在鉆至井深1 633.90 m時(shí)井下出現(xiàn)復(fù)雜情況，開泵正常，鉆具下放到井底后出現(xiàn)頻繁憋泵，同時(shí)有跳鉆現(xiàn)象出現(xiàn)，無法實(shí)現(xiàn)正常鉆進(jìn)。起鉆檢查后發(fā)現(xiàn)牙輪鉆頭的3片牙掌全部落井，下入強(qiáng)磁工具打撈兩次，均未捕獲落井牙掌，由于該井水平段井斜為92.00°，水平段井眼軌跡走向是上翹式，分析撈獲落井牙掌的可能性小，為了節(jié)省鉆井周期，決定懸空側(cè)鉆，盡快恢復(fù)鉆井施工。

3.1.2 側(cè)鉆施工情況

根據(jù)本井的實(shí)鉆數(shù)據(jù)結(jié)合軌跡控制的需要，將側(cè)鉆點(diǎn)選在1 557.32 m此時(shí)井斜92.90°，方位322.9°。使用原鉆具進(jìn)行側(cè)鉆鉆進(jìn)，鉆具組合為：φ241.3 mm牙輪+φ197.0 mm 螺桿×1.5°+φ127.0 mm無磁承壓鉆桿 + MWD短節(jié)+φ127.0 mm鉆桿 +φ127.0 mm加重鉆桿+φ127.0 mm鉆桿。在1 547.72～1 557.32 m進(jìn)行劃槽、造臺(tái)階作業(yè)，擺重力工具面在L160°，劃槽時(shí)鉆具下放速度均勻，同時(shí)要保持工具面的穩(wěn)定，多次反復(fù)進(jìn)行拉劃井壁作業(yè)，能夠在側(cè)鉆點(diǎn)處形成臺(tái)階，劃槽50～60 min后，開始控時(shí)側(cè)鉆鉆進(jìn)。

劃槽、造臺(tái)階鉆井參數(shù)：鉆壓：0；排量：33 L/s；泵壓：13 MPa；轉(zhuǎn)速：60 r/m+螺桿；扭矩：0.5 kN·m。

控時(shí)是側(cè)鉆成功的又一重要條件，初始鉆壓為0，鉆時(shí)在1～2 h/ m，在側(cè)鉆2 m后逐漸加快速度，在側(cè)鉆5 m左右后逐漸將工具面調(diào)至L90°左右，以保證側(cè)鉆成功后夾壁墻的厚度，鉆壓逐漸加至10.0 kN左右。

控時(shí)鉆進(jìn)鉆井參數(shù)：鉆壓：0～10.0 kN；排量33 L/s；泵壓：13 MPa；轉(zhuǎn)速：螺桿；扭矩：0.5 kN·m。

待整單根側(cè)鉆完成后，停泵后將單根放到井底觀察指重表的變化，若指重表承壓60 kN以上說明側(cè)鉆成功，然后開泵擺工具面鎖死轉(zhuǎn)盤，反復(fù)劃眼修復(fù)側(cè)鉆窗口，再接單根，先擺工具面在L70°左右定向5 m，調(diào)整方位，保證夾壁墻的厚度，再?gòu)?fù)合鉆進(jìn)4.5 m，根據(jù)井斜變化情況及時(shí)調(diào)整鉆井方式。鉆至井深1 589.00 m時(shí)，老井眼和新井眼的夾壁墻厚度達(dá)2.0 m，新井眼已經(jīng)完全脫離老井眼，而夾壁墻的厚度隨著井深的增加而逐漸增大。側(cè)鉆數(shù)據(jù)見表1。

表1 鄭408–平3井側(cè)鉆前后的數(shù)據(jù)對(duì)比

3.2 金17–平35井

3.2.1 金17–平35井井況復(fù)雜

金17–平35設(shè)計(jì)井身1 238.62 m，設(shè)計(jì)最大井斜是88.85°，在井深1 013.2 m進(jìn)入A靶，預(yù)計(jì)井底井斜86.00°，根據(jù)地質(zhì)要求水平段井斜控制在89.00°鉆進(jìn)，在定向增斜12 m后開始復(fù)合鉆進(jìn)，測(cè)出實(shí)際井底井斜90.40°，由于該井斜大于設(shè)計(jì)要求的井斜，于是定向降斜8 m，但是由于地層異常，實(shí)測(cè)井斜未降反增至94.60°，然后定向滑動(dòng)連續(xù)降斜并調(diào)整方位，但是在井斜降至84.00°后又無法增至設(shè)計(jì)井斜，由于井斜不能調(diào)整到合適的角度，造成水平段廢進(jìn)尺較多，無法滿足后期開采需要，甲方?jīng)Q定上提至1 032.38 m懸空側(cè)鉆。

3.2.2 側(cè)鉆施工情況

選擇側(cè)鉆點(diǎn)1 032.38 m，此時(shí)井斜91.10°，方位94.10°，此井段為增斜段，擺工具面在L150°進(jìn)行劃槽、造臺(tái)階。

鉆井參數(shù)：鉆壓：0；排量：33 L/s；泵壓：13 MPa；轉(zhuǎn)速：60 r/ m+螺桿；扭矩：0.4 kN·m

劃槽50 min后開始控時(shí)鉆進(jìn)，控時(shí)鉆進(jìn)鉆井參數(shù)：鉆壓：0～10 kN；排量33 L/s；泵壓：13 MPa；轉(zhuǎn)速：螺桿；扭矩：0.4 kN·m。控時(shí)鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，控制側(cè)鉆速度，前2 m保持鉆壓為零，控時(shí)鉆進(jìn)2 m后慢慢增加鉆壓，于1 051.37 m側(cè)鉆成功，劃眼修復(fù)側(cè)鉆窗口，然后開始正常鉆進(jìn)，鉆至井深1 246.00 m順利完鉆。側(cè)鉆數(shù)據(jù)見表2。

表2 金17–平35井側(cè)鉆前后的數(shù)據(jù)對(duì)比

4 認(rèn)識(shí)與建議

（1）側(cè)鉆點(diǎn)的合理選擇是懸空側(cè)鉆成功的第一步，側(cè)鉆點(diǎn)選取要根據(jù)地層巖性、井眼軌跡的需求等方面，選擇合適的側(cè)鉆點(diǎn)可以保證懸空側(cè)鉆的成功率。

（2）在一些地質(zhì)復(fù)雜井、事故井中使用懸空側(cè)鉆技術(shù)可以最大限度的減少損失，節(jié)約鉆井成本。

（3）加強(qiáng)對(duì)懸空側(cè)鉆技術(shù)的研究，進(jìn)一步擴(kuò)大該技術(shù)在定向井和深層水平井中的應(yīng)用。