?139.7mm套管開窗側(cè)鉆井優(yōu)快鉆井技術(shù)

　(中石油渤海鉆探第四鉆井分公司，河北 任丘 062552)

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?139.7mm套管開窗側(cè)鉆井優(yōu)快鉆井技術(shù)

[摘要]套管開窗側(cè)鉆井技術(shù)可以使深部套管損壞的油、水井得到修復(fù)再利用，但由于開窗側(cè)鉆井井眼小，所用鉆頭、鉆具、工具受到限制。同時(shí)環(huán)空間隙小，對(duì)鉆井速度及施工質(zhì)量有很大的影響。通過(guò)優(yōu)選鉆頭不但提高了鉆井速度同時(shí)增大了環(huán)空間隙，解決了小井眼施工中環(huán)空返速低的問(wèn)題，也為后期完井作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)，使用防卡鉆具組合提高了防卡能力。在軌跡控制方面運(yùn)用無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了隨鉆跟蹤，進(jìn)一步提高了井下安全。針對(duì)以往小井眼固井難點(diǎn)，研究適合小井眼固井的低密度早強(qiáng)水泥漿，解決了固井水泥低返以及固井過(guò)程中蹩壓的問(wèn)題，使小井眼固井質(zhì)量都有了很大提高。通過(guò)以上技術(shù)應(yīng)用為側(cè)鉆井的進(jìn)一步發(fā)展找到一種新的方法。

[關(guān)鍵詞]?139.7mm套管；PDC鉆頭；軌跡控制；鉆井液；低密度

套管開窗側(cè)鉆井鉆井技術(shù)是在定向井、水平井、小井眼鉆井技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種綜合鉆井技術(shù)。采用開窗側(cè)鉆井技術(shù)可以使深部套管損壞的油、水井得到修復(fù)再利用，在低產(chǎn)井中開窗側(cè)鉆可發(fā)現(xiàn)新的含油層位，特別是對(duì)破壞性開采過(guò)的油田是一種提高油層采收率的手段。利用老井開窗還可以節(jié)約土地占用，減少建設(shè)資金。

近年來(lái)石油行業(yè)越來(lái)越重視套管開窗側(cè)鉆井的發(fā)展。由于開窗側(cè)鉆井井眼小，特別是在?139.7mm套管內(nèi)進(jìn)行側(cè)鉆，所用鉆頭、鉆具、工具均尺寸較小，環(huán)空間隙小，對(duì)鉆井速度及施工有很大的影響。因此如何優(yōu)選鉆井工具、控制井眼軌跡、提高機(jī)械鉆速、縮短建井周期成為當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。

1開窗側(cè)鉆井快速鉆井關(guān)鍵技術(shù)

1)根據(jù)井下情況選用高壓、大排量的鉆井參數(shù)。施工泵壓在18～20MPa、排量在8～10L/s情況下通過(guò)提升射流的水力作用，提高鉆井效率。

2)對(duì)側(cè)鉆井鉆頭進(jìn)行優(yōu)選，改變以往只用?118mm鉆頭的做法。在壁厚為7.72mm的?139.7mm套管中選用?120.65mm鉆頭，在壁厚為9.19mm的?139.7mm套管中選用?118mm鉆頭。同時(shí)優(yōu)選出高效能的單牙輪鉆頭和PDC鉆頭。為適應(yīng)井眼軌跡的變化，并對(duì)各種鉆頭進(jìn)行組合使用，提高了機(jī)械鉆速[1]。

3)運(yùn)用防卡鉆具組合。在側(cè)鉆井的鉆具組合中，拋棄了過(guò)去使用的鉆頭+導(dǎo)向鉆具+無(wú)磁鉆鋌+鉆鋌的結(jié)構(gòu)組合，采用了加重鉆桿替代鉆鋌，變井下鉆具與井壁的面接觸為點(diǎn)接觸，減小了卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

4)加強(qiáng)井眼軌跡的控制。施工過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)選擇出最佳的井眼軌跡，加大復(fù)合鉆進(jìn)井段，減少滑動(dòng)鉆進(jìn)井段。

5)無(wú)線隨鉆測(cè)量定向。改變老式隨鉆定向模式，運(yùn)用MWD無(wú)線隨鉆定向技術(shù)替代有線隨鉆定向，可以邊側(cè)鉆邊定向，避免了接單根時(shí)起電纜工作，節(jié)約了時(shí)間，也保證了井下安全。

6)采用近平衡壓力鉆井。側(cè)鉆井施工都是在已開發(fā)地層進(jìn)行的，地層的情況都能知道的很準(zhǔn)確。在保證井下安全(不塌、不噴)的前提下，可以盡量將鉆井液的密度降低以提高鉆井速度。

7)加強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑、穩(wěn)定與凈化。開窗前所配鉆井液已經(jīng)達(dá)到井下地層的鉆井液要求，側(cè)鉆施工中又加強(qiáng)了鉆井液的維護(hù)以達(dá)到減小施工泵壓、降低環(huán)空摩阻的作用。

8)低密度早強(qiáng)水泥漿固井。由于有的側(cè)鉆井易漏失層和低壓層共存，掛尾管過(guò)程中會(huì)對(duì)井下產(chǎn)生較大液柱回壓。使用低密度早強(qiáng)(24h強(qiáng)度≥14MPa)水泥漿體系固井，可防止固井過(guò)程中的井漏，減輕固井對(duì)油氣層的污染。

2現(xiàn)場(chǎng)施工

文20-24X1井是冀中地區(qū)的一口開窗側(cè)鉆井。老井套管?139.7mm，壁厚9.19mm。井眼剖面設(shè)計(jì)如表1所示。

表1　文20-24X1井井眼剖面設(shè)計(jì)

2.1鉆頭的優(yōu)選

在側(cè)鉆井中的小尺寸PDC鉆頭，由于鉆頭結(jié)構(gòu)是按大尺寸鉆頭設(shè)計(jì)的，因此一般鉆速都較低。而小尺寸牙輪鉆頭由于軸承弱、牙掌單薄，鉆頭壽命短，并極易發(fā)生鉆頭事故，不能適應(yīng)小井眼的高轉(zhuǎn)數(shù)，使得鉆頭進(jìn)尺少，效率低[2]。文20-24X1井通過(guò)優(yōu)選側(cè)鉆用鉆頭，使側(cè)鉆井機(jī)械鉆速有了大幅提高。鉆頭使用情況見表2。

表2　文20-24X1井側(cè)鉆井鉆頭使用情況

注：Ng、Ed、Es分別表示館陶組、東營(yíng)組和沙河街組。

2.2井眼軌跡控制

在側(cè)鉆井中使用無(wú)線隨鉆定向，使鉆進(jìn)過(guò)程中能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)井眼軌跡變化，能夠隨時(shí)調(diào)整參數(shù)，確保井眼軌跡優(yōu)質(zhì)[3]；定向過(guò)程中能夠方便有效地控制井眼曲率變化，從而減少井下復(fù)雜事故的發(fā)生；相對(duì)于有線隨鉆沒(méi)有了起下電纜時(shí)間上的損失，而且不用長(zhǎng)時(shí)間停泵活動(dòng)鉆具，在安全上得到了保障，加快了鉆井速度，保證了井下安全。

2.2.1脫離老井眼階段(1810～1826m)

開窗后的試鉆就是為了盡快脫離老井眼而進(jìn)行的。對(duì)試鉆的距離進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)試鉆的長(zhǎng)度最小16m就可以滿足定向的要求。由于試鉆用常規(guī)鉆具鉆速較慢，因此只需要達(dá)到定向要求[4]。

鉆具組合：?118mm單牙輪+浮閥+?89mm無(wú)磁承壓鉆桿(NWDP)×1根+MWD懸掛短節(jié)+?89mm加重鉆桿(WDP)×18根+?73.02mm鉆桿(DP)。

鉆進(jìn)參數(shù)：控制試鉆鉆壓在20～40kN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速35～60r/min，泵壓18MPa，排量10L/s。經(jīng)過(guò)平穩(wěn)鉆進(jìn)由1810m鉆至1826m，進(jìn)尺16m，達(dá)到了試鉆目的。

2.2.2造斜軌跡控制階段(1826～2089m)

鉆具組合：?118mm單牙輪+?95mm×1.5°單彎螺桿(DN)+浮閥+?89mmNWDP×1根+MWD懸掛短節(jié)+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。

該階段鉆進(jìn)中根據(jù)無(wú)線隨鉆所得的井斜和方位以及鉆具的實(shí)鉆造斜率，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井眼軌跡的符合率，分析井眼變化趨勢(shì)，不斷優(yōu)化修正待鉆井眼軌道，及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)，盡可能多地采用復(fù)合鉆進(jìn)，減少滑動(dòng)鉆進(jìn)，對(duì)每根鉆桿鉆進(jìn)方式進(jìn)行優(yōu)化，使用1.5°DN可提高側(cè)鉆井的造斜率。當(dāng)鉆至2089m時(shí)井斜已達(dá)到39°。

2.2.3穩(wěn)斜(擴(kuò)眼鉆進(jìn))軌跡控制階段(2089～2213.91m)

該階段是提高側(cè)鉆井機(jī)械鉆速的主要階段。鉆具組合：?118mm三刀翼PDC+?95mm×1.25°DN+浮閥+?89mmNWDP×1根+MWD懸掛短節(jié)+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。鉆進(jìn)中少了造斜和扭方位，整個(gè)階段基本都是復(fù)合鉆進(jìn)，最高機(jī)械鉆速達(dá)到6m/h。鉆井參數(shù)：鉆壓20～25kN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速60～70r/min，泵壓20MPa，排量10L/s[5]。

2.2.4降斜軌跡控制階段(2213.91～2550m)

鉆具組合：?118mm三刀翼PDC+?95mm×1.25°DN+浮閥+?89mmNWDP×1根+MWD懸掛短節(jié)+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。利用無(wú)線定向得到實(shí)現(xiàn)。

2.3鉆井液技術(shù)

采用聚合物鉆井液體系，基本配方：2%～3%膨潤(rùn)土+0.15%～0.35%包被劑(KPAM、TBPS)+0.5%～1%中小分子聚合物(NPAN、HMP21)+0.5%～1.5%防塌潤(rùn)滑劑(WFT-108、SR-1)(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

2.3.1現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)處理

開窗前在鉆井液中加入純堿、膨潤(rùn)土、水解聚丙烯腈銨鹽和抗高溫降濾失劑(KJAN)在地面低壓充分循環(huán)攪拌均勻，性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)漏斗黏度達(dá)到50～60s，提高了開窗過(guò)程中鐵屑的懸浮能力。

館陶組、東營(yíng)組：該井段是側(cè)鉆井中的主要造斜段，為了配合井下造斜的需要，正常維護(hù)以PAC141為包被絮凝劑，保持鉆井液黏度在35～45s，屈服值在2～4Pa，用NH4-HPAN-2溶液作為降濾失劑維護(hù)處理，根據(jù)井深情況及溫度增加KJAN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)控制鉆井液的高溫高壓失水，調(diào)節(jié)鉆井液的流型和濾失量及改善鉆井液的濾餅質(zhì)量，保持鉆井液較低的濾失量，同時(shí)又有一定的懸浮攜帶能力，形成低固相聚合物鉆井液。使用離心機(jī)清除鉆井液中的有害固相，同時(shí)加入液體潤(rùn)滑劑和乳化石蠟，以增加井壁泥餅的韌性，防止定向時(shí)井下的托壓。

沙一段至完鉆：東營(yíng)組鉆穿進(jìn)入沙一段后再進(jìn)一步以液體潤(rùn)滑劑、防塌劑FT-103、超細(xì)碳酸鈣和單向壓力封閉劑DCL-1配合，改善泥餅質(zhì)量，提高鉆井液的潤(rùn)滑性。為防止井壁失穩(wěn)，適量加入1%～1.5%的防塌劑FT-342及2.0%左右的超細(xì)碳酸鈣、單向壓力封閉劑(DCL-1)，以改善泥餅質(zhì)量、降低鉆井液濾失量、屏蔽井壁、減少鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的損害[6]。

完鉆時(shí)鉆井液密度要控制在1.25g/cm3以上，馬氏黏度在40～50s，屈服值在5～12Pa，塑性黏度在14～18mPa·s，中壓失水小于5mL，高壓高溫失水小于15mL，pH值8.5～9.0，固相含量在7%～16%，初/終切力(1～2)Pa/(3～6)Pa。

2.3.2加強(qiáng)施工過(guò)程控制

1)鉆井液增加密度時(shí)要求每循環(huán)一周增加0.02g/cm3。

2)鉆井過(guò)程中盡量提高鉆井排量，以便環(huán)空上返速度達(dá)到1m/s。

3)不要認(rèn)為側(cè)鉆井井眼小有害固相就少，每天離心機(jī)的使用不能小于鉆井液總量的2倍，以清除鉆井液中的有害固相。

4)為防止無(wú)線隨鉆不工作，要認(rèn)真檢查鉆井液過(guò)濾網(wǎng)。

2.3.3完井電測(cè)技術(shù)措施

用PDC鉆頭完鉆后要使用牙輪鉆頭進(jìn)行通井循環(huán)，使井眼平滑。用離心機(jī)進(jìn)一步清除鉆井液中的有害固相。鉆井液中提前加入潤(rùn)滑劑(GFR-1)，循環(huán)1h后短起下至開窗點(diǎn)，下入底后再次循環(huán)3.5h加入抗高溫降濾失劑(KJAN)、無(wú)熒光防塌劑(WFT-108)，用漏斗黏度為90s以上稠漿(內(nèi)含塑料小球0.5m3)封閉側(cè)鉆裸眼井段后起鉆電測(cè)。常規(guī)完井電測(cè)一次完成，減少濾液對(duì)油層的危害，縮短油層的浸泡時(shí)間。

2.4固井技術(shù)

套管下入前進(jìn)行通井，通井鉆具組合：?118mm單牙輪+浮閥+?89mmWDP×18根+?73.02mmDP。通井過(guò)程中保證井眼沒(méi)有遇阻、卡現(xiàn)象發(fā)生，通井到底后小排量頂通，然后加大排量至8～9L/s進(jìn)行循環(huán)，充分洗井，帶干凈巖屑，起鉆前向井內(nèi)打入漏斗黏度為100s的稠鉆井液進(jìn)行封閉。

下套管過(guò)程中控制下放速度在0.4m/s以內(nèi)，每下10根向套管內(nèi)灌滿鉆井液[7]。下完套管循環(huán)時(shí)小排量頂通，頂通泵壓小于8MPa，環(huán)空頂通后加大排量至8～9L/s進(jìn)行循環(huán)，在保證循環(huán)壓力穩(wěn)定、排量穩(wěn)定、無(wú)巖屑后再進(jìn)行固井施工。

針對(duì)側(cè)鉆的井眼情況，前置液要求有良好的沖洗隔離作用又能很好地產(chǎn)生紊流效果沖洗井壁濾餅，控制前置液的使用量，環(huán)空上返高度控制在200m左右。

使用1.55g/cm3低密度固井水泥漿，減小液柱對(duì)地層的回壓，防止井漏，在水泥漿中加入微珠、微硅、降失水劑、分散劑、堵漏劑、彈性材料、膨脹劑、消泡劑以提高小井眼固井質(zhì)量。

采用液壓尾管懸掛器。在頂替固井水泥漿碰壓后，懸掛器丟手位置上下預(yù)留25m的隔離液。再次向井內(nèi)打10MPa壓力上提中心管，當(dāng)壓力下降立即停止上提，開泵循環(huán)，沖洗干凈懸掛器周圍及套管內(nèi)的水泥漿，避免套管內(nèi)留水泥塞[8]。

2.5應(yīng)用情況

文20-24X1井試鉆、增斜段選用?118mmGYD517單牙輪，進(jìn)尺276m，平均機(jī)械鉆速3.73m/h。穩(wěn)斜和降斜段選用?118mm三刀翼PDC鉆頭帶螺桿定向鉆進(jìn)，進(jìn)尺438.21m，平均機(jī)械鉆速5.73m/h。井身質(zhì)量、固井質(zhì)量合格。

通過(guò)在9口側(cè)鉆井的施工，應(yīng)用效果較好。一般完鉆井深2500～3000m，裸眼段600～1000m，平均鉆井周期9～18d，平均機(jī)械鉆速3.6m/h。井身質(zhì)量合格，固井質(zhì)量合格。

3認(rèn)識(shí)與建議

1)使用無(wú)線隨鉆控制技術(shù)對(duì)井眼軌跡的控制達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)調(diào)整的效果，可有效減少鉆具靜止時(shí)間和縮短鉆井周期，減少了井下卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

2)調(diào)整好鉆井液的流型可很好提高鉆井液的攜巖能力?？刂坪勉@井液的失水量及高溫高壓濾失量，對(duì)鞏固井壁和穩(wěn)定性起到一定的作用。加足各種固體、液體滑潤(rùn)劑，可提高鉆井液的防卡能力。加強(qiáng)固控設(shè)備的使用，降低了鉆井液有害固相及含砂量，降低了鉆井液的流動(dòng)阻力，防止了PDC鉆頭的泥包。

3)小尺寸鉆頭配合使用。用單牙輪鉆頭進(jìn)行挑井斜、扭方位，用三刀翼PDC鉆頭進(jìn)行穩(wěn)斜鉆進(jìn)可以大大提高?139.7mm套管開窗側(cè)鉆井的機(jī)械鉆速。

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[編輯]帥群

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)5-0058-04

[中圖分類號(hào)]TE242

[作者簡(jiǎn)介]梁厚滄(1973-),男，工程師，長(zhǎng)期從事修井、鉆井技術(shù)研究與管理工作，664948985@qq.com。

[收稿日期]2015-10-20

[引著格式]梁厚滄,孫尚勇,唐生顯,等.?139.7mm套管開窗側(cè)鉆井優(yōu)快鉆井技術(shù)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(5):58～61.