側鉆開窗難點分析與解決措施

劉文鵬，王 波，于長華

（1.大慶油田大慶鉆探工程公司，黑龍江大慶163411；2.大慶油田鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

套管開窗側鉆技術原是鉆井、修井施工過程中處理井下復雜情況的一項技術。現代側鉆井技術是運用當代先進的隨鉆測量、測井、監測、計算等技術，在原井套管預定位置定向開窗，向預定產層鉆出側鉆新井眼，從而形成優化井網、提高產量，滿足預定工程質量、工程目標要求的技術系列。

隨著水平井技術日益成熟，套管開窗側鉆水平井可以利用老井井場及上部可用井段，鉆成直達目的層的新井或有效提高油井產量的水平井。套管開窗側鉆水平井技術不僅可大范圍解決油田深層老井、復雜施工井及一些中淺層低產低效井逐年增多的問題，充分利用好老井、低產井進行剩余油氣挖潛，在難采儲層有效動用，提高采收率、降低開發成本等方面極具推廣前景。

PA1井為探井，設定涼高山組作為目的層位，在地質情況不明確情況下，直接采用常規水平井工藝存在“丟層”、“找層”的情況，導致摩阻扭矩過高，從而限制水平段長度，影響單井產量。為此，通過先鉆導眼直井明確最佳層位后，再采用側鉆水平井工藝為該井見產提供了一種有效途徑。側鉆過程中也能夠得到最新的地層信息，為地質、采油工作提供參考。截至目前，PA1井共實施了五次下斜向器、三次開窗作業，其中第二次、第三次下入的斜向器由于測量無法測出有效方位而沒有實施開窗作業。雖然第三次開窗作業已經結束，開始造斜施工，但三次開窗作業均存在一定的問題及安全隱患。通過對三次開窗施工中存在的問題進行分析，為今后套管開窗側鉆施工出現類似的問題提供相應的解決措施。

2 PA1井基本概況

PA1井位于川渝地區某區塊，為本區塊第一口風險探井，鄰井較遠且完成時間較長，參考性不強。該井開窗套管外徑244.5mm，壁厚11.99mm，鋼級110TS。

3 PA1井開窗施工過程

3.1 第一次開窗施工過程

斜向器順利下入至預定位置，并測陀螺調整方位，順利坐掛。第一支銑錐從2751m磨銑開窗，磨銑至2753.36m，因進尺較慢，開窗服務人員將鉆壓由60kN逐漸加至110kN，扭矩由最初3~6kN·m升至7~8kN·m，突然頂驅憋停（扭矩設定上限18kN·m）。上提鉆具至2752.42m遇卡，多次活動鉆具最大范圍900~1400kN（原懸重1100kN），間斷施加扭矩6~10kN·m，但是鉆具不能轉動。經多次緩慢活動鉆具，磨銑工具解卡。起鉆后對磨銑工具進行檢查，磨銑工具本體有明顯刮痕，上凹槽也有明顯研磨痕跡（位置見圖1）。下常規強磁，撈出較多鐵片、鐵塊以及大量鐵屑。

圖1 銑錐研磨痕跡位置示意圖

下入第二支銑錐采取小鉆壓高轉速繼續磨銑開窗作業，磨銑至2755.28m后進行修窗作業，直至磨銑工具通過窗口無卡阻。對起出的磨銑工具檢測，工具磨損較小。PA1井開窗工具施工信息見表1。

表1 PA1井開窗工具施工信息表

3.2 第二次開窗施工過程

斜向器順利下入至預定位置，并測陀螺調整方位，順利坐掛。第一支216mm×1.4m分段式銑錐入井（見圖2），開窗進尺2.50m，用時27h。鉆壓10~100kN，鉆速25~45r/min，扭矩2~4kN·m，泵壓8~14MPa，返出鐵屑絲狀較多，部分為鱗片狀。第二支銑錐開窗進尺1.43m（累計開窗進尺3.93m），用時12h，鉆壓20~105kN，鉆速45r/min，扭 矩2~11kN·m，泵 壓7~14MPa，返出鐵屑絲狀較多，部分為鱗片狀。根據開窗進尺（斜面長度2.5m+銑錐長度1.4m=3.9m）判斷銑錐已經全部進入地層，修窗過程中反復上提下放修磨窗口至5kN摩阻后起鉆。

圖2 分段式銑錐示意圖

下入穩斜鉆具組合，鉆進幾乎沒有進尺。根據起出的鉆頭和螺扶情況判斷，鉆頭未接觸到井底，準備下銑錐進行修窗，進行修窗作業，銑錐磨銑至井深2619.8m。井口返出物以鐵屑為主，少量水泥。

下穩斜鉆具組合，通過窗口時遇阻。下入強磁進行打撈，撈出大量大塊鐵片和2塊斜向器底端的坐封卡瓦，通過打撈物判斷開窗過程中銑錐將斜向器磨穿，開窗失敗。

3.3 第三次開窗施工過程

下斜向器測陀螺擺方位作業完，投球憋壓至22MPa穩壓5min，升壓至28MPa穩壓5min，壓力不降。下壓鉆具1m，鉆壓無顯示，上提至開窗點無刮卡顯示，斜向器未坐掛。繼續憋壓至35MPa，斜向器仍無法坐掛。采取反循環，對鉆具內進行清洗，再次憋壓至35MPa，斜向器仍無法坐掛。為了降低施工風險，再次采取反循環方式，將坐掛球通過反循環方式由立管閘門組接出的排液管線捕獲。對坐掛球進行測量，球體表面有34~36mm直徑圓周壓痕，鋼球直徑36mm。再次投入直徑28mm坐掛球，憋壓至28MPa，斜向器坐掛成功。

下入外徑216mm鉆絞式復合銑錐（見圖3）至2589m開始磨銑開窗，磨銑至2592.52m后（斜向器斜面長度為2.5m，磨銑工具長度為1m），進尺緩慢更換銑錐，此時井底返出物依然有大量鐵屑。下入第二支216mm分段式銑錐到底，開始磨銑，磨銑至2593.44m，當磨銑進尺4.17m時，此時磨銑工具按照磨銑深度判斷已經完全出窗（斜向器斜面長度為2.5m，磨銑工具長度為1.4m）。此時井底返出物依然含50%的鐵屑。為防止斜向器再次被磨穿，決定起鉆更換穩斜鉆具進行后續施工。

圖3 鉆絞式復合銑錐示意圖

4 原因分析及解決措施

（1）第一次開窗施工過程鉆壓過大，導致頂驅憋停，銑錐銑斷斜向器尖部，造成井下落物的發生。斜向器頂部斷裂形成臺肩，開窗后下鉆過程中鉆頭或螺扶容易卡在臺肩上，造成遇阻。斜向器斜面（2.54m）較短，所開窗口較小，鉆具剛性稍大時不易通過。

（2）第二次開窗施工從井底返出鐵屑和打撈落物判斷，是斜向器斜面硬度不夠，導致銑錐一邊磨銑套管，一邊磨銑斜向器。斜向器斜面應采取淬火工藝處理，提高其表面硬度。

（3）第三次開窗下坐鍵接頭時，未對斜向器和坐掛球進行關鍵尺寸測量，未對坐掛球通過性進行測試。核心工具入井前必須對關鍵尺寸進行測量及測試。

5 認識與建議

（1）投球式斜向器，坐掛失敗后，可采取反循環的方式將坐掛球洗出。

（2）斜向器斜面硬度不低于HRC50，否則存在銑錐磨穿斜向器的風險。

（3）工具下井前要對關鍵尺寸數據并反復確認校核。特別是下斜向器前，鉆具必須按要求通徑，斜向器送入桿、坐鍵接頭應投球測試通過性，陀螺儀器坐鍵測試，無問題后方可下井。

（4）根據開窗進尺進度撈取砂樣并分析砂樣成分比例，判斷銑錐磨銑狀態，防止銑錐磨穿斜向器。