套管開(kāi)窗和小井眼側(cè)鉆水平井工藝的應(yīng)用

鄭強(qiáng)

1.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司 第三鉆井工程分公司 （天津 300280）

2.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司 石油工程監(jiān)督分公司 （陜西 西安 710016）

XXX井是塔里木盆地的一口老井側(cè)鉆水平井，該井于2010年1月13日7時(shí)30分開(kāi)工至2010年5月9日8時(shí)30分完井，共用時(shí)115.92天，總進(jìn)尺836.50m。

1 套管開(kāi)窗

1.1 開(kāi)窗側(cè)鉆方法的選擇

常用的套管開(kāi)窗側(cè)鉆的方法有2種：①固定斜向器開(kāi)窗。利用開(kāi)窗工具和斜向器的作用，對(duì)套管某側(cè)進(jìn)行定點(diǎn)切削，在井內(nèi)套管上開(kāi)出具有一定長(zhǎng)度和幾何形狀的窗口，經(jīng)過(guò)修窗后形成一個(gè)光滑的窗口。②鍛銑器開(kāi)窗。采用擴(kuò)張式截?cái)噱戙娖鳎ㄣ姷叮谔坠軆?nèi)預(yù)計(jì)部位切割磨銑掉一段套管，形成窗口[1-3]。XXX井使用的是第二種方法。

1.2 井眼準(zhǔn)備

1.2.1 起油管作業(yè)

正擠1.20 g/cm3壓井液15m3，環(huán)空反擠1.25 g/cm3壓井液32m3，油壓、套壓降為0MPa，開(kāi)井觀察1.5倍換裝封井器時(shí)間。正擠1.20 g/cm3壓井液15m3，環(huán)空反擠1.25 g/cm3壓井液32 m3，換裝封井器并試壓。

正擠 1.25 g/cm3壓井液 15m3，反擠 1.25 g/cm3壓井液50m3，開(kāi)井觀察1.5倍起油管作業(yè)和下鉆刮壁時(shí)間，進(jìn)行起油管作業(yè)和刮壁作業(yè)。下入177.8mm(7″)刮壁器至5 456m，5 283~5 399m反復(fù)刮壁3次，循環(huán)替出井內(nèi)泥漿。

1.2.2 鉆井液的準(zhǔn)備

在鍛銑的過(guò)程中，為使鍛銑產(chǎn)生的鐵屑充分返出地面，鉆井液應(yīng)具有表觀黏度低、動(dòng)塑比高、低剪切速率、懸浮能力強(qiáng)等特點(diǎn)。在鍛銑的過(guò)程中要間斷地過(guò)稠鉆井液，保證鐵屑的返出率。XXX井使用鉆井液漏斗黏度：100~120s；初切3~8Pa；終切7~15 Pa。

1.2.3 坐封機(jī)橋

下機(jī)橋鉆具組合：Φ143mm橋塞×0.5m+送入工具×3.46m+Φ88.9mm鉆桿。下鉆送橋塞至5 470 m，投入32mm鋼球，候球入座60min，正打壓10-15-21MPa，各穩(wěn)壓5min，上提鉆具機(jī)橋丟手，下探2次，加壓80 kN，機(jī)橋無(wú)位移。試壓15 MPa，穩(wěn)壓20min，壓力未降，機(jī)橋密封合格。實(shí)現(xiàn)封隔下部油氣層。

1.2.4套管鍛銑

鍛銑鉆具組合：Φ141 mm段銑工具×1.03 m+Φ120mm鉆鋌×83.9m+Φ88.9mm鉆桿。

下鉆：鍛銑工具入井前檢查刀片是否靈活，刀片應(yīng)開(kāi)合自如、到位。組合鉆具后應(yīng)用細(xì)鐵絲將刀片纏好，避免刀片露出鍛銑工具本體以外。入井時(shí)，應(yīng)在井口扶正，防止刀片刮碰井口而提前張開(kāi)。下鉆過(guò)程中要控制下放速度，嚴(yán)禁猛剎猛頓，中途遇阻，不能硬壓、下砸，遇阻不能超過(guò)10 kN，防止刀片張開(kāi)。下鉆到位后要反復(fù)校正井深。如一次不能完成鍛銑工作，第二次下入鍛銑工具時(shí)鉆具組合應(yīng)裝有浮閥，防止鐵屑堵塞水眼造成不能開(kāi)泵。

切割：校正完井深后（鍛銑點(diǎn)要避開(kāi)套管接箍），將剎把剎住，慢慢開(kāi)啟轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)速調(diào)整為50～60 r/min，逐漸開(kāi)泵，排量調(diào)整到12 L/s，每15min記錄一次泵壓。如果泵壓下降1～2MPa，說(shuō)明銑刀已完全打開(kāi)，慢慢下放鉆具，有鉆壓則證明套管已被切開(kāi)。切割時(shí)間應(yīng)盡量長(zhǎng)，防止出現(xiàn)套管剝皮現(xiàn)象，造成切割失敗。

鍛銑：套管切割成功后，記錄正常泵壓，逐漸施加鉆壓20 kN，定期活動(dòng)鉆具，每鍛銑0.5m或30min大幅度活動(dòng)鉆具一次，根據(jù)情況把工具提至上窗口附近，然后再開(kāi)泵通至下窗口；每鍛銑1.5～2.0m循環(huán)1.5周，根據(jù)返出鐵屑情況隨時(shí)調(diào)整活動(dòng)間隔和循環(huán)時(shí)間；如果第一次鍛銑鐵屑返出效果不好,就要下鉆頭通井至下窗口以下100m,進(jìn)行大排量循環(huán),使上部套管內(nèi)鐵屑返出,再下鉆到底進(jìn)行鍛銑；在鍛銑過(guò)程中密切關(guān)注泵壓和扭矩等參數(shù)變化，防止憋泵或鐵屑堵塞工具；每鍛銑10~12m下鉆頭通井。

起鉆：鍛銑過(guò)程中出現(xiàn)加不上鉆壓，經(jīng)反復(fù)開(kāi)泵無(wú)效，應(yīng)起鉆換刀片。起鉆前應(yīng)充分循環(huán)鉆井液，如地面測(cè)得鐵屑返出率低于90%，可以通過(guò)過(guò)稠塞的方式提高鐵屑返出率。銑刀處上窗口時(shí)，應(yīng)注意控制起鉆速度，防止刀片沒(méi)有復(fù)位而被提斷，造成井下落物。

1.3 注意事項(xiàng)

1）下鉆過(guò)程中要控制下放速度，嚴(yán)禁猛剎猛頓，防止刀片提前張開(kāi)。

2）鉆井液性能要滿足攜帶鐵屑的要求，鐵屑返出率應(yīng)在95%以上。

3）在地面做好返出鐵屑收集工作，防止鐵屑再次入井造成堵塞水眼。

4）鉆壓不可施加過(guò)大，防止壓斷刀片或造成套管剝皮現(xiàn)象。

5）再次下入鍛銑工具時(shí)，鉆具組合中應(yīng)安裝浮閥，防止鐵屑堵塞水眼。

2 小井眼側(cè)鉆水平井

2.1 側(cè)鉆前準(zhǔn)備

穩(wěn)固的人工井底。側(cè)鉆前必須準(zhǔn)備好穩(wěn)固的人工井底[4]，下入的定向鉆具才有堅(jiān)實(shí)的支點(diǎn)，保障側(cè)鉆成功。XXX井鍛銑井段為5 305～5 331.5m，注水泥塞至5 221m，下入鉆具鉆塞至5 305.7m，做承壓實(shí)驗(yàn)：下壓15 t無(wú)位移，確認(rèn)水泥塞符合側(cè)鉆要求。

2.2 側(cè)鉆定向施工段

其難點(diǎn)在于需要在較短的井內(nèi)側(cè)鉆出去，因?yàn)樘坠荛_(kāi)窗段長(zhǎng)只有20~30m，所以一般15m以內(nèi)鉆頭就應(yīng)完全離開(kāi)老井眼。在實(shí)際操作中要嚴(yán)格控制鉆時(shí)，每0.5m取砂樣分析側(cè)鉆情況。

1）第一、二趟側(cè)鉆：Φ152.4mm鉆頭×0.19m+Φ120mm螺桿（2.75°）×6.32m+Φ121mm無(wú)磁×3.03m+Φ121mm無(wú)磁懸掛×5.39m+Φ121mm311/NC350S接頭×0.5 m+Φ120 mm 鉆鋌×27.43 m+Φ126 mmNC351S /310接頭×0.5 m+Φ88.9 mm加重鉆桿×280.1m+Φ88.9mm鉆桿。

2）在側(cè)鉆時(shí)，必須控時(shí)鉆進(jìn)，一般為0.5m/h，隨時(shí)注意鉆時(shí)和返砂情況，在側(cè)鉆至返出巖性由水泥完全轉(zhuǎn)變?yōu)榈貙訋r石時(shí)確定側(cè)鉆成功。采用吊打的方式鉆進(jìn)，導(dǎo)致在此期間鉆時(shí)較慢。

第三趟鉆：Φ152.4mm鉆頭×0.24m+Φ120mm螺桿（1.75°）×6.32m+Φ127mm浮閥×0.51m+Φ121mm無(wú)磁×3.03m+Φ121mm無(wú)磁懸掛×5.39m+Φ88.9mm無(wú)磁抗壓縮鉆桿×9.28 m+Φ88.9 mm加重鉆桿360.94m+Φ88.9mm鉆桿。

施工井段5 315.35~5 328 m；進(jìn)尺12.65 m；純鉆21.5 h；機(jī)械鉆速0.59m/h。

井斜0.17°～5.1°，平均造斜率11.69°/30m。

HA517G牙輪鉆頭配合螺桿使用，使用壽命較短，但工具面易控制，造斜率較高，考慮到井較深，起下鉆時(shí)間較長(zhǎng)，起鉆更換PDC鉆頭，增加純鉆時(shí)間以保證進(jìn)尺。

3）第四趟鉆：Φ152.4 mmPDC鉆頭×0.24 m+Φ120mm螺桿（1.75°）×6.32m+Φ127mm浮閥×0.51 m+Φ121mm無(wú)磁×3.03m+Φ121mm無(wú)磁懸掛×5.39 m+Φ88.9mmm無(wú)磁抗壓縮鉆桿×9.28m+Φ88.9mm加重鉆桿×360.94m+Φmm88.9鉆桿。

施工井段5 328~5 369.94 m，進(jìn)尺41.94 m，純鉆36 h，機(jī)械鉆速1.17m/h。

井斜5.1°～16°，平均造斜率7.08°/30m。

在剛側(cè)鉆出去的井段，糾正井眼軌跡尤為重要，而采用PDC鉆頭控制井眼軌跡較牙輪鉆頭差，隨起鉆換牙輪鉆頭，以保證井眼軌跡符合設(shè)計(jì)要求。

4）第五趟鉆：Φ152.4mm鉆頭×0.19m+Φ120 mm螺桿（1.5°）×6.33m+Φ127 mm浮閥×0.51m+Φ121mm無(wú)磁×3.03m+Φ121mm無(wú)磁懸掛×5.39m+Φ88.9mmm無(wú)磁抗壓縮鉆桿×9.28m+Φ88.9mm加重鉆桿×360.94m+Φ88.9mm鉆桿。

施工井段5 369.94～5389.81m，進(jìn)尺19.87m，純鉆20 h，機(jī)械鉆速0.99m/h。

井斜16°～19°，平均造斜率4.53°/30m。

HA517G牙輪鉆頭配合螺桿使用，使用壽命較短，但工具面易控制，造斜率較高。考慮到井較深，起下鉆時(shí)間較長(zhǎng)，起鉆更換PDC鉆頭，增加純鉆時(shí)間以保證進(jìn)尺[5]。

5）第六、七、八、九、十趟鉆：Φ152.4mmPDC鉆頭×0.25m+Φ120mm螺桿（1.5°）×6.31m+Φ127mm浮閥×0.51m+Φ121mm無(wú)磁×3.03m+Φ121mm無(wú)磁懸掛×5.39m+Φ88.9mmm無(wú)磁抗壓縮鉆桿×9.28m+Φ88.9 mm加重鉆桿×28.09 m+Φ88.9 mm鉆桿×230.95m+Φ88.9mm加重鉆桿×308.08m+Φ88.9mm鉆桿。

施工井段5 389.81～5 920m，進(jìn)尺530.19m，純鉆430.5 h，機(jī)械鉆速1.23m/h。

井斜19°～69°，平均造斜率2.8°/30m。

第十趟鉆下鉆鉆進(jìn)19 h后無(wú)進(jìn)尺起鉆檢查，PDC鉆頭磨損嚴(yán)重。判斷為鉆至礫巖段，下部井段采用牙輪鉆頭鉆進(jìn)。

6）第十一、十二、十三趟鉆采用HA517G牙輪鉆頭鉆進(jìn)，鉆具組合：Φ152.4mm鉆頭×0.19m+Φ120mm螺桿（1.5°）×6.28m+Φ127mm浮閥×0.51m+Φ121mm無(wú)磁×3.03m+Φ121mm無(wú)磁懸掛×5.39m+Φ88.9mmm無(wú)磁抗壓縮鉆桿×9.28 m+Φ88.9 mm加重鉆桿×56.12m+Φ88.9mm鉆桿×635.37m+Φ88.9mm加重鉆桿280.05m+Φ88.9mm鉆桿。

進(jìn)尺井段5 920～6 004m，進(jìn)尺84m，純鉆30 h，平均機(jī)械鉆速2.8m/h.

井斜69°～70.8°，平均造斜率0.64°/30m.

考慮到礫巖含量低，而HA517G牙輪鉆頭配合螺桿使用，使用壽命較短，但工具面易控制，造斜率較高?？紤]到井較深，起下鉆時(shí)間較長(zhǎng)，起鉆更換PDC鉆頭，增加純鉆時(shí)間以保證進(jìn)尺。

7）第十四、十五趟鉆采用PDC鉆頭鉆進(jìn)，鉆具組合：Φ152.4 mm鉆頭×0.25 m+Φ120 mm螺桿（1.5°）×5.43m+Φ127mm浮閥×0.51m+Φ121mm無(wú)磁×3.03m+Φ121mm無(wú)磁懸掛×5.39m+Φ88.9mmm無(wú)磁抗壓縮鉆桿×9.28 m+Φ88.9 mm加重鉆桿×56.12m+Φ88.9mm鉆桿×634.75m+Φ88.9mm加重鉆桿×280.05m+Φ88.9mm鉆桿。

進(jìn)尺井段6 004～6 088m，進(jìn)尺84m，純鉆65 h，平均機(jī)械鉆速1.29m/h。

井斜70.8～84.2°，平均造斜率4.79°/30m.

在鉆至6 088m后，因設(shè)計(jì)更改，下127mm（5″）套管固井，下部井眼較小，無(wú)法進(jìn)行定向鉆井。

8）第十六趟鉆采用PDC鉆頭鉆進(jìn)，鉆具組合：Φ104.8mm鉆頭×0.2m+2A30/2A10S接頭×0.61m+Φ60.3mm鉆桿×1 333.37m+2A11S/310接頭×0.53m+Φ88.9mm鉆桿。

鉆進(jìn)至6 142.45m發(fā)生漏失，泵壓由28.6MPa降至26.2MPa，井口失返，強(qiáng)鉆至井深6 144m完鉆。

2.3 工程技術(shù)措施

1）造斜段：地面認(rèn)真檢查測(cè)試入井工具和儀器，確保無(wú)問(wèn)題才能入井；入井工具檢查探傷，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)扭矩上扣；監(jiān)測(cè)好井眼軌跡變化情況，判斷側(cè)鉆是否成功；側(cè)鉆成功后，定向用1.25°～1.50°導(dǎo)向馬達(dá)；確認(rèn)新井眼距老井眼偏離2m，新砂樣達(dá)90%可確認(rèn)進(jìn)入新井眼，方可加鉆壓鉆進(jìn)；不超過(guò)150m起鉆換通井鉆具通井一次，在斜井段短起下一次。井斜超過(guò)50°短起下時(shí)采取倒劃眼措施；每次起鉆前大排量循環(huán)4周，充分清洗井眼。

2）水平段：地面認(rèn)真檢查測(cè)試入井工具和儀器，確保無(wú)問(wèn)題才能入井；入井工具檢查探傷，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)扭矩上扣；鉆時(shí)慢及時(shí)大幅度活動(dòng)鉆具、防卡；水平段鉆進(jìn)采用導(dǎo)向鉆進(jìn)，MWD跟蹤測(cè)量，保證井眼質(zhì)量；根據(jù)穩(wěn)斜情況決定每打1單根停鉆測(cè)斜一次，保證井斜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；要求接單根快速，做到早開(kāi)泵、晚停泵。

3 結(jié)論

1）開(kāi)始側(cè)鉆井時(shí)，為保證在鍛銑井段能順利側(cè)鉆出新井筒，采用吊打的方式，在側(cè)鉆至返出巖性由水泥完全轉(zhuǎn)變?yōu)榈貙訋r石時(shí)確定側(cè)鉆成功。采用吊打的方式鉆進(jìn)，導(dǎo)致在此期間鉆時(shí)較慢。采用的牙輪鉆頭壽命短，用了兩只牙輪鉆頭，才造出新井眼、井斜起來(lái)后起鉆更換鉆頭進(jìn)行定向施工。

2）靶前位移小，造斜率高，井斜起的快，在滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí),托壓嚴(yán)重，出現(xiàn)鉆壓不能有效傳遞到鉆頭，給施工帶來(lái)極大的困難。

3）XXX井的泥漿性能有待改進(jìn)，到井斜70°以后，滑動(dòng)鉆進(jìn)定向需要加壓超過(guò)16 t，可見(jiàn)托壓較嚴(yán)重。因此選用優(yōu)質(zhì)的泥漿，保證井下安全的同時(shí)，泥漿的流變性、懸浮性和潤(rùn)滑性均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，才是順利、快速鉆井的前提。