達深CP302開窗側鉆水平井鉆井實踐與認識

孫慶仁，郭盛堂，孟祥波

(大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江 大慶 163411)

小井眼套管開窗側鉆水平井鉆井技術能使一大批停產井、報廢井、套損井、低產井等復活，提高油氣藏開采效率，使各類油氣藏有效開發(fā)，提高采收率和油氣井單井產量，降低綜合開發(fā)成本，提高綜合經濟效益。為了改造低產井、實現產能上有所突破，大慶油田在松遼盆地東南斷陷區(qū)徐家圍子斷陷安達凹陷部署了達深CP302小井眼套管開窗側鉆水平井。

1 套管開窗側鉆水平井技術難點

小井眼套管開窗側鉆水平井鉆井技術在世界各地已經成為開發(fā)套損井、停產井、報廢井、低產井的一項有效的技術手段。在大慶油田深層鉆套管開窗側鉆水平井具有以下技術難點:

(1)達深CP302套管開窗側鉆水平井是以營城子組為主力氣層的深層天然氣井，在鉆井過程中面臨著地溫梯度高，鉆遇地層可鉆性級值高、研磨性強，機械鉆速慢等難題;

(2)套管開窗側鉆水平井造斜井段短，只有160 m，造斜率高，達到15°/30 m，井眼軌跡控制難度大;

(3)儀器測量信息滯后(測點距鉆頭15 m)，預測鉆頭處井斜角、方位角與實際存在偏差，很難實現精確軌跡控制;

(5)由于造斜需在很短的井段內完成，井眼曲率變化大，鉆柱在造斜井段會產生較大的彎曲應力，易造成鉆具的疲勞損害;特別在鉆柱旋轉時，彎曲井段的鉆柱受交變應力作用，鉆柱極易發(fā)生疲勞破壞，造成鉆具事故。

2 套管開窗側鉆水平井方案優(yōu)選

2.1 套管開窗位置優(yōu)選

套管開窗的最終目的是如何在原有套管的基礎上建立新的側鉆窗口，為后續(xù)的施工提供穩(wěn)定、安全的通道，因此套管開窗側鉆點的選擇尤為重要，必須系統(tǒng)綜合考慮多方面因素。

(1)開窗點位置原有套管的固井質量要好:套管開窗點盡量選擇在水泥環(huán)分布均勻、固井質量好的井段，力爭避開水泥竄槽、套管外無水泥井段。因此在確定套管開窗點前要參閱老井的固井聲幅資料。

(2)開窗點處地層的巖性穩(wěn)定:開窗點應選在巖性穩(wěn)定的井段，避開易縮徑、易垮塌的地層，巖性的可鉆性也要考慮，最好選擇在巖性可鉆性好的井段，這樣開窗的難度會大大降低。

(3)窗口以上井段要密封良好:窗口以上井段的老井套管在以后的鉆井施工中要作為技術套管使用，必須保證開窗點以上套管能夠承受較高的套管內壓。

(4)為后續(xù)鉆井施工創(chuàng)造有利條件:盡可能多選幾個開窗位置，分別對每個開窗點模擬做出開窗后小井眼的井眼軌跡剖面圖。比較剖面曲線，從中優(yōu)選出鉆進裸眼井段較短，鉆井施工簡單、安全的開窗點，作為最佳開窗位置。

根據地質靶點的要求，綜合考慮以上套管開窗側鉆位置優(yōu)選基本原則，結合井眼軌跡優(yōu)化設計要求[1]，達深CP302井最終將開窗側鉆位置確定在2999.22 m。

2.2 套管開窗方式與工具優(yōu)選

目前國內側鉆水平井套管開窗方式主要有鍛銑開窗和磨銑開窗[4]2種，如圖1所示。

鍛銑側鉆:即在設計側鉆位置將一段套管用鍛銑工具銑掉，然后在該井段注水泥，再用側鉆鉆具定向鉆出新井眼。優(yōu)點是:工藝易掌握，可靠性好;避免了套管的磁干擾，可用磁性測斜儀器定向鉆井。缺點是:套管鍛銑段長，有時需多次鍛銑才能完成，費時費力。

磨銑側鉆:即利用斜向器和銑錐開窗，在設計位置將套管磨穿而形成窗口，然后再用側鉆鉆具鉆出新井眼。優(yōu)點是:一趟鉆完成斜向器定向坐放，復式錐的應用可使開窗和修窗一趟完成，節(jié)省起下鉆時間，易側鉆出新井眼，側鉆所需井段短。缺點是:套管對測量儀器有磁干擾，需要使用陀螺儀定向。

雖然磨銑開窗方式磁干擾井段長，由于斜向器可產生3°左右的初始井斜，有利于有磁環(huán)境下的定向施工，根據達深CP302井地質及現場施工特點，經過充分的工藝論證，選擇復式銑錐磨銑的開窗方式。

3 套管開窗側鉆水平井鉆井技術

3.1 套管開窗技術

3.1.1 斜向器的坐封

(1)斜向器下至井深2999.26 m時，緩慢下放至井底并下壓20～30 kN，緩慢開泵(泵沖5SPM)，時刻注意觀察泵壓變化(泵壓≯2 MPa)，仔細觀察井口是否有鉆井液，鉆井液返出后，緩慢開泵至MWD測量所需最小排量，測量斜向器斜面的初始方位，并算出需要調整的角度后，停泵，井口無返出后，上提鉆具，逆時針轉動鉆具調整方位，緩慢將斜向器下放至井底并壓20～30 kN，再次開泵測量方位以至斜面方位與設計相同;方位調整好后，鎖緊轉盤上提斜向器至2999.26 m準備坐掛。

(2)緩慢開泵憋壓至21 MPa，穩(wěn)壓5 min，壓降≯1 MPa，緩慢釋放泵壓歸零。

(3)下放鉆具加壓20～30 kN確認斜向器是否坐住，確認后開泵憋壓2～3 MPa，正轉24圈以上，丟手起出送入工具。

3.1.2 開窗工藝技術

套管開窗的關鍵是開窗工具的選擇使用和開窗時鉆、銑、磨三參數的合理配合[5]。

(2)磨銑參數及磨銑要求。

第一階段:從復式銑錐探到斜向器到球形體柱體段接觸導斜器。此段要輕壓慢轉，使之磨銑出一個均勻的接觸面，磨銑參數一般為:鉆壓0～10 kN，轉速40～50 r/min，排量8～10 L/s。

第二階段:從球形體柱體段接觸導斜器到復合銑錐底圓中心線出套管外壁。此段應采用大鉆壓、中轉速磨銑，以達到快速切割的目的。磨銑參數一般為:鉆壓20～40 kN，(根據返出鐵屑的大小、形狀、轉盤負荷、憋鉆程度等適當調整鉆壓)，轉速50～60 r/min，排量8～10 L/s。

第三階段:從復合銑錐底圓中心線出套管外壁到銑錐頭銑過套管進入地層，此段銑錐頭一部分出套管外壁，大鉆壓磨進易使銑錐提前滑到井壁，造成死臺階，影響后續(xù)鉆井作業(yè)，因此此段是保證下窗口圓滑的關鍵井段，易采用輕壓、中轉速磨進。磨銑參數一般為:鉆壓5～10 kN，轉速50～60 r/min，排量8 ～10 L/s。

第四階段:從銑錐頭出套管到銑錐最大外徑段出套管，此段采用小鉆壓、中轉速磨進，進尺為一個銑錐長度。

第五階段:修窗。自窗口至窗底采取加壓0～5 kN，中轉速修整窗口，并鉆進地層1.5～2 m，反復多次修整窗口，直到窗口暢通。

3.2 井眼軌跡控制技術

3.2.1 增斜段軌跡控制

本段施工的目的是增井斜和調整方位[2]，鉆具組合:118.00 mm BIT+95.00 mm LZ(1.75°～1.25°)+105.00 mm 箭型止回閥 +88.90 mm MWD+73.00 mm DP。施工中詳細記錄每個單根工作狀況，每鉆進1～2 m測斜一次，計算井下螺桿鉆具的實際造斜率，預測井底井斜角和方位角，為下一步施工做好準備，該段整體平均造斜率為3.06°～14.53°/30 m，能夠保證按照設計軌跡進行施工，鉆進至井深3337.58 m時準確命中A靶點。

3.2.2 水平段軌跡控制

水平段施工要求鉆具具有很好的穩(wěn)平能力[3]，所以在施工中采用0.75°單彎雙扶螺桿配合LWD隨鉆地質導向鉆井技術，鉆具組合:118.00 mm BIT×0.15 m+95.00 mm LZ×4.04 m+105.00 mm箭型止回閥×1.04 m+113.90 mm STB×0.51 m+88.90 mm MDP×18.96 m+73.00 mm DP。鉆進過程中必須堅持每個單根測量井斜角和方位角一次，如果有異常要加密測斜。采用滑動和復合鉆進方式調整井斜角和方位角，保證水平段在靶區(qū)范圍內穿行，鉆進至井深3600.00 m應地質導向要求井斜增加到95°，直至完鉆。

4 現場施工效果分析

達深CP302套管開窗側鉆水平井完鉆井深3768.00 m，水平段長430.42 m，中靶率100%，各項指標均達到了設計要求，設計與實鉆技術指標對比如表1所示，設計與實鉆垂直投影對比如圖2所示。

從以上數據指標和垂直投影圖對比可以看出，在造斜段應用螺桿鉆具可以達到對井眼軌跡的精確控制，在水平段施工中，由于后期水平段施工中目的層不穩(wěn)定，為了尋找最佳儲層，在鉆進至井深3600 m時將井斜角增加到95°左右，使垂深偏離設計垂深，從而使設計線與實鉆線相分離，直至完鉆。

表1 達深CP302套管開窗側鉆水平井設計與實鉆技術指標對比

圖2 達深CP302井設計與實鉆垂直投影對比圖

5 結語

(1)最佳開窗點的選擇是保證達深CP302井開窗側鉆成功的基礎。

(2)采用斜向器+復式銑錐，通過銑、磨、鉆三參數的合理配合，保證了該井的開窗側鉆成功。

(3)井眼軌跡控制技術是該井施工成功與否的關鍵，鉆進過程中堅持每米測斜，適時計算確定工具的實際造斜能力，保證精確中靶。

(4)達深CP302井作為大慶油田自主設計與施工的第一口深層小井眼套管開窗側鉆水平井，該井的鉆探成功，為今后深層套管開窗側鉆施工奠定了堅實的基礎。

[1] 竇玉玲.長水平段大位移井井眼軌道優(yōu)化設計[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(7):50 －52.

[2] 陳宇同，傅文偉，邵明仁，等.加密調整水平井軌跡控制技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013，40(2):28 －30.

[3] 董廣華.金31－平2階梯式水平井井眼軌跡控制技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(3):30 －33.

[4] 李益平.塔河油田TK665CH井卡拉沙依組鍛銑側鉆水平井技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(4):31 －34，38.

[5] 張瑞平，丁浩，陳水新，等.扎那諾爾油田套管開窗側鉆定向井鉆井技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(7):28－30.