雙層套管開窗側(cè)鉆小井眼水平井技術(shù)在吉林油田的應用

崔月明 陶小勇 馬 銳 劉小明

中國石油吉林油田分公司 鉆井工藝研究院 （吉林 松原 138000）

雙層套管開窗側(cè)鉆小井眼水平井技術(shù)在吉林油田的應用

崔月明 陶小勇 馬 銳 劉小明

中國石油吉林油田分公司 鉆井工藝研究院 （吉林 松原 138000）

套管開窗側(cè)鉆水平井是水平井技術(shù)和側(cè)鉆井技術(shù)的集成和發(fā)展，是繼水平井之后又一項鉆井新技術(shù)，它適用于各類油氣藏。介紹了深層天然氣小井眼雙套管側(cè)鉆開窗水平井技術(shù)在吉林油田長深平2井的成功應用，為吉林油田深層氣藏高效經(jīng)濟開發(fā)提供了一條新途徑。

雙層套管 開窗側(cè)鉆 水平井 吉林油田

20 世紀90年代以來，套管開窗側(cè)鉆技術(shù)在全國各大油田得到了廣泛應用，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。小井眼側(cè)鉆開窗水平井實際上是小井眼技術(shù)、水平井技術(shù)、開窗側(cè)鉆技術(shù)的綜合應用。該項技術(shù)可以顯著降低鉆井投資，實現(xiàn)用較小型鉆機替代大型鉆機施工，從而整體改善油田開發(fā)效果。

中國石油吉林油田分公司長深平2井是2008年完成的一口雙分支水平井，由于主井眼未能成功射孔，無法打開主井眼進行開采，需采用小井眼對244.5mm（98″）和 177.8mm（7＂）雙層套管進行開窗側(cè)鉆，實現(xiàn)側(cè)鉆井眼與主井眼貫通或平行主井眼，完成對目的層的開采。本井完鉆井深4 402m，開窗位置:3 211.43m,垂深3 685.32m，水平段長度568m，試氣獲得日產(chǎn)天然氣35×104m3。長深平2井小井眼雙層套管開窗側(cè)鉆水平井施工的順利完成，使雙層套管開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)在吉林油田深層氣井開發(fā)領域得到了成功應用。

1 小井眼雙層套管開窗側(cè)鉆技術(shù)難點分析

長深平2井是小井眼側(cè)鉆、雙層套管開窗深層氣井水平井。該井在施工過程中存在以下幾方面技術(shù)難點：

（2）由于水平段施工時間較長，起下鉆頻繁，導致斜向器易滑動，另一方面開窗后套管易活動，窗口處易發(fā)生變形、導致卡鉆等問題；

（3）小鉆具柔性大、剛度低，鉆頭側(cè)向力小，破巖效率低。鉆進過程中機械鉆速和扭矩變化較大，極易發(fā)生異常，造成鉆井事故；

（4）小井眼井環(huán)空間隙小，攜砂能力差，環(huán)空循環(huán)壓耗和鉆柱內(nèi)壓耗較大，容易造成環(huán)空蹩堵，摩阻與扭矩較大；

（5）井眼較深，鉆具剛度低，地層可鉆性差，工具面不穩(wěn)定，導致造斜困難，井眼軌跡控制難度大。

2 小井眼雙層套管開窗側(cè)鉆鉆完井技術(shù)措施

2.1 工程設計概況

2.1.1 老井眼基本概況

長深平2井是松遼盆地的一口重點天然氣雙分支水平井。主要目的是在氣層鉆2個215.9mm（8 2?″）的水平裸眼分支，完井后2個井眼合采。主井眼采用尾管懸掛器懸掛尾管（139.7mm（52?″）套管和139.7mm（52?″）篩管），氣層段下入 139.7mm（52?″）防CO2的13Cr篩管，產(chǎn)層段以上用水泥封固的完井方式。另一個分支井眼通過177.8mm（7″）回接密封插頭插入到177.8mm（7″）回接筒內(nèi)，用斜向器進行連接，回接到主井眼的開窗點，在分支井眼內(nèi)采用下入 177.8mm（7″）和 139.7mm （52?″）尾管，然后采用水泥固井的完井方式。2個分支井眼均使用威德福的尾管懸掛器及其回接系統(tǒng)。

2.1.2 新井眼井身結(jié)構(gòu)設計

通過開窗側(cè)鉆采用152.4mm(6″)井眼在探頂段（3 850～4 020m）或水平段和長深平2井主井眼進行貫通，達到使該井恢復生產(chǎn)的目的（表1）。

本井老井眼177.8mm(7″)套管已下至3 304.71 m。側(cè)鉆井眼從3 202.5m采用152.4mm（6″）鉆頭開窗鉆至完鉆井深，下127mm篩管（3 580～3 850m）+遇油膨脹封隔器+一根盲管+套外封隔器+分級注水泥器+127mm 套管（2 900～3 580m），2 900～3 580m固井，水平段篩管完井。

2.2 施工概況

2.2.1 開窗側(cè)鉆點選擇

為確保雙層套管開窗施工安全，通過套管接箍磁定位測井同時避開 244.5mm（98 5/8″）套管、177.8mm（7″）套管接箍和 177.8mm（7″）套管的扶正器，遵循開窗點盡可能選在固井質(zhì)量較好井段原則，在施工時根據(jù)套管長度準確推算，依據(jù)固井質(zhì)量情況，將開窗點設計在井深3 211.89m處。

長深平2井頂部封固至3 299m，封固井段為3 299～2 989m，根據(jù)套管接箍磁定位測井確定掃塞至3 215.66m，斜向器下端為3 215.66m。通過陀螺測井最終確定導斜器方向（設計正北方向），現(xiàn)場計算 177.8mm（7″）生產(chǎn)套管窗口位置 3 211.89～3 215.27m， 244.5mm（98 5/8″）技術(shù)套 管窗口 位 置3 212.49～3 215.87m，窗口長 3.38m。

2.2.2 開窗側(cè)鉆技術(shù)

套管內(nèi)側(cè)鉆分支井眼的方法包括段銑套管側(cè)鉆、下斜向器開窗側(cè)鉆、和取出套管裸眼側(cè)鉆等幾種，本井采用的是斜向器開窗側(cè)鉆方式。

開窗前注水泥塞：下鉆至3 299m，注水泥6m3，封固井段3 299～2 989m，候凝 48h后掃塞至3 200m，精確鉆塞至3 215.66m，下入斜向器，并用φ152通徑規(guī)通徑，通徑組合：φ152mm通徑規(guī)+φ120mm短鉆鋌+φ150mm扶正器+φ88.9mm加重鉆桿15柱+φ88.9mm鉆桿。通徑完后下入刮管器對3 215.32～3 200m進行反復刮管并循環(huán)洗井，刮管組合：177.8mm（7″）刮管器+φ120mm 短鉆鋌+φ150mm扶正器+φ88.9mm加重鉆桿15柱+φ88.9mm鉆桿。

導斜器下入組合：φ146斜向器×4.15m+定向接頭×0.56m＋φ88.9mm 加重鉆桿 15柱+φ88.9mm 鉆桿。接方鉆桿探底到底，確定井深。投球憋壓至28MPa，穩(wěn)壓循環(huán)3min，上提鉆具懸重54～60t，穩(wěn)壓1min不降，鉆具下放至原懸重，上提鉆具至懸重54～63t，穩(wěn)壓1min不降（導斜器已完全坐掛）。斜向器井深 3 211.35～3 215.05m。

實探斜向器頂深在3 211.43m。開始開窗作業(yè)，磨銑至3 216.53m再無進尺，同時返出地層巖屑，判斷開窗成功，起鉆更換銑錐。下鉆到底修窗磨銑至井深3 217.43m，再無進尺。反復修窗，上提下放均無阻卡，決定起鉆，完成套管開窗和修窗施工。

2.2.3 小井眼水平井施工技術(shù)

水平段地層屬營城組，營城組地層研磨性強、深層巖石可鉆性差、機械鉆速慢，巖性變化大，這些客觀條件都會加大鉆頭的磨損程度，特別是下部井段井斜比較大，牙輪鉆頭的牙掌及軸承部位受到不均勻的側(cè)向力，可能會導致牙輪脫落事故。小井眼所用鉆具剛度小，抗扭轉(zhuǎn)變形能力弱，給鉆井施工帶來許多困難。

表1 新老井眼井身結(jié)構(gòu)對比

根據(jù)得出的已鉆井平均摩阻系數(shù)進行井身剖面摩阻扭矩分析優(yōu)化，將井身軌跡由雙增剖面變?yōu)槿銎拭?，并適當降低上部造斜率，并將探頂段設計為微增剖面，并增加了段長。

小井眼水平井施工鉆具組合為：

3217～3242m：φ152.4mm牙輪鉆頭+雙母+φ150mm扶正器+φ120mm短鉆鋌+無磁鉆鋌1根+φ88.9mm加重鉆桿1根+回壓凡爾+φ88.9mm加重44根+φ88.9mm鉆桿。

3242～3327m：φ152.4mm 牙輪鉆頭+1°單彎螺桿+331×310接頭+回壓凡爾+φ120mm無磁短鉆鋌（MWD)+無磁承壓鉆桿 1根+φ88.9mm加重 1根+φ120mm短鉆鋌+φ88.9mm加重44根+φ88.9mm鉆桿。

3327～3431m：φ152.4mmPDC+1°單彎螺桿+331×310接頭+回壓凡爾+φ120mm無磁短鉆鋌（MWD)+無磁承壓鉆桿1根+φ88.9mm加重45根+φ88.9mm鉆桿。

3431～3488m：φ152.4mm 牙輪鉆頭+1.25°單彎螺桿+331×310接頭+回壓凡爾+φ120mm無磁短鉆鋌 (MWD)+無磁承壓鉆桿1根+φ88.9mm加重 45根+φ88.9mm鉆桿。

3488～3594m：φ152.4mm 牙輪鉆頭+1°單彎螺桿+331×310接頭+回壓凡爾+φ120mm無磁短鉆鋌(MWD)+無磁承壓鉆桿 1根+φ88.9mm加重6根+φ88.9mm鉆 桿 21根+φ88.9mm加 重 36根+φ88.9mm鉆桿。

3594～3742m：φ152.4mm 牙輪鉆頭+1°單彎螺桿+331×310接頭+回壓凡爾+φ120mm無磁短鉆鋌(MWD)+無磁承壓鉆桿 1根+φ88.9mm加重6根+φ88.9mm鉆 桿 27根+φ88.9mm加 重 45根+φ88.9mm鉆桿。

3742～4402m：φ152.4mm 牙輪鉆頭+1°單彎螺桿+331×310接頭+回壓凡爾+φ120mm無磁短鉆鋌(MWD)+無磁承壓鉆桿 1根+φ88.9mm加重6根+φ88.9mm鉆桿66根+φ88.9mm加重39根+φ120mm鉆鋌6根+φ88.9mm鉆桿。

2.2.4鉆井液降摩減扭技術(shù)措施優(yōu)化

由于小井眼井環(huán)空小，攜砂能力差，環(huán)空循環(huán)壓耗和鉆柱內(nèi)壓耗較大，而且井下情況比較復雜，井底地層壓力、溫度較高，氣藏發(fā)育良好，平均含量達到72.11%，極易發(fā)生溢流和漏失。適用于該地層的泥漿密度窗口較窄（低于1.20g/cm3易涌，高于1.22 g/cm3易漏），并且進入營城組氣層后，氣侵較為嚴重，必須嚴格控制泥漿密度，做到“壓而不死，活而不噴”，對井控和防漏失效果要求較高。

（1）優(yōu)化鉆井液配方。結(jié)合小井眼水平井施工難點，優(yōu)選出具有良好抑制性、潤滑性和抗高溫穩(wěn)定性及防塌性能的優(yōu)質(zhì)復合離子鉆井液體系。

具體配方：4%懷安土+5%純堿+1%燒堿+0.15%FA-367+0.2%高溫提粘劑+2%180高效封堵降濾失劑+2%磺化酚醛樹脂+2%GFD-1+2%CLG-220+3%理想填充劑+2%隔離膜+5%白油+3%ZLR-101+3%ORH-030+0.1%ABSN+2%乳化劑。

（2）鉆井液性能維護措施。鉆進過程中，充分發(fā)揮固控設備的作用，振動篩裝配149μm(100目)以上的篩布，除砂器、除泥器達到規(guī)定的壓力，有效除砂，使用率要達到100%，必要時使用離心機清除固相。

嚴格控制鉆井液在低剪切速率下的表觀黏度，保證鉆井液的懸浮能力。進入斜井段后，適當增大泵排量，保證排量不低于30L/s，提高環(huán)空返速。保持層流流型，維持合適的動塑比，防止巖屑床的形成。每次接單根前，循環(huán)鉆井液并上下活動鉆具，起下鉆前充分循環(huán)鉆井液，破壞巖屑床的形成。

提高潤滑性能，加足潤滑劑。根據(jù)每天實驗蒸出液相觀察潤滑劑含量，及時補充潤滑劑，保持潤滑劑含量大于6%。

在配制泥漿時，按照設計要求加入3%理想填充劑和2%隔離膜。在正常鉆進過程中，將儲層保護劑加入到配制的膠液里進行補充，減少儲層污染，更好地保護儲層。

裸眼水平段長，在泥漿里加入2%高效封堵降濾失劑和2%井壁穩(wěn)定劑，并及時補充起到封堵，防塌的目的。

后期鉆進時有滲漏，加入堵漏劑后又容易被篩除。通過暫時不用震動篩，滲漏現(xiàn)象有所減弱。根據(jù)實際情況及時調(diào)整，盡量在鉆頭還沒到窗口時把鉆井液性能調(diào)整好，以避免事故的發(fā)生。

2.3 現(xiàn)場施工效果

吉林油田第一口小井眼雙層套管側(cè)鉆水平井長深平2井鉆井周期75.21d，完井周期8d，完鉆井深4 402m，水平位移943.09m，水平段長568m，平均機械鉆速1.3m/h，日產(chǎn)氣35萬m3。

3 結(jié)論及認識

（1）小井眼雙層套管開窗技術(shù)在吉林油田長深平2井的成功實施，為吉林油田深層天然氣開發(fā)提供了一條新的途徑，為后期在長嶺氣田大規(guī)模應用積累了經(jīng)驗，奠定了基礎。

（2）小井眼側(cè)鉆盡管其工藝復雜、技術(shù)難度大、風險大、成本高，但可以大幅度地降低鉆井成本，提高低滲透油田綜合開發(fā)效益。

（3）優(yōu)選優(yōu)質(zhì)復合離子鉆井液體系具有良好的抑制性、潤滑性和抗高溫穩(wěn)定性及防塌性能，很好地滿足了小井眼側(cè)鉆施工要求。

（4）長深平2井采用的井身剖面很好地滿足了水平井鉆井施工和采氣工藝技術(shù)要求，為后續(xù)復雜完井工藝的實施奠定了良好基礎。

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[5]程常修,肖波,賈華雄,等.劍門1井超深超長小井眼鉆井技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2009,29（7）:52-54.

Casing sidetrack drilling of horizontal well is the integration and development of horizontal well drilling technique and sidetrack drilling technique,and it is a new drilling technique after horizontal well drilling technique.It is suitable to various oil/gas reservoirs.The application of this technique in Changshenping 2 gas well is introduced,which provides a new way for the efficient development of deep gas reservoirs in Jilin Oilfield.

double casing;sidetrack drilling;horizontal well;Jilin Oilfield

崔月明（1966-），男，長期從事鉆井技術(shù)研究和鉆井監(jiān)督管理工作，現(xiàn)任中國石油吉林油田分公司鉆井工藝研究院副院長兼鉆井工程監(jiān)督中心主任。

張簫鈴

2012-09-10▌