扎那諾爾油田套管開窗側(cè)鉆定向井鉆井技術(shù)

張瑞平，丁 浩，陳水新，付 仕，張興龍，李焱坤

（中國石油西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆克拉瑪依 834000）

扎那諾爾油田套管開窗側(cè)鉆定向井鉆井技術(shù)

張瑞平，丁 浩，陳水新，付 仕，張興龍，李焱坤

（中國石油西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆克拉瑪依 834000）

扎那諾爾油田為有效開發(fā)動用老井區(qū)儲油和殘余油，2358井成功地利用開窗側(cè)鉆井技術(shù)對老井進行改造，恢復和提高了單井產(chǎn)量，對今后該地區(qū)的老井套管開窗側(cè)鉆井施工提供了借鑒經(jīng)驗。

小井眼;套管開窗;斜向器;2358定向井;軌跡控制;扎那諾爾

套管開窗側(cè)鉆［1］是老井改造，挖掘油藏潛力，進一步提高采收率的新型鉆井工藝技術(shù)。是老區(qū)挖潛降本增效的有效途徑［2］，能使“停產(chǎn)井、報廢井、低產(chǎn)井”復活，有效開發(fā)各類油藏。

1 2358開窗側(cè)鉆定向井概況

1.1 施工概況

2358井設(shè)計井深3964.63 m，開窗井深3500 m，水平位移302.18 m，開發(fā)石炭系KT-Ⅱ油藏。2011年4月22日2:00下入140 mm復式銑錐至3492.89 m開窗，5月17日6:50穩(wěn)斜鉆至3762.74 m時發(fā)生卡鉆，經(jīng)過多次泡解卡劑、泡油、倒扣、下入震擊器震擊等打撈作業(yè)，仍然未解卡，倒扣填井后重新開窗側(cè)鉆。2011年6月25日15:00下入斜向器，利用140 mm復式銑錐自3471.41 m開始開窗側(cè)鉆，8月4日3:00復合鉆至3933 m完鉆。

1.2 設(shè)計井身結(jié)構(gòu)

2358井設(shè)計采用復式銑錐于3500 m開窗側(cè)鉆，3530 m開始造斜，造斜至3733.33 m，井斜角61°，進入穩(wěn)斜井段，鉆至3966.33 m完鉆。完井管串:101.6 mm引鞋+101.6 mm割縫篩管+遇油膨脹封隔器 +101.6 mm套管 +168.3 mm×101.6 mm密封懸掛器+88.9 mm送入鉆具。上下用遇油膨脹封隔器和永久式封隔器（或懸掛封隔器）上下卡封泥巖段，尾管懸掛方式完井，井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 井身結(jié)構(gòu)示意圖

2 套管開窗側(cè)鉆

2.1 開窗點的選擇及井眼準備

根據(jù)原井眼資料，包括開窗點以上井段的套管結(jié)構(gòu)、鋼級、壁厚等數(shù)據(jù)。確定開窗側(cè)鉆位置，避開套管接箍、套管扶正器。下斜向器前用比斜向器直徑大2～4 mm，長度不得小于斜向器的長度的套管刮壁器通井。在開窗側(cè)鉆點以下20 m左右下入橋塞，并試壓，以免側(cè)鉆過程中下部地層流體上竄或井漏。

2.2 施工步驟

起油管—通井規(guī)通井—下橋塞—坐封—試壓—下斜向器—下陀螺定位—斜向器固定—下銑錐磨—出窗鉆穩(wěn)斜段—定向造斜—穩(wěn)斜鉆進—通井—測井—下尾管完井。

2.3 套管開窗側(cè)鉆技術(shù)

（2）下入斜向器至3497 m，陀螺定向調(diào)整方位，開泵憋壓、坐封。

套管開窗施工分為3個階段進行。

初始階段:鉆壓5～10 kN，轉(zhuǎn)速30～60 r/min;

穩(wěn)定階段:鉆壓15～30 kN，轉(zhuǎn)速60～70 r/min;

出窗階段:鉆壓15～50 kN，轉(zhuǎn)速60～70 r/min。

磨銑要求:送鉆一定要均勻，磨銑中要注意井內(nèi)返出物，反復劃眼磨銑，修整窗口，直至上提和下放無阻卡為止。

3 小井眼鉆井的施工難點分析及對策

3.1 小井眼環(huán)空壓耗大

小井眼中壓力損耗分布情況與常規(guī)井眼中完全不同，壓力損耗主要集中在環(huán)空中。在常規(guī)井眼中，泵輸出功率的90%消耗在鉆頭及鉆桿內(nèi)，環(huán)空壓耗僅占10%。如果按最大水功率、最大沖擊力方式工作，鉆頭占泵功率50% ～67%，鉆柱內(nèi)壓耗占23%～40%。而在小井眼中，壓耗分配關(guān)系與常規(guī)井眼正好相反。小井眼環(huán)空壓耗的主要影響因素有以下幾個方面。

（1）鉆柱接頭是影響環(huán)空壓力損耗的一個主要因素，其大小取決于接頭與井眼之間的環(huán)隙，環(huán)隙減小時環(huán)空壓力損耗急劇增加。鉆桿接頭對環(huán)空壓力損耗影響較大（增加壓耗15.78% ～25.30%），而對鉆柱內(nèi)壓力損耗影響很小。小井眼與常規(guī)井眼的鉆桿尺寸及鉆桿接頭環(huán)隙對比如表1所示。

表1 小井眼與常規(guī)井眼鉆桿尺寸及鉆桿接頭環(huán)隙對比

由表1可以看出，小井眼鉆桿接頭處的環(huán)隙相當于常規(guī)井眼的63.7%。常規(guī)井眼在計算環(huán)空壓耗時，鉆桿接頭的影響可以忽略不計，而在小井眼中就不行，因為鉆桿接頭的壓耗比鉆桿水眼的壓耗還大。

（2）在小眼鉆井條件下，鉆柱的偏心和旋轉(zhuǎn)對環(huán)空壓力損耗的影響很大。

鉆柱的偏心使環(huán)空壓力損耗降低;鉆柱的旋轉(zhuǎn)使環(huán)空壓力損耗增加;兩者同時作用則使環(huán)空壓力損耗增加13.80% ～17.65%［4］。故在小眼井中鉆柱的旋轉(zhuǎn)和偏心對環(huán)空壓力損耗的影響不能忽視。

井眼小，井下工具尺寸小限制了排量，并且小井眼環(huán)空壓耗對排量變化比較敏感，造成攜砂困難以及MWD儀器信號弱;結(jié)合MWD儀器和螺桿的性能、特點，確定最佳的鉆井液流量，使儀器、螺桿一直處于最佳工作狀態(tài)，以達到延長馬達壽命，同時達到充分攜砂、徹底凈化井眼的效果，從而提高鉆井速度。

3.2 井眼小，鉆具柔，井眼軌跡控制難度大

小井眼鉆具尺寸小，柔性大，剛性小，工具面不穩(wěn)定，定向鉆進困難，井眼軌跡控制難度大。在井斜角超過60°的斜井段容易形成巖屑床，定向滑動鉆進時，鉆壓不能真實反映在鉆頭上，易出現(xiàn)托壓現(xiàn)象。施工中適當放寬工具面范圍，控制工具面在±20°，在開始造斜優(yōu)先考慮方位角的調(diào)整，盡快與設(shè)計方位吻合，避免在造斜后期再進行方位調(diào)整?？紤]到斜井段地層為KT-Ⅱ，穩(wěn)定性強，井眼規(guī)則，擴大率很小，定向鉆進時，采用轉(zhuǎn)盤復合劃眼，在減小摩阻和防止提下鉆遇阻、遇卡等復雜情況方面具有顯著的優(yōu)越性，為后期施工安全打好基礎(chǔ)。

3.3 小井眼，鉆頭選型難

小井眼鉆井，小鉆頭選型范圍狹窄，可選鉆頭少，鉆頭選型困難，優(yōu)選無活動件的PDC鉆頭是安全鉆進的關(guān)鍵。2358井斜井段地層硬，鉆時慢采用螺桿+鉆頭復合鉆進。該井第二井眼鉆進中鉆頭使用情況見表2。

表2 鉆頭使用情況統(tǒng)計

由表2可以看出，PDC鉆頭與牙輪鉆頭相比占有絕對優(yōu)勢。

3.4 井眼小，對鉆井液要求高

小井眼鉆井過程中對鉆井液性能要求較高，要求鉆井液具有良好的攜砂性、懸浮性、潤滑性，固相含量低，觸變性好。

在該井鉆進過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，及時調(diào)整泥漿性能，加入適量泥漿潤滑劑，降低摩阻系數(shù)，提高攜巖能力，確保井眼干凈。通過泥漿和工程措施保證攜砂效果，防止沉砂卡鉆。加強使用四級固控設(shè)備，有效清除鉆井液內(nèi)有害固相;提高動切力，增強懸浮力，做到有效清洗井底，防止反復破碎，確保井眼暢通，保證井下安全良好的潤滑防卡能力。避免高密度情況下的粘附卡鉆。

4 井眼軌跡控制技術(shù)

2358定向井設(shè)計為“直-增-穩(wěn)”三段制剖面（見表3）。

表3 井身剖面設(shè)計數(shù)據(jù)表

4.1 造斜段施工

2358井套管開窗后，為避免造斜鉆進MWD磁干擾，采用常規(guī)鉆具出窗穩(wěn)斜鉆進20 m，換造斜鉆具組合自3516.25 m開始造斜施工，鉆具組合:139.7 mm鉆頭+120 mm單彎螺桿+MWD短接+120 mm無磁鉆鋌（1根）+88.9 mm鉆桿。鉆壓10～30 kN，排量13 L/s，采用GE-MWD型測斜儀器進行隨鉆監(jiān)測。

造斜段施工時，選擇的螺桿鉆具造斜能力比設(shè)計造斜率高10% ～20%，采用滑動與復合鉆進，提高了軌跡控制的主動性。第一趟鉆1.75°單彎螺桿造斜率11°/30 m以上，為了更好地控制井眼軌跡和后期施工安全，換1.5°單彎螺桿+PDC鉆頭復合鉆具。1.5°單彎螺桿完全可以滿足設(shè)計造斜率，并提高了軌跡控制的質(zhì)量和精度，保障了鉆井施工安全，提高了施工效率［5］，“打一劃二”的技術(shù)措施，避免大的全角變化率，確保井壁圓滑。高效螺桿+PDC鉆頭，提高了單趟鉆進尺。施工中及時地對實鉆軌跡進行測量、預測，準確把握鉆具造斜規(guī)律，盡可能地采用復合鉆進方式，減少定向滑動鉆進井段，提高了鉆井速度。

4.2 穩(wěn)斜段施工

5 結(jié)論與認識

（1）扎那諾爾油田，實施套管開窗側(cè)鉆老井改造，是實現(xiàn)停產(chǎn)井、事故井再利用，增加油藏動用儲量，提高采收率的有效途徑。

（2）小井眼鉆井過程中，在地面設(shè)備承壓能力范圍內(nèi)，盡量提高鉆井排量，通過優(yōu)選鉆井參數(shù)，優(yōu)選螺桿+PDC鉆頭復合鉆井，能夠?qū)崿F(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。

（3）鉆進中泥漿排量受限制，攜巖困難，應強化短程提下鉆措施，必要時采取上下活動鉆具洗井措施。

（4）扎那諾爾油田KT-Ⅱ地層硬，優(yōu)選高效的井下動力鉆具和PDC鉆頭，可增加趟鉆進尺，提高鉆井速度，減少井下復雜情況。

（5）扎那諾爾油藏地質(zhì)情況復雜，小井眼井下復雜情況多，控制泥漿性能是關(guān)鍵，控制泥漿固相含量，增強潤滑性，有效降低摩阻，同時增加流變性和攜巖能力，及時把井內(nèi)巖屑帶出來。

［1］ 房全黨.開窗側(cè)鉆技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1997.

［2］ 劉乃震，王延瑞.現(xiàn)代側(cè)鉆井技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2009.

［3］ 石曉兵，喻著成，陳平，等.側(cè)鉆水平井、分支井井眼軌跡設(shè)計與控制理論［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2009.

［4］ 樊洪海，謝國民.小眼井環(huán)空壓力損耗計算［J］.石油鉆探技術(shù)，1998，26（4）:48-50.

［5］ 蔣恕.小井眼套管開窗側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制技術(shù)［J］.海洋石油，2004，24（1）:80-83.

Directional Well Drilling Technology of Casing Window Sidetracking in Zhanazhol Oilfield

ZHANG Rui-ping，DING Hao，CHEN Shui-xin，F(xiàn)U Shi，ZHANG Xin-long，LI Yan-kun（China Petroleum Western Directional Drilling Technology Service Company，Karamay Xinjiang 834000，China）

To effectively develop the oil storage and residual oil in old well area of Zhanazhol oil field，casing window sidetracking was successfully used in well 2358 for old well reconstruction with single well production recovery and promotion.

slim hole;casing window sidetracking;whipstock;2358 directional well;trajectory control;Zhanazhol

TE243

A

1672-7428（2012）07-0028-03

2012-02-22

張瑞平（1983-），男（漢族），陜西榆林人，中國石油西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司工程師，石油工程專業(yè)，從事定向井、水平井技術(shù)服務(wù)工作，新疆克拉瑪依市鴻雁路80號，zhrip22@163.com。