側(cè)鉆井技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

張長(zhǎng)清

摘要：隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)，增產(chǎn)上效成為了主課題，能否充分利用現(xiàn)有的條件，把資源利用最大化成為首要工作。側(cè)鉆井就是其中的解決辦法之一，邊緣區(qū)塊井的鉆探落空、井下事故和老井的再利用等等，迫使我們選擇利用原井眼側(cè)鉆。本文簡(jiǎn)單介紹側(cè)鉆井的發(fā)展、種類、以及施工的難點(diǎn)，，采取的成功措施等等。

關(guān)鍵詞：側(cè)鉆;裸眼回填;套管開(kāi)窗;斜向器;套管段銑

1前言：

側(cè)鉆技術(shù)在國(guó)外起始于三十年代，于八十年代得到深入發(fā)展。我國(guó)于八十年代開(kāi)始研究側(cè)鉆技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)在全國(guó)各油田得到了廣泛的推廣應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，成為油田特別是老油區(qū)節(jié)支增效、節(jié)約挖潛的重要手段和措施。

側(cè)鉆技術(shù)是在普通定向鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，除具有普通定向井和水平井的共性之外，也有其自己的獨(dú)特性，正是這些獨(dú)特性才形成了專門的側(cè)鉆工藝技術(shù)。側(cè)鉆技術(shù)主要應(yīng)用于：

（1）鉆井過(guò)程中套管內(nèi)有落魚或落物而無(wú)法打撈不能繼續(xù)進(jìn)行鉆井、完井作業(yè)。

（2）鉆井過(guò)程中因目標(biāo)靶區(qū)調(diào)整，實(shí)鉆軌跡難以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘探目的。

（3）鉆井及采油過(guò)程中套管變形，影響生產(chǎn)。

（4）采油過(guò)程中砂堵砂埋嚴(yán)重，通過(guò)修井作業(yè)無(wú)法恢復(fù)生產(chǎn)的井。

（5）直井落空，偏離油層位置，經(jīng)勘探其周圍還有開(kāi)采價(jià)值油藏。

（6）有特殊作業(yè)要求的多底分支井等。

（7）油田開(kāi)發(fā)后期，已無(wú)開(kāi)采價(jià)值的井，為了節(jié)約鉆井成本，充分挖掘潛力，利用原井眼開(kāi)窗側(cè)鉆成定向井開(kāi)采邊角油氣藏。

2側(cè)鉆井技術(shù)分類

側(cè)鉆就是為了特殊的工藝需要，在原有井眼軌跡（直井、定向井、水平井等）的基礎(chǔ)上，使用特殊的側(cè)鉆工具使鉆頭的鉆進(jìn)軌跡按照預(yù)先的設(shè)計(jì)偏離原井眼軌跡的過(guò)程。

井眼的側(cè)鉆技術(shù)一般分為兩種類型：

一是裸眼井內(nèi)側(cè)鉆技術(shù)，即在裸眼井內(nèi)打入水泥造成人工井底然后側(cè)鉆或條件允許時(shí)直接進(jìn)行懸空側(cè)鉆形成側(cè)向井眼的工藝技術(shù)。

二是套管開(kāi)窗技術(shù)，即依據(jù)設(shè)計(jì)要求，在套管內(nèi)某位置開(kāi)一窗口或銑掉一段套管，側(cè)向鉆出一新井眼，實(shí)現(xiàn)重新完井的工藝技術(shù)。

2.1裸眼內(nèi)側(cè)鉆技術(shù)分類

2.1.1裸眼側(cè)鉆方式：

側(cè)鉆方式的確定主要考慮側(cè)鉆目的、井眼軌跡控制要求、完井與采油作業(yè)要求等。

（1）壓彎鉆桿法：在井斜較小的上部軟地層且井身質(zhì)量要求寬松的情況下側(cè)鉆可采用此法。

（2）鐘擺吊打降斜法：主要于井斜較大的側(cè)鉆井。

（3）懸空側(cè)鉆法：主要用于分支井

（4）井下動(dòng)力鉆具定向側(cè)鉆：廣泛應(yīng)用。

通常的裸眼側(cè)鉆方法是在井眼中注一個(gè)水泥塞，通過(guò)這個(gè)水泥塞側(cè)鉆出新井眼。為了能順利側(cè)出新井眼，水泥塞作為支撐臺(tái)面必須要有足夠的強(qiáng)度，否則不能為側(cè)鉆提供必需的支撐力。這一點(diǎn)對(duì)硬地層尤為重要，因?yàn)槿羲嗳膹?qiáng)度不夠，鉆頭得不到足夠的支撐就將鉆掉水泥塞，造成側(cè)鉆的失敗;特別是在深井中，由于出現(xiàn)了異常地層高溫以及井眼縮徑和大肚子，均會(huì)造成水泥塞質(zhì)量不好。作為特殊應(yīng)用，像多底分支井魚骨井則采用懸空側(cè)鉆。

2.1.2側(cè)鉆點(diǎn)位置的選擇：

（1）滿足側(cè)鉆側(cè)鉆井段的條件下，最大限度減少返工進(jìn)尺的原則。

（2）宜選擇在井眼曲率較小的井段。

（3）側(cè)鉆點(diǎn)附近地層應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定，可鉆性好。

2.1.3夾壁墻厚度的確定：

在側(cè)鉆井裸眼水泥塞候凝過(guò)程中，水泥漿中的自由水沿井眼高邊向上運(yùn)移，造成水泥塞與地層膠結(jié)強(qiáng)度降低，并隨著井斜角增大，膠結(jié)強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。為有效封固井下落魚、防止新井眼垮塌，要求原井眼與側(cè)鉆新井眼之間有一強(qiáng)度及厚度均比較穩(wěn)定的夾壁墻。一般要求夾壁墻厚度不小于原井眼直徑的1.5倍。

2.1.4裸眼側(cè)鉆軌跡設(shè)計(jì)

側(cè)鉆位置確定后，根據(jù)井下動(dòng)力鉆具造斜率，利用井眼軌跡分析預(yù)測(cè)程序進(jìn)行下部井眼軌跡修正設(shè)計(jì)，并利用井眼軌跡防碰分析軟件計(jì)算夾壁墻厚度。根據(jù)夾壁墻計(jì)算厚度重新校核側(cè)鉆點(diǎn)、修正側(cè)鉆軌跡，直至夾壁墻厚度滿足要求，方可正常鉆進(jìn)。

2.1.5裸眼側(cè)鉆注意事項(xiàng)：

（1）水泥質(zhì)量要求：

水泥的強(qiáng)度是側(cè)鉆的前提，只有能夠提過(guò)足夠強(qiáng)度的水泥才能給鉆具一個(gè)支持，提供一個(gè)側(cè)向的力，打磨井壁，進(jìn)而造出個(gè)新眼。

（2）選擇一個(gè)合適的側(cè)鉆馬達(dá)工具：

大井斜井段、相對(duì)松軟地層可考慮合適角度單彎馬達(dá)側(cè)鉆;直井或堅(jiān)硬地層可考慮彎接頭+直馬達(dá)側(cè)鉆。

（3）控時(shí)鉆進(jìn)：

這點(diǎn)是側(cè)鉆的重點(diǎn)。側(cè)鉆大體分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是造臺(tái)階，在這個(gè)階段需要鉆具慢慢地打磨井壁，在井壁造個(gè)臺(tái)階，需要控制比較慢的鉆時(shí)，大概在3-4h/m。在這個(gè)階段的砂子含量要達(dá)到70-80%才能成功。第二個(gè)階段是造新眼，這個(gè)階段根據(jù)地層的軟硬程度選擇提速與否。地層較軟建議提速，鉆時(shí)大約控制在1-2h/m，直到含砂達(dá)到100%。所以在整個(gè)側(cè)鉆過(guò)程控時(shí)鉆進(jìn)是必須遵守的一項(xiàng)要求。

2.2套管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)

套管開(kāi)窗側(cè)鉆即是在套管某一部位采用銑削工具在套管上磨銑一個(gè)窗口然后定向側(cè)鉆出一新井眼的鉆井工藝。

套管開(kāi)窗工具主要有兩種，一種就是采用斜向器，使用磨銑工具在套管上開(kāi)一窗口，直接側(cè)鉆。另外一種是采用水力套管切割器，將套管磨銑掉一段（20—30米），然后采用常規(guī)的造斜方法進(jìn)行側(cè)鉆。斜向器定向開(kāi)窗成本小、周期短、開(kāi)窗準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用，作為主要闡述內(nèi)容。

2.2.1 開(kāi)窗點(diǎn)的選擇：

（1）側(cè)鉆位置的選擇應(yīng)能滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)及完鉆目的的要求;

（2）選擇老井套管水泥封固質(zhì)量良好的井段;

（3）斜向器的座封位置避開(kāi)套管接箍和套管扶正器。

（4）窗口應(yīng)避開(kāi)復(fù)雜地層和套損井段。

（5）要盡可能利用老井眼，減少裸眼鉆進(jìn)長(zhǎng)度以縮短鉆井周期，節(jié)約成本。

（6）開(kāi)窗位置應(yīng)依據(jù)井史資料選擇地層穩(wěn)定、可鉆性好的井段。

（7）避開(kāi)斷層和地層軟硬交錯(cuò)的井段。

（8）井徑規(guī)則且變化不大。

2.2.2斜向器定位：

（1）定位儀器選擇：

開(kāi)窗點(diǎn)處井斜小于或等于4°時(shí)，須采用陀螺儀器定位。開(kāi)窗點(diǎn)處井斜大于4°時(shí)，可采用隨鉆儀器（重力高邊法）或陀螺儀器定位。

（2）斜向器定位工具準(zhǔn)備：

根據(jù)選用斜向器的連接扣型匹配與之配套的定向直接頭，并檢查定向鍵的固定情況確保牢固。

（3）斜向器入井前操作：

①地面試座健。地面驗(yàn)證儀器引鞋與斜向器或定向直接頭定向鍵是否匹配、座鍵良好。

②鉆具水眼檢查，對(duì)入井鉆具進(jìn)行通徑檢查，保證所有入井鉆具內(nèi)徑大于陀螺儀器（有線隨鉆儀器）保護(hù)筒及引斜外徑4mm。

③角差測(cè)量，斜向器和定向直接頭連接后，定向井工程師與開(kāi)窗工程師共同測(cè)量定向鍵與斜向器導(dǎo)斜面的角度差，并記錄。

④斜向器下入，鉆具組合：斜向器+定向接頭+加重鉆桿+18?正扣鉆桿。

將該組合下至預(yù)計(jì)開(kāi)窗深度。下鉆過(guò)程中應(yīng)控制鉆具下放速度并禁止開(kāi)泵。下鉆遇阻時(shí)，應(yīng)起鉆甩掉斜向器后進(jìn)行通井。

⑤下入注意事項(xiàng)：

a下鉆前通井刮壁，大排量清洗井底，凈化泥漿（循環(huán)1周半至兩周）;

b 起吊時(shí)不要磕碰導(dǎo)斜器送入桿及坐掛卡瓦;

c 連接過(guò)程中打好背鉗，檢查中心桿內(nèi)是否有雜物，用鉆具連接好導(dǎo)斜器向下輸送，下鉆要平穩(wěn)。

d勻速下鉆，嚴(yán)禁中途擺鉆、頓鉆、溜鉆，控制下放速度，要求下鉆10～12柱鉆具。

e 遇阻不能強(qiáng)下，遇阻不能超過(guò)10kN。

f 下鉆上扣時(shí)備鉗一定要打死，嚴(yán)禁鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)，防止工具丟手。

g下鉆時(shí)嚴(yán)禁轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具和中途開(kāi)泵，避免中途坐掛。

h 井口周圍收拾干凈，防止下鉆時(shí)有東西落入井內(nèi)。

i 下鉆時(shí)每根鉆桿都要使管規(guī)進(jìn)行通徑，鉆具外螺紋抹油。

⑥座鍵，斜向器下到預(yù)定位置后，下入儀器座鍵，上提下放3次且顯示工具面數(shù)值一致（指陀螺測(cè)斜儀和有線隨鉆測(cè)斜儀）。

⑦安放工具面，將工具面擺至所需位置，反復(fù)活動(dòng)鉆具（9m～10m）至工具面穩(wěn)定為止，做好原始記錄，鎖住轉(zhuǎn)盤（頂驅(qū)），斜向器定位工作結(jié)束。

2.2.3斜向器坐封

斜向器開(kāi)窗側(cè)鉆中需要使用測(cè)量?jī)x器完成斜向器的定向工作。以陀螺儀器坐封為例：在井口配接鉆具時(shí)需要測(cè)量定向直接頭與斜向器斜面方向的角差;陀螺測(cè)工具面時(shí)需要反復(fù)坐鍵三次，以驗(yàn)證坐鍵是否成功;根據(jù)測(cè)量值調(diào)整工具面，并在鉆桿上做記號(hào);鎖住轉(zhuǎn)盤等待扭矩釋放后大幅度活動(dòng)鉆具，觀察記號(hào)位置是否變化，再次利用陀螺測(cè)量校準(zhǔn)工具面;確認(rèn)無(wú)誤后鎖住轉(zhuǎn)盤坐封。

（1）坐封步驟：

①斜向器下鉆到底后反循環(huán)洗井，沖洗直接頭循環(huán)套，防止陀螺坐鍵困難;

②斜向器下到位，陀螺定位，按工程設(shè)計(jì)調(diào)整斜向器工作面，陀螺的下放必須嚴(yán)格按照陀螺施工方的要求施工。

③陀螺儀器起出后，投球，接好方鉆桿，下放至設(shè)計(jì)深度.

④開(kāi)泵打壓，第一次打壓22Mpa 穩(wěn)壓5min，然后增加到26Mpa穩(wěn)壓5min后泄壓。

⑤丟手：在原懸重基礎(chǔ)上下壓60-80kN，確認(rèn)斜向器是否坐死，上提10kN正轉(zhuǎn)20～50圈，上提鉆具2～3m，然后回探20-40kN，確認(rèn)丟手成功，起鉆。

（2）技術(shù)要求：

①當(dāng)側(cè)鉆點(diǎn)處井斜小于4°時(shí)，必須采用陀螺儀器定位;當(dāng)側(cè)鉆點(diǎn)處井斜大于等于4°時(shí)，可采用磁性測(cè)量?jī)x器定位;

②地面驗(yàn)證儀器引鞋與斜向器或定向直接頭定向鍵是否匹配、座鍵良好;

③丈量或了解入井鉆具內(nèi)徑，保證入井所有鉆具內(nèi)徑大于陀螺儀器（有線隨鉆儀器）保護(hù)筒外徑4mm以上;

④定向井工程師、儀器工程師和開(kāi)窗工程師共同測(cè)量定向鍵與斜向器導(dǎo)斜面的角度差;

⑤下入斜向器。下鉆過(guò)程嚴(yán)格控制鉆具下放速度（小于20m/min），并且每下入鉆具500m灌鉆井液1次至井口返出;下鉆遇阻嚴(yán)禁猛沖、硬壓，應(yīng)起鉆甩掉斜向器后進(jìn)行通井，以防止封隔器提前座封。

2.2.4開(kāi)窗施工

下入開(kāi)窗鉆具組合：銑錐+加重鉆桿若干+18?正扣鉆桿或銑錐+鉆鋌2～4根+18?正扣鉆桿。開(kāi)窗銑錐下至距斜向器頂部3～5m時(shí)，緩慢下放鉆具探到底方入，確定開(kāi)窗井深并記錄，在方鉆桿上打好記號(hào)，每0.1m一格，以便開(kāi)窗時(shí)根據(jù)銑錐所處位置調(diào)整鉆壓等參數(shù)。

斜向器開(kāi)窗主要分為四個(gè)階段：

（1）初銑套管：

從銑錐接觸到導(dǎo)斜器至銑錐底部與套管壁接觸為開(kāi)窗初始階段，在該井段應(yīng)采用低壓慢轉(zhuǎn)磨銑出均勻的接觸面，磨銑施工參數(shù)：鉆壓控制在5kN以內(nèi)，轉(zhuǎn)速在30～50r/min。直至井口返出鐵屑后方可按正常鉆壓和轉(zhuǎn)速磨銑。

（2）磨銑套管：

從銑錐底部接觸到內(nèi)壁至銑錐底部與套管外壁接觸為磨銑套管階段，在該井段應(yīng)輕壓快轉(zhuǎn)，均勻磨銑，磨銑施工參數(shù)：鉆壓控制在10～20kN，轉(zhuǎn)速在50～60r/min。并記錄正常的磨銑速度、觀察返出鐵屑數(shù)量。

（3）出套開(kāi)窗：

從銑錐底部出套管至銑錐最大直徑部位完全出套管為開(kāi)窗的出窗階段，該階段施工參數(shù)：鉆壓應(yīng)控制在10～20kN，轉(zhuǎn)速在50～60r/min。當(dāng)磨銑速度明顯低于正常磨銑速度時(shí)，更換開(kāi)窗工具。開(kāi)窗過(guò)程中用好凈化設(shè)備，并在泥漿槽出口處放置鐵屑吸附裝置，以清除鉆井液中的鐵屑！

（4）修窗驗(yàn)窗：

銑錐完全出套管后，將鉆具上提至開(kāi)窗點(diǎn)以上，提高轉(zhuǎn)盤（頂驅(qū)）轉(zhuǎn)速反復(fù)修整窗口，直至轉(zhuǎn)盤（頂驅(qū)）停轉(zhuǎn)、停泵狀態(tài)下鉆具上提下放無(wú)阻掛，即為開(kāi)窗合格。施工參數(shù)：鉆壓應(yīng)控制在5～20kN以內(nèi)，轉(zhuǎn)速50～80r/min。

（5）循環(huán)起鉆：

起鉆前大排量充分循環(huán)，以徹底清除井筒內(nèi)鐵屑。

（6）數(shù)據(jù)校核：

開(kāi)窗工具起出后，確認(rèn)外徑磨損小于或等于3mm，開(kāi)修窗作業(yè)結(jié)束。否則再下入修窗工具修窗。應(yīng)使用非磁性儀器驗(yàn)證窗口處井斜角、方位角數(shù)據(jù)。依此做為下步待鉆軌道設(shè)計(jì)和定向側(cè)鉆的依據(jù)。

（7）通井試鉆：

開(kāi)窗修窗結(jié)束后，下入鉆頭通井試鉆，試鉆進(jìn)尺大于或等于10m，并大排量循環(huán)充分洗井，直至井內(nèi)無(wú)鐵屑為止。

（8）開(kāi)窗注意事項(xiàng)：

①為保證鐵屑充分?jǐn)y帶反出泥漿黏度不低于80s。

②銑錐與鉆桿連接要牢固，防止銑錐脫落。

③開(kāi)窗時(shí)要求司鉆加壓、送鉆要均勻，防止突然溜鉆，以免破壞窗口。

④開(kāi)窗完成后，銑錐進(jìn)出窗口時(shí)要放慢速度，防止別壞或掛壞窗口。

⑤開(kāi)窗完成后，下其他工具進(jìn)出窗口時(shí)要緩慢，防止刮壞或別壞窗口，影響后期施工。

⑥井口周圍收拾干凈，防止下鉆時(shí)有東西落入井內(nèi)。

⑦井口高架槽或振動(dòng)篩前段放置強(qiáng)磁打撈器，清除鐵屑，每2～3小時(shí)清理一次。

（9）起下鉆注意事項(xiàng)，起下鉆過(guò)程中，鉆頭至距窗口50m左右，應(yīng)控制起下鉆速度，防止破壞窗口。

3裸眼側(cè)鉆的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：

3.1施工背景：

SN3井是西部某油田一口探井（直井），241.3mm井眼鉆進(jìn)至二開(kāi)中完井深后，通井在井底鹽層段進(jìn)行劃擴(kuò)眼施工，不慎將鉆頭倒開(kāi)落井導(dǎo)致回填側(cè)鉆。采取從5320m裸眼回填側(cè)鉆繞開(kāi)落魚并與老井保值10以上防碰距離。

3.2施工過(guò)程：

（1）注水泥，預(yù)計(jì)在魚頂以上封固水泥約150～200m，關(guān)井侯凝12小時(shí)，開(kāi)井侯凝36小時(shí)。

（2）下入常規(guī)鉆具掃塞以及做承壓試驗(yàn)。動(dòng)承壓一次120kN，五分鐘，鉆具無(wú)位移，鉆壓未下降;靜承壓一次120kN，五分鐘，鉆具無(wú)位移，鉆壓未下降。下側(cè)鉆工具前，保證井眼通暢，井下無(wú)復(fù)雜情況;側(cè)鉆鉆具組合下到底后能保持6m以上方余，方便側(cè)鉆

（3）下入側(cè)鉆鉆具：241.3mm牙輪鉆頭+185mm直馬達(dá)+178mm彎接頭（2°）+浮閥+231mm穩(wěn)定器+176mm無(wú)磁鉆鋌*1根+176mmMWD懸掛短節(jié)+178mm鉆鋌*1根+139.7mm加重鉆桿*5柱+139.7mm鉆桿

（4）下鉆到底擺好側(cè)鉆工具面，劃槽作業(yè)1-2小時(shí)，同時(shí)調(diào)整泥漿參數(shù)減輕托壓現(xiàn)象;減少泥漿中的氣泡，避免影響儀器信號(hào);

（5）控時(shí)3-4小時(shí)一米，保持工具面穩(wěn)定，第二米開(kāi)始可保持3小時(shí)一米速度側(cè)鉆，勤放少放。每1小時(shí)撈砂一次及時(shí)分析對(duì)比砂樣，若新砂樣逐步增多，水泥含量減少可相應(yīng)加快鉆時(shí)，需定向井工程師、地質(zhì)師或地址監(jiān)督、鉆井工程師三方確認(rèn);由5320m側(cè)鉆至5332m，純鉆33小時(shí)，返出砂樣占比逐步上升到98%以上順利側(cè)鉆成功。

3.3施工總結(jié)：

安全、準(zhǔn)確、快速開(kāi)窗側(cè)鉆成功要做好以下幾點(diǎn)工作：

（1）確定合理的開(kāi)窗位置;做好側(cè)鉆、開(kāi)窗前準(zhǔn)備：裸眼側(cè)鉆之前保證水泥塞強(qiáng)度;井眼通暢，開(kāi)窗工具能夠順利到底。

（2）側(cè)鉆鉆具下井前調(diào)整好鉆井液性能（鉆完水泥塞后鉆井液會(huì)和水泥反應(yīng)發(fā)生污染，造成性能下降），符合側(cè)鉆、開(kāi)窗條件;側(cè)鉆鉆具到底后，利用劃槽時(shí)間，提高鉆井液潤(rùn)滑性，避免托壓活動(dòng)鉆具的現(xiàn)象發(fā)生，保證能夠連續(xù)側(cè)鉆鉆進(jìn)。

（3）選擇符合實(shí)際施工需求的開(kāi)窗工具。

（4）嚴(yán)格執(zhí)行側(cè)鉆或開(kāi)窗施工程序，不能冒然省工序、搶時(shí)間。

（5）做好每一步施工過(guò)程記錄，如出現(xiàn)異常情況及時(shí)分析，現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)方協(xié)商共同制定可行方案。