西北油田超深短半徑小井眼套管開窗側(cè)鉆技術(shù)

胡春陽，王小波，吳國榮(中石化江漢石油工程有限公司鉆井二公司，湖北 武漢 430040)

0 引言

西北油田老區(qū)經(jīng)過較長時(shí)間的開發(fā)生產(chǎn)，受套管變形或損壞、井下落物事故不易處理，以及井下水錐或氣錐等多種原因的影響，陸續(xù)有部分油水井已不能維持正常生產(chǎn)，產(chǎn)量逐年下降，嚴(yán)重威脅到油田的正常生產(chǎn)。套管開窗側(cè)鉆技術(shù)能夠利用老井井眼對(duì)油藏進(jìn)行再開發(fā)挖潛，并充分利用老井原有的一些采輸設(shè)備，使原井的生產(chǎn)潛力得以充分發(fā)揮，從而延長老井使用壽命，提高原油產(chǎn)量，同時(shí)還可利用老井的井眼大幅度降低施工成本，縮短施工周期，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。套管開窗側(cè)鉆主要分為兩種：段銑開窗側(cè)鉆和斜向器開窗側(cè)鉆，在實(shí)際施工過程中一般選用更為高效的斜向器開窗側(cè)鉆[1]。

1 超深短半徑小井眼套管開窗施工難點(diǎn)

1.1 開窗側(cè)鉆，存在開窗失敗、窗口關(guān)閉、開反及斷鉆具風(fēng)險(xiǎn)

(1)原井眼套管數(shù)據(jù)可能存在較大誤差，選擇開窗點(diǎn)時(shí)無法避開節(jié)箍，導(dǎo)致開窗失敗。

(2)起下鉆過程中操作不當(dāng)，導(dǎo)致窗口關(guān)閉。

(3)座掛斜向器時(shí)，由于陀螺數(shù)據(jù)誤差或丟手時(shí)斜向器轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致窗口與設(shè)計(jì)方位不符。

(4)鉆具在斜向器位置受交變應(yīng)力大，可能會(huì)造成斷鉆具故障。

1.2 設(shè)計(jì)軌跡造斜率高，軌跡失控風(fēng)險(xiǎn)大

短半徑井設(shè)計(jì)造斜率高，設(shè)計(jì)造斜率≥25°/30 m，實(shí)鉆過程中一旦出現(xiàn)造斜率過低或者其他影響軌跡的情況，需要起鉆更換度數(shù)更大的螺桿，更嚴(yán)重造成施工井回填的后果。

1.3 軌跡控制難度大

短半徑定向井，使用螺桿度數(shù)大，不能通過調(diào)整定向進(jìn)尺和復(fù)合進(jìn)尺比例來調(diào)整井眼曲率，只能通過更換螺桿度數(shù)進(jìn)行調(diào)整，加大軌跡控制難度[2]。

1.4 定向鉆進(jìn)存在托壓現(xiàn)象

定向鉆進(jìn)時(shí)，由于井眼曲率高，造成鉆具摩阻增大，托壓現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率。深井小井眼，循環(huán)排量低，鉆井液攜巖效果差，加劇了托壓的出現(xiàn)。

1.5 井下高溫、高壓環(huán)境儀器易發(fā)生故障

工區(qū)內(nèi)地溫梯度大部分在2.0 ℃/100 m左右，施工井循環(huán)溫度普遍在130～150 ℃，部分井溫度超過160 ℃，井下儀器長時(shí)間處于高溫、高壓環(huán)境下，加之井底高震動(dòng)，儀器故障率高，嚴(yán)重影響生產(chǎn)時(shí)效。

2 超深短半徑小井眼套管開窗技術(shù)措施

2.1 制定合理開窗技術(shù)措施，保證開窗成功率

2.1.1 校核井深，避開套管節(jié)箍，確定斜向器下入深度

仔細(xì)查閱老井套管數(shù)據(jù)，導(dǎo)斜器座封位置要避開接箍、扶正器、射孔井段，上窗口位置盡量在套管節(jié)箍以下3 m，開窗點(diǎn)固井質(zhì)量要好。開窗前，將鉆井液性能調(diào)整到位，尤其是懸浮、攜帶鐵屑的能力，確保開窗時(shí)鐵屑能正常返出。

2.1.2 校核儀器精度，測量陀螺角差，確保窗口方位與設(shè)計(jì)一致

測量斜向器角差，根據(jù)設(shè)計(jì)開窗方位以及測量角差，確定陀螺定位方位，確保斜向器座封方位準(zhǔn)確。將斜向器下到預(yù)定位置后，反循環(huán)洗井，儀器座鍵三次以上，數(shù)據(jù)一致確定座鍵成功，投球進(jìn)行斜向器坐封作業(yè)。導(dǎo)斜器丟手后，上提鉆具時(shí)注意懸重變化，懸重增大不能硬提，防止送入桿扶正套脫落，造成井下落物。

2.1.3 制定合理開窗參數(shù)，保證開窗一次成功

開窗時(shí)要由技術(shù)熟練的司鉆操鉆，加壓、送鉆要均勻，防止突然溜鉆，以免破壞窗口。開窗過程中必須在高架槽放置強(qiáng)磁，吸附鐵屑，防止鐵屑損壞儀器。

鉆具組合：復(fù)式開窗銑錐+φ120DC*3根+φ88.9 mmHWDP(39～45根)+鉆桿串。

開窗參數(shù)：①起始銑：0～1 m鉆壓5 kN、轉(zhuǎn)速30～40 r/min、排量12～16 L/s。②騎套銑：1～2.5 m鉆壓10～20 kN、轉(zhuǎn)速30～40 r/min、排量12～16 L/s。③出窗銑：2.5～4 m鉆壓20～30 kN、轉(zhuǎn)速30～40 r/min、排量12～16 L/s。

2.1.4 反復(fù)驗(yàn)窗，修窗，確保窗口光滑

開窗進(jìn)尺3.5～4 m結(jié)束開窗，進(jìn)行修窗作業(yè)。修窗前必須測定相應(yīng)空轉(zhuǎn)扭矩，扭矩設(shè)定在空轉(zhuǎn)扭矩上附加3 kN·m。修窗時(shí)逐次分階段上提轉(zhuǎn)速，每次上提5 r/min，逐步提高轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速至50～70轉(zhuǎn)，觀察記錄好不同轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)扭矩，并及時(shí)調(diào)整扭矩設(shè)定上限。在出現(xiàn)阻掛的位置反復(fù)劃眼修整窗口，直至在停頂驅(qū)(轉(zhuǎn)盤)情況下下放鉆具阻掛不超過20 kN。修窗過程中采用稠漿洗井確保井底干凈[3]。

2.2 選擇合適的螺桿鉆具

選擇合適度數(shù)的螺桿鉆具是短半徑定向井取得成功的關(guān)鍵。充分考慮井眼尺寸、環(huán)空間隙、鉆進(jìn)排量、螺桿壽命等因素選擇螺桿的規(guī)格尺寸。相應(yīng)井眼尺寸對(duì)應(yīng)螺桿尺寸如表1所示。

表1 相應(yīng)井眼尺寸對(duì)應(yīng)螺桿尺寸

分析鄰井資料，掌握不同度數(shù)螺桿鉆具的造斜能力，作為選擇螺桿鉆具的依據(jù)之一。以φ120 mm螺桿為例，通過對(duì)已施工井螺桿統(tǒng)計(jì)分析，可以發(fā)現(xiàn)不同廠家的螺桿造斜率存在差異，同一廠家同樣彎度的螺桿在不同井的實(shí)鉆造斜率也不盡相同，浮動(dòng)范圍較大。目前工區(qū)內(nèi)使用最為廣泛的是天津立林生產(chǎn)的螺桿，性能穩(wěn)定，使用效果較好。2.75°單彎螺桿造斜率為26～31°/30 m，平均為28°/30 m，2.5°單彎螺桿造斜率為20～25°/30 m，平均為23°/30 m。1.5°單彎螺桿造斜率為8～12°/30 m。施工井設(shè)計(jì)造斜率25°/30 m左右時(shí)，第一趟鉆至少選擇2.75°螺桿；設(shè)計(jì)造斜率20°/30 m時(shí)第一趟鉆至少選擇2.5°螺桿。

2.3 分段軌跡控制技術(shù)

TP278CH井是一口典型的短半徑套管開窗側(cè)鉆水平井。設(shè)計(jì)剖面為直—增—穩(wěn)。設(shè)計(jì)造斜率25°/30 m。TK879CH井身剖面數(shù)據(jù)表如表2所示。

表2 TK879CH井身剖面數(shù)據(jù)表

施工過程中，增斜段用2趟鉆完成，第一趟鉆使用混合鉆頭+2.75°單彎螺桿，造斜率約為26～29°/30 m，增斜至64°左右起鉆更換鉆頭、螺桿。根據(jù)待鉆剖面，后續(xù)狗腿12～18°/30 m都可以滿足中靶要求，下入PDC+1.75°單彎螺桿，造斜率16°/30 m。

水平斜段。穩(wěn)斜段使用PDC+1.5°單彎螺桿鉆進(jìn)，在增斜段結(jié)束時(shí)預(yù)留2～3°，利用穩(wěn)斜段地層自然增斜趨勢，減少定向工作量，盡量以復(fù)合鉆為主，節(jié)約周期。

2.4 使用抗高溫儀器

性能可靠的抗高溫MWD是施工深井、超深定向井的前提。改進(jìn)儀器串結(jié)構(gòu)，提高儀器抗震能力，調(diào)節(jié)鉆進(jìn)參數(shù)，減小井下震動(dòng)，可以有效保護(hù)儀器，降低儀器損壞。目前，西部工區(qū)各公司使用范圍最廣、應(yīng)用效果最好的是美國APS儀器，其性能穩(wěn)定，故障率較低。另外Schlumberger、Halliburton以及SQ-MWD也在工區(qū)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛。

2.5 使用新工具、新技術(shù)解決定向托壓問題

定向施工時(shí)選用混合鉆頭。定向施工時(shí)工具面穩(wěn)定，有較高的機(jī)械鉆速，同時(shí)具有一定防托壓的效果。可以考慮在鉆具組合中增加水力振蕩器，有效解決定向托壓問題；油基泥漿具有較小的摩阻系數(shù)，能減小井下摩阻扭矩，有利于定向施工順利進(jìn)行。渦輪鉆具具有較高的耐溫性，具有較快的轉(zhuǎn)速，相比常規(guī)螺桿鉆具具有更高的造斜率，有利于提高定向效果。

3 結(jié)語

目前套管開窗井在西北油田應(yīng)用越來越廣泛，套管開窗側(cè)鉆井能充分利用原有的井身結(jié)構(gòu)，縮短鉆井周期，有效節(jié)約成本。在施工過程中，要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，不斷優(yōu)化技術(shù)措施，以達(dá)到提速提效目的。