超深井高強度厚壁套管開窗側鉆技術難點與對策

李濤

中國石油西南油氣田分公司 工程技術研究院（四川 成都610000）

超深井的開窗側鉆仍面臨很多難題，主要表現在開窗工具要求高，側鉆期間對定向鉆具組合和鉆井液性能要求高[1-5]。JT1井位于四川盆地川中古隆起龍女寺構造北斜坡八角場構造，是一口探索北斜坡龍王廟組、燈影組四段構造巖性圈閉含油氣性的風險探井[6-7]。該井完鉆井深7 766 m，完鉆層位燈四段。該井在試油過程中發生管柱斷裂事故，后處理落魚，由于后續打撈落魚難度大、耗時長，最后決定對該井進行側鉆。第一次側鉆時斜向器座掛在井深7 255.8 m，下入銑錐在7 253.5 m開窗側鉆，經過四趟開窗磨銑作業，在修復窗口期間鉆具遇卡，經反復處理未解卡，爆炸松扣后起出鉆具，魚頂井深7 215.5 m，本文重點介紹第二次側鉆情況。

1 井深結構

考慮JT1井目前魚頂在7 215.5 m，選擇在Φ206.38 mm套管開窗，為減少側鉆筇竹寺井段長度，根據扶正器和套管接箍位置，選擇開窗點在7 190 m左右。

表1 JT1井(側)井深結構設計

本井先用Φ165.1 mm鉆頭，密度1.80 g/cm3油基鉆井液鉆至燈四段，用精細控壓先將密度緩慢降至1.50 g/cm3左右，若地層穩定，繼續用Φ165.1 mm鉆頭鉆至燈四段（井深約7 642 m）完鉆，懸掛Φ139.7 mm尾管，射孔完井。若井下發生垮塌，提密度保持井下穩定，懸掛Φ139.7 mm尾管，回接油層套管后，采用Φ110 mm鉆頭鉆至完鉆井深。

2 側鉆施工難點分析

2.1 開窗點井深較深

本井開窗點井深超7 000 m，是目前四川油氣田套管開窗點井深最深的井，國內外可借鑒資料少，鉆井施工難度極大。

2.2 套管強度高、開窗難度大

本井在Φ206.38 mm套管進行開窗，套管鋼級BG155V，壁厚17.25 mm，對開窗工具硬度、耐磨性要求極高；開窗完成后，如果窗口修整不好，起下鉆在窗口處容易掛卡，其開窗難度極大[8]。

2.3 井控安全風險高

筇竹寺組與燈四段地層壓力差異大，筇竹寺組設計壓力系數1.60，燈四段設計壓力系數1.22～1.27，合打風險極高。原用密度2.30 g/cm3鉆井液在筇竹寺組7 367.8～7 370.0 m井段出現井漏，最大漏速38.4 m3/h，側鉆井眼采用1.80 g/cm3鉆井液精細控壓鉆進筇竹寺組，垮塌風險大，在燈四段鉆進中又逐步將密度降為1.50～1.60 g/cm3。預測燈四段地層壓力系數為1.22～1.27，若以密度1.50～1.60 g/cm3鉆井液鉆進燈四段，一旦燈四段發生井漏，筇竹寺組可能發生垮塌，存在下漏上垮、溢的井控風險，處理難度極大。

3 套管開窗技術介紹

3.1 開窗點選擇

在選擇開窗點時，要求開窗點以上套管完好，開窗點附近固井質量較好且地層穩定，避開扶正器和套管接箍位置[9-10]。

3.2 鉆井液優選

選擇與側鉆地層配伍的鉆井液，加強固控設備使用和鉆井液性能維護，保持良好的鉆井液性能。

3.3 井眼準備

根據開窗點位置確定注水泥塞井段，確保開窗點以下有150 m以上連續完整的水泥塞，水泥塞達到候凝時間后再通井鉆塞至開窗點井深以下10 m左右，再用套管刮管器修刮管壁，保證管壁干凈。

3.4 開窗作業

3.4.1 安放斜向器

送入斜向器時，要求操作平穩，下放速度要慢，不得猛剎猛放，遇阻不得超過20 kN，以防在下鉆中途斜向器固定錨先期工作，造成支撐斜向器失敗或過早剪斷懸掛螺栓；下鉆中途不得開泵，防止提前坐封。下入斜向器到預定位置后，投入鋼球，開泵送球，到位后憋壓坐封斜向器。進行斜向器倒扣時，應注意大鉤載荷等于井內鉆具重量，從而使送入器與斜向器連接處螺紋受力最小，以便卸扣。

3.4.2 領眼開窗磨銑

為開好窗口，保護斜向器頂不受破壞，先下入領眼起始銑鞋（或復式銑鞋），下入起始銑鞋到底時，加壓10～20 kN，記下方入，計算好窗頂口位置，上提鉆具，加壓5～20 kN，轉速50～60 r/min，磨銑30～40 min，進行領眼開窗磨銑，每磨進0.1～0.2 m，應上提鉆具劃眼，反復修磨窗口，并定時撈取鉆井液中返出的鐵屑，及時分析磨進情況。

3.4.3 開窗磨銑

下入錐形銑鞋或復式銑鞋，磨銑參數：鉆壓20～30 kN，轉速40～50 r/min。每次下鉆提前于窗口頂開始輕壓劃眼，反復修磨開出的窗口，再接觸窗底按正常磨進參數繼續磨進。磨銑過程中要求操作平穩，均勻送鉆，并注意轉盤負荷的變化，如發現負荷增加，則上提鉆具反復修磨窗口。每30 min撈取鉆井液中的返出物，分析砂樣中鐵屑所占的百分比。窗口開出后，用錐形銑鞋繼續鉆進4～5 m。

3.4.4 修整與加長窗口

下入復式銑鞋+柱形銑鞋，對窗口進行修整與加長，清除窗口上的毛刺，確保窗口光滑，并保證鉆進鉆具順利下入。修磨過程要求操作平穩，提前于窗頂試探，遇阻則磨銑，不得強行加壓通過，反復修磨，均勻慢送，直至不蹩不跳，上下活動無阻卡，再繼續往下修磨。開窗完畢，徹底循環鉆井液，認真清除鉆井液中的鐵屑，再起鉆下螺桿定向鉆進鉆具。

3.4.5 定向側鉆形成新井眼

彎螺桿鉆具下鉆，注意控制下放速度，遇阻不得硬壓，應轉動方向后試下放。隨時查看巖屑的代表性，每半米取一次砂樣，記錄一次鉆時，根據實鉆情況及時調整鉆井參數，確?？焖傩纬绍壽E平滑的新井眼。

3.4.6 增斜段+穩斜段鉆進

全程采用MWD監測增斜段+穩斜段井斜、方位，保證原井眼和側鉆井眼不相碰，實鉆中加強井眼軌跡監測，實時調整定向鉆井參數，確保達到設計增斜效果。每次起下鉆，鉆頭進出窗口的過程中要小心操作，謹防卡鉆。加強鉆井液的維護處理，使其具有較好的抑制固相、防卡、防塌性能和較好的攜砂能力，確保起下鉆暢通無阻。

4 現場應用情況

4.1 井眼準備

1）下刮管器在魚頂7 215 m上100 m井段內反復刮削3次，循環降低鉆井液密度（2.26 g/cm3降至1.87 g/cm3）。

2）在魚頂7 215 m以上100 m井段內進行電測，電測內容為固井質量、套管接箍、扶正器、校深。

4.2 斜向器錨定

下Φ160 mm斜向器至7 215.5 m探到魚頂，上提鉆具至7 190 m，投入Φ25 mm鋼球，憋壓25 MPa，穩壓5 min壓力未降，下壓100 kN，上提50 kN，懸重無變化，確認斜向器座掛成功，正轉倒扣50圈，起出送入鉆具，下入斜向器如圖1所示。

圖1 SKDXQ-160斜向器

4.3 開窗作業

1）第一次磨銑。開窗鉆具組合：Φ165 mm尖頭銑錐+Φ88.9 mm鉆鋌1根+回壓閥+Φ88.9 mm加重鉆桿9柱+Φ101.6 mm鉆桿85柱+Φ127 mm鉆桿。下入的開窗銑錐如圖2所示，下開窗銑錐至7 186.64 m探得斜向器頂，充分循環鉆井液后進行開窗磨銑。磨銑參數：鉆壓0～4 t，轉速50 r/min，排量20 L/s，泵壓33 MPa。磨銑期間扭矩在0.7～1.0 kN·m，返出鐵屑均質，在磨銑進尺1.05 m后鉆壓4 t不回，逐漸加鉆壓至8 t磨銑無進尺，決定起鉆檢查銑錐，分析井下情況。

圖2 SKKC-165開窗銑錐

通過對出井銑錐的分析，發現銑錐本體磨損較小，主要是頂部（尖頭部）磨損較大，崩齒嚴重（圖3）。同時通過對返出鐵屑進行分析，發現斜向器材質的洛氏硬度低于開窗套管，由于斜向器材質是表面熱處理，表面硬度高，而內部材料硬度相對較低。

圖3 第一次出井銑錐磨損情況

2）第二次磨銑。綜合分析第一次磨銑情況后，第二次下入平頭銑錐，開窗鉆具組合：Φ165 mm平頭銑錐+回壓閥+Φ101.6 mm加重鉆桿9柱+Φ101.6 mm鉆桿85柱+Φ127 mm鉆桿。下銑錐到底后，磨銑參數：鉆壓1～5 t，轉速60 r/min，排量20 L/s，泵壓32 MPa，扭矩6～9 kN·m，在磨銑0.5 m后扭矩8kN·m升至15 kN·m，頂驅蹩停，泵壓32MPa降至29.3 MPa，隨后上提鉆具，無掛卡現象，同時分析返出鐵屑中斜向器占較大比例，未見水泥塊及巖屑，決定起鉆檢查，起鉆完鉆具未發現異常，銑錐水眼沖刷變大。

3）第三次磨銑。磨銑鉆具組合：Φ165 mm平頭銑錐+回壓閥+Φ101.6 mm加重鉆桿9柱+Φ101.6 mm鉆桿85柱+Φ127 mm鉆桿。磨銑井段：7 187.15～7 189.85 m，鉆壓3～7 t，轉速40～70 r/min，排量19～20 L/s，泵壓26～30 MPa，扭矩4～14 kN·m波動較大，頂驅反復蹩停，出口返出少量水泥塊，隨后繼續磨銑修整窗口，扭矩5～7 kN·m逐漸平穩，返出少量鐵屑，未見水泥塊及巖屑，磨銑困難無進尺。上提鉆具，開泵下放鉆具至7 189.06 m遇阻10 kN（原懸重1 890 kN），開泵上提鉆具至7 184.52 m，開頂驅（轉速40 r/min）轉動下放鉆具至7 186.23 m扭矩4 kN·m升至14 kN·m，頂驅蹩停，釋放扭矩后上提鉆具至7 181.81 m，停頂驅下探至7 187.25 m懸重1 890降至1 850 kN，遇阻40 kN，上提鉆具懸重至1 940 kN遇卡，在懸重1 500～3 100 kN反復上下活動鉆具未解卡。

4）注酸解卡。注密度1.10 g/cm3濃度25%鹽酸4 m3（鉆具內留鹽酸3 m3，環空1 m3，浸泡至銑錐以上66 m），候酸反應期間間斷上下活動鉆具（每隔20 min頂替密度1.88 g/cm3鉆井液0.13 m3）。第5次上提鉆具懸重至2 780 kN降至1 970 kN鉆具解卡，起鉆至7 115 m，循環排酸，起鉆完，對出井銑錐進行觀察分析，卡點位于銑錐本體，如圖4所示，銑錐本體與窗口發生硬卡。

圖4 注酸解卡后出井銑錐情況

4.4 卡鉆總結分析

本井兩次開窗均發生卡鉆事故，其卡鉆發生經過非常相似，都是在開窗磨銑剛出套管，返出非常清晰的管外水泥塊，破而未出時發生卡鉆。其主要表現在開窗工具無法順利通過窗口進入地層，斜向器磨損嚴重，磨銑非常困難，磨銑基本無進尺，修窗期間阻卡、蹩跳嚴重。最后放棄該井側鉆施工，轉入對上部地層進行試油作業，本井開窗側鉆雖然失敗，但對于高鋼級厚壁套管開窗有了初步認識。

分析第一次磨銑出井銑錐，發現頂部（尖頭部）磨損較大，崩齒嚴重，所用較大切削齒銑錐可能不太適用于高鋼級厚壁套管，特別在超深井鉆桿扭矩傳遞困難的情況下，較大切削齒銑錐在低鉆壓、低轉速磨銑條件下效果不理想。建議減小銑錐切削齒大小來增大切削受力面積，減輕崩齒情況；同時適當延長磨銑時間，盡量讓窗口光滑、平整，降低阻卡風險；開窗時盡量選用圓頭銑錐。

5 結論與認識

1）目前套管開窗技術對高鋼級、厚壁套管開窗存在認識、經驗不足的情況，需要鉆井工作者去攻關難題。

2）在高鋼級厚壁套管開窗時，斜向器硬度至關重要，一旦斜向器硬度低于套管硬度，可能無法磨銑出完整窗口，容易開窗失敗。

3）所用較大切削齒銑錐在高鋼級套管開窗時，很難磨銑出光滑、平整的窗口，在修窗時頻繁發生阻卡，是發生卡鉆的主要原因。建議使用較小切削齒的圓頭銑錐，同時延長磨銑時間，盡量讓窗口光滑、平整。

4）返出斜向器鐵屑量大，隨后銑進困難、上下阻卡時，對此現象警惕性不高，對井下情況分析不夠，兩次卡鉆均在此情況下發生，對高鋼級、厚壁套管開窗應改變思路，不斷完善施工工藝，才可能有所突破。