小井眼側鉆技術在大港油田的應用與發(fā)展

羅永慶 周新華 蘇 川 張志立 彭明昌

（中油大港油田集團公司井下作業(yè)公司，中國天津300283）

0 引言

國外從20 世紀60 年代開始進行側鉆技術研究， 在側鉆方法、工藝措施、井下工具及完井方法等方面技術已經(jīng)成熟，能夠完成各種曲率半徑的水平井，還能在一個井筒中側鉆出多個分支井。國內(nèi)勝利、遼河、中原油田開窗側鉆工藝發(fā)展較快，其中，1997 年開始，遼河油田側鉆技術與采油技術進行配套研究，側鉆技術成為改善井網(wǎng)、挖掘儲層潛力、解決底水錐進、油井水淹的重要手段。 2000 年運用老井側鉆技術完成三分支井。 至2005 年遼河油田完成各式側鉆井2383 口，側鉆總進尺64.4×104m，成為國內(nèi)完成側鉆井最多、運用側鉆技術增儲上產(chǎn)效果最顯著的油田。大港油田在1992 年開始實施套管內(nèi)開窗側鉆，截至2008 年完成小井眼開窗側鉆井301 井次，其中自由側鉆井53 井次，定向側鉆井196 井次，側鉆水平井52 井次，完成雙層套管開窗5井次，2008 年￠139.7mm 套管內(nèi)開窗側鉆平均機械鉆速2.5m/h，較2007 年提高了12.8%。 目前大港油田小井眼側鉆井技術不斷完善，規(guī)模也在不斷擴大。

1 大港油田小井眼側鉆技術現(xiàn)狀

1.1 開窗工具

大港油田￠177.8mm 和￠139.7mm 套管內(nèi)開窗方式均主要以鉆鉸式復合銑錐，一次性完成開窗、修窗作業(yè)。 2001 年Weatherford 公司在大港油田采用開窗銑鞋帶西瓜銑，可以實現(xiàn)一次性開窗修窗，斜面為凹槽式設計，開窗銑鞋對導斜面不磨損因此開窗效率高、速度快，但施工費用較高。 近幾年隨著雙層套管開窗的增多，我們對鉆鉸式復合銑錐的頂部進行了鎢鋼顆粒加厚，使其直徑由73mm 加大至95mm，整體長度由0.95m 加長至1.2m。

導斜器從原始簡易的地錨固定式導斜器，經(jīng)過改進，目前普遍采用卡瓦液壓錨定式導斜器； 雙層套管開窗為確保導斜器固定牢靠，發(fā)展出了卡瓦液壓雙缸錨定式導斜器，而導斜面的硬度設計選擇與2 層套管中強度較大的那層套管相當[2]。 導斜器前采用小直徑陀螺測斜儀校正井眼軌跡，并確定導斜器斜面方位。

表1 雙層套管開窗鉆壓、轉速推薦值

1.2 開窗側鉆程序

選井-套管內(nèi)通井， 清洗井筒-注水泥封堵老井眼-套管刮削-套管試壓-下導斜器， 定向-固定導斜器-開窗修窗-試鉆-裸眼鉆進-測井-下套管、固井-測聲幅、井筒試壓完井-射孔投產(chǎn)[3]。

1.3 井眼軌跡控制與優(yōu)快鉆井

小井眼裸眼側鉆鉆進時，定向鉆具外徑尺寸小、柔性大、抗扭轉變形能力弱、抗地層力的能力弱，鉆井參數(shù)、地層等因素對井眼軌跡控制效果非常敏感[3]，通常在某些井段，無法用常規(guī)經(jīng)驗判斷控制效果，只能加強實時檢測來確定。

常規(guī)鉆具結構為：

A: 造斜鉆具組合：￠120.6mm 單牙輪鉆頭＋￠95mm 單彎馬達＋止回閥＋定向接頭＋￠89mm 無磁鉆鋌 （內(nèi)裝MWD 儀器）＋￠78.6mm 加重鉆桿＋￠73mm 鉆桿

技術參數(shù)：WOB:10-20kN Q:8-10l/s R:馬達轉速

B:穩(wěn)斜鉆具組合：￠120.6mm 鉆頭＋￠118mm 穩(wěn)定器＋止回閥＋￠105mm短鉆鋌＋￠118mm 穩(wěn)定器＋￠89mm 無磁＋￠78.6mm 加重鉆桿＋￠73mm 鉆桿

技術參數(shù)：WOB:20-50KN R:70－80rpm Q:9-12l/s。

目前在小井眼側鉆中，采用多個或單個螺旋穩(wěn)定器組成的常規(guī)鉆具結構來控制井眼軌跡是行不通的，在鉆遇礫巖層、玄武巖等可鉆性差的地層時，采用帶穩(wěn)定器的常規(guī)鉆具組合，利用大鉆壓、大排量的鉆進參數(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)井眼軌跡調(diào)整性的快速鉆進是可行的，但要視剖面要求及造斜段長度適時采用。

單彎螺桿是各油田小井眼側鉆控制井眼軌跡普遍采用的井下工具，現(xiàn)場使用以￠95mm 的5、7、9 頭螺桿居多，大多是3 級馬達；過去大港油田側鉆受井身質(zhì)量（主要是狗腿角控制）影響，單彎螺桿角度基本選擇1.25°，這就造成了滑動鉆進井段較長，工具面需要多次調(diào)整，遇到硬質(zhì)地層造斜率低，機械鉆速低等問題。近幾年，我們通過優(yōu)化軌跡剖面， 適當增大了全角變化率， 單彎螺桿角度基本選擇了1.5°和1.75°， 這樣就有效的縮短了滑動鉆進井段， 相應增長了復合鉆進井段，起到了提高機械鉆速的作用。 在工藝上為保證井身質(zhì)量采用了短井段、勤調(diào)整、小調(diào)整和復合鉆進等措施，有效控制了井眼曲率變化，提高了機械鉆速。應用中1.75°單彎螺桿復合鉆進有別斷螺桿的風險，使用時要注意。

進入穩(wěn)斜鉆進要視具體井況選擇鉆具組合，一般常規(guī)單穩(wěn)定器增斜鉆具在小井眼側鉆中只能起到微增效果，而常規(guī)雙穩(wěn)定器穩(wěn)斜鉆具基本能保證穩(wěn)斜鉆進，如鉆壓小，會有微降現(xiàn)象。

1.4 鉆頭選擇

小井眼鉆頭選型范圍狹窄，主要是單牙輪鉆頭和PDC 鉆頭，經(jīng)過現(xiàn)場不斷實踐應用，PDC 鉆頭與螺桿鉆配合，受螺桿扭矩小的影響，對鉆壓較敏感，當鉆壓不合適時容易造成工具面漂移或進尺緩慢[3]，另外，PDC 鉆頭對地層適應性差，造成機械鉆速較單牙輪鉆頭低，近幾年已基本不使用該類型鉆頭了。

單牙輪鉆頭經(jīng)過不斷發(fā)展已逐步系列化了， 目前有YA437、YA517、GYD517、GYD537、GYD617、GYD737A，基本具備了從軟-硬各種地層巖性的鉆進，牙輪頂部的聚晶金剛石復合齒，加強了抗研磨性能，齒徑、齒高、齒形及排列布齒都改進了很多，主副水眼的設計也更加趨于合理，鉆頭結構上開發(fā)了金屬密封鉆頭，使入井純鉆時間由80小時提高至120 小時。 實踐證明，單牙輪鉆頭適于小井眼定向滑動鉆進和復合鉆進，水平鉆進也能適用，目前大港油田小井眼側鉆鉆頭首選單壓輪鉆頭。

表2 鉆頭適應性分析

近幾年，硬質(zhì)地層如礫巖層、玄武巖、含黃鐵礦巖層等可鉆性差的地層，機械鉆速很低（小于1m/h），牙齒磨損較為嚴重；另外，機械鉆速慢也會造成牙輪殼體發(fā)生嚴重沖蝕，如不及時更換鉆頭，會出現(xiàn)因殼體沖蝕造成牙齒脫落的現(xiàn)象，下一步，應該建立鉆頭使用檔案，進一步強化鉆頭齒的抗研磨性及牙輪殼體的材質(zhì)硬度。

1.5 泥漿體系選擇

鉆井液的性能對井壁的穩(wěn)定、井眼清潔、減阻防卡、防漏堵漏和油氣層保護等方面有著重要的作用。套管開窗側鉆井的鉆井液體系與一般生產(chǎn)井相同，只是對鉆井液的抑制性、攜砂性和剪切稀釋性提出更高的要求，防漏是小井眼鉆井的主要內(nèi)容，因為地層在小井眼中井漏的幾率是常規(guī)井眼的幾倍甚至十幾倍。

大港油田套管開窗側鉆井經(jīng)過多年的研究摸索和現(xiàn)場應用，基本上形成了幾套比較成熟的鉆井液體系，如聚合物泥漿體系、抑制性泥漿體系、硅基防塌泥漿體系、硅酸鹽體系等；側鉆水平井泥漿性能要求除要具有側鉆定向井要求的泥漿性能外，還要具有更好的潤滑性和攜砂能力，大港油田采用有機正電膠泥漿體系。

2 提高小井眼固井質(zhì)量的舉措

大港油田小井眼固井關鍵瓶頸是環(huán)空間隙小， 造成循環(huán)壓耗大，注水泥過程中更容易發(fā)生漏失和水泥漿竄槽現(xiàn)象；另外，水泥環(huán)薄，水泥石強度無法保證。 為解決上述問題，曾試圖通過擴眼來增大環(huán)空間隙，達到提高固井質(zhì)量的目的，但效果不理想，主要原因是擴眼工具不成熟卡鉆風險大，擴出的井眼受地層可鉆性影響大，容易出現(xiàn)“糖葫蘆”井段，另外擴眼機械鉆速慢，油氣層浸泡時間長，不利于油氣層保護；為此重點在水泥漿體系、管材尺寸、套管居中等方面進行了改進，效果較好。

2.1 優(yōu)化水泥漿體系

小井眼固井水泥漿體系性能要求：密度可調(diào)、具膨脹性、低慮失量、零析水、流變性好、觸變性強。 大港油田目前研制開發(fā)了三種不同性能的水泥漿體系，應用效果較好。

2.1.1 纖維微膨脹水泥漿體系配方油井水泥+BCE-200S 防漏增韌劑+BXF-200L 降失水劑+CF40S分散劑+G603 高效消泡劑+BXR-200L 中溫緩凝劑

2.1.2 低密高強度水泥配方油井水泥+BCE-200S 防漏劑+漂珠減輕增強材料BXE-600S+降失水劑+分散劑+消泡劑+緩凝劑。

2.1.3 膠乳防竄水泥漿體系配方

油井水泥+BCE-200S 防漏劑+BXE-600S+BXF-200L 降失水劑+CF40S 分散劑+高效消泡劑+BXR-200L 中溫緩凝劑+膠乳

以上三種水泥漿體系基本滿足了大港油田各類地質(zhì)特點的固井需要，另外針對清水隔離液暴露出的密度低、易漏失、不利于平衡壓力、隔離效果差等問題，開發(fā)了BCS 系列隔離液作為小井眼小間隙固井專用隔離液，基本組成為：由BCS-020S 懸浮劑、BCS-021L 稀釋劑和BCW-600S 加重劑等組成，密度可以在1.0-1.9g/cm3之間可調(diào)。

2.2 套管管材選擇及居中

表3 Φ95.25mm 套管與其它常用套管參數(shù)對照表

3 大港油田小井眼側鉆發(fā)展方向及建議

小井眼側鉆技術發(fā)展的關鍵是在保證井身質(zhì)量合格的前提下，盡量提高機械鉆速，另外要不斷提高小井眼小間隙固井質(zhì)量。

3.1 完善小井眼提高機械鉆速的配套技術， 重點開發(fā)抗研磨能力強的單牙輪鉆頭，滿足硬質(zhì)地層提速需要。不斷提高井眼軌跡控制水平，試驗應用液力加壓器、減阻接箍等鉆井輔助工具，提高側鉆機械鉆速。

3.2 繼續(xù)完善小井眼鉆井液體系，針對小井眼鉆井特點，加強鉆井液日常維護水平，保持鉆井液具有良好的剪切稀釋性、潤滑性和攜砂能力，要注意加強鉆井液的防漏性能，因為在相同地層中小井眼井漏幾率是常規(guī)井眼的幾倍甚至幾十倍。

3.3 隨著小井眼側鉆不斷向長裸眼、復雜軌跡方向發(fā)展，小井眼小間隙固井難度不斷加大， 要不斷加大小井眼小間隙固井工藝研究力度，重點研究如何進一步提高水泥漿頂替效率的方法， 試驗微臺階擴孔、延遲固井、震動固井等新技術，試驗應用膨脹管懸掛器和封隔器式懸掛器，解決水泥漿初凝失重造成的油氣水上竄。

［1］魏文中，郭衛(wèi)東，賀昌華，等.勝利油田小井眼套管開窗側鉆技術[J].石油鉆探技術，2001，29（1）：19-22.

［2］李群山，靳樹忠，王麗娟，等.雙層套管開窗側鉆水平井鉆井技術[J].石油鉆探技術，2001，29（2）：26-27.

［3］孫剛宏，等.在套管內(nèi)定向開窗側鉆小井眼技術[J].石油鉆采工藝，2002（2）.