T油田套管開窗側(cè)鉆技術(shù)實(shí)踐與應(yīng)用

劉純?nèi)?，?yán) 忠，李玉枝

（中國(guó)石化華東石油工程有限公司江蘇鉆井公司，江蘇揚(yáng)州 225261）

中國(guó)石化國(guó)勘ADDAX 公司在G 國(guó)發(fā)現(xiàn)的T 油田投產(chǎn)開發(fā)近二十年，含水量日益增加，結(jié)蠟現(xiàn)象突出，產(chǎn)量也日趨下降。

為挖掘T 油田剩余可采儲(chǔ)量潛力，提高油氣藏高效、精細(xì)開發(fā)效果，降低開發(fā)運(yùn)營(yíng)成本，在T油田7口井進(jìn)行了套管開窗側(cè)鉆作業(yè)，進(jìn)行單層、立體精準(zhǔn)開發(fā)，達(dá)到了增產(chǎn)增效的目的［1］。

1 T油田概況及開窗側(cè)鉆難點(diǎn)

1.1 油田概況

T 油田現(xiàn)有產(chǎn)油井84 口，注氣井1 口，注水井4口，是典型的叢式井油田，井位分布見圖1。

圖1 T油田井位分布

T 油田主要目的層:Gamba 組砂巖（孔隙度23%、滲透率3 760×10-3μm2）、HEEL組砂巖（孔隙度16%、滲透率1 010×10-3μm2）。該儲(chǔ)層具有典型的高品質(zhì)儲(chǔ)層特性，石英砂質(zhì)層主要為粗粒砂巖，局部膠結(jié)較差，一般為細(xì)粒至中粒砂巖，儲(chǔ)層內(nèi)為上部細(xì)?；虼至Ｉ皫r。T油田的地層分布見表1。

1.2 T油田套管開窗側(cè)鉆井施工難點(diǎn)

分析前期施工井資料，發(fā)現(xiàn)T 油田套管開窗側(cè)鉆井存在諸多難點(diǎn)，開窗點(diǎn)井斜大、垂深淺、縱橫比大、靶點(diǎn)多、三維繞障、軌跡控制難度大，施工過程會(huì)遇到托壓嚴(yán)重、機(jī)械鉆速低、井壁不穩(wěn)定等問題，嚴(yán)重影響施工井的經(jīng)濟(jì)效益。

（1）井眼軌跡控制難度大。T 油田套管開窗側(cè)鉆井大都是在老區(qū)塊，中靶要求高，與鄰井相碰風(fēng)險(xiǎn)大，多為三維軌跡。

（2）開窗側(cè)鉆井斜井段較少，巖屑容易在下井壁堆積形成巖屑床，使得鉆進(jìn)中摩阻、扭矩增加、托壓嚴(yán)重而影響正常鉆進(jìn)［2］。

（3）機(jī)械鉆速低、井壁易失穩(wěn)。由于側(cè)鉆井井眼較小，井下工具尺寸受限，造成巖屑攜帶困難及MWD 儀器信號(hào)弱，導(dǎo)致鉆井參數(shù)調(diào)整受限，實(shí)鉆中機(jī)械鉆速偏低，裸眼段浸泡時(shí)間長(zhǎng)，也造成復(fù)雜與故障時(shí)間居高不下。

（4）地質(zhì)情況復(fù)雜，主力油氣層較薄，逆地層傾角高，且油層位置不確定性大。T 油田為疏松砂巖儲(chǔ)層，具有高孔隙度、高滲透性特點(diǎn)，對(duì)定向工具造斜率有較高要求，一旦工具造斜能力不足，很可能打穿砂層導(dǎo)致著陸失??；T 油田含油面積小、有一定邊底水特點(diǎn)，增加了油氣界面位置判斷和鉆遇目的層的難度。在斜井段泥巖中鉆進(jìn)，定向工具造斜率不易控制，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確判斷井斜角，當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)鉆軌跡偏離設(shè)計(jì)軌跡時(shí)應(yīng)提早處理；薄油層靶窗窄，靶區(qū)半徑僅0.5 m，且需要以合適的角度著陸，否則會(huì)沒有余地調(diào)整井眼軌跡；水平段油層鉆進(jìn)過程中需特別保證隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及導(dǎo)向工具快速穩(wěn)定的造斜調(diào)整能力，以保證油層鉆遇率。

2 井筒準(zhǔn)備

2.1 壓井及起出油管

（1）油管和環(huán)空正推密度為1.12 g/cm3的鹽水后觀察，無(wú)明顯油氣上竄顯示后，拆除下主閥。

（2）起油管。?73 mm 油管是內(nèi)插在?114.3 mm篩管的懸掛器中，可以在原懸重中的基礎(chǔ)上多提5～7 t，就能將內(nèi)插工具提出，如果無(wú)效，保持5～7 t，正轉(zhuǎn)提出。如還是無(wú)效，則進(jìn)行倒扣打撈。

2.2 打棄井水泥塞

為保證施工安全，在?114.3 mm 篩管懸掛器以上150～200 m 的位置打棄井水泥塞。如有漏失現(xiàn)象存在，泵入8 m3堵漏漿和4 m3高黏鉆井液，關(guān)封井器后，環(huán)空泵入密度為1.12 g/cm3的鹽水鉆井液，保證地層能達(dá)到4 MPa 的承壓能力時(shí)，再進(jìn)行固井作業(yè)。

2.3 測(cè)井

測(cè)井的目的在于校深和測(cè)量?177.8 mm套管外的水泥返高，選擇割套管的位置，以及根據(jù)定向軌跡的設(shè)計(jì)確定下斜向器開窗還是打側(cè)鉆水泥塞。其中開窗側(cè)鉆位置選擇原則如下:

（1）在滿足中靶的前提下，多利用原井的老井眼，可以盡量降低最大井斜；

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)提供的靶心及井底位移數(shù)據(jù)，結(jié)合側(cè)鉆工具及地層的造斜能力，合理調(diào)整開窗深度，保證井眼軌跡圓滑和滿足地質(zhì)要求。

2.4 割套管

下割刀鉆具組合?152.4 mm Taper Mill+?141.3 mm Pipe Cutter Dress W/?57.2 mm LG+?120.7 mm Rossover+?152.4 mm Stabilizer+?101.6 mm Crossover+ ?101.6 mm DP 至割點(diǎn)處實(shí)施作業(yè)。切割鉆井參數(shù):轉(zhuǎn)速80～100 r/min；泵壓2～4 MPa。套管切割開后，扭矩和泵壓會(huì)有明顯的下降，泵壓下降0.7～1.3 MPa，停泵后，鉆具水眼有明顯反流（環(huán)空為1.25 g/cm3飽和鹽水鉆井液，而?117.8 mm 套管內(nèi)為1.12 g/cm3鹽水，靜液柱差所致）。起出一柱鉆桿后進(jìn)行試打撈，打撈鉆具組合為:Spear pack off for ?117.8 mm Casing+ITCO Spear Cw/6.220 Nom Catch Grapple+ ?120.7 mm Spear Stop Sub Cw/?2.3.2 mm Ring+Bumper Sub+?101.6 mm DP。如果能自由上提則實(shí)施打撈，如不能提出，重新選擇割點(diǎn)，繼續(xù)切割。

2.5 刮管和替漿

根據(jù)定向軌跡設(shè)計(jì)，以及?117.8 mm 套管外水泥返高和切割?117.8 mm 套管的實(shí)際情況，如果側(cè)鉆水泥塞不可實(shí)施，則需要下入?244.5 mm 斜向器開窗。在起出?117.8 mm 套管后，下入?244.5 mm可旋轉(zhuǎn)的刮管器對(duì)斜向器坐封點(diǎn)上下進(jìn)行多次刮管，刮管結(jié)束后稠漿掃井，并用1.25 g/cm3飽和鹽水鉆井液替出鹽水。

3 斜向器的選擇及坐封

3.1 斜向器的選擇

為提高套管開窗作業(yè)成功率，縮短開窗周期，要求一趟鉆能完成斜向器坐封及套管開窗作業(yè)，優(yōu)選了斯倫貝謝的Track Master斜向器系統(tǒng)。

Track Master斜向器系統(tǒng)采用了三銑錐構(gòu)造，由領(lǐng)眼銑錐、跟隨銑錐和窗口修理銑錐組成。領(lǐng)眼銑錐可以最大化磨銑套管，降低斜向器側(cè)向荷載，引導(dǎo)磨銑指向套管而不是斜向器；跟隨銑錐幫助延長(zhǎng)窗口長(zhǎng)度，高效磨銑清除套管；修理銑錐可修理打磨窗口，減少開窗之后工具串過窗口時(shí)的阻掛［3］。

開窗斜向器鉆具組合為:?211.7 mm Anchor Hydraulic+ ?202.8 mm Hingesection+ ?203.2 mm Whipstock +?215.9 mm Fast Track Master Tri-mill+?165.1 mm Running Tool+?127 mm HWDP（1joint）+?171.5 mm NA. MCBPV+MWD+ ?165.1 mm DC（9joints）+ ?127 mm HWDP（18joints）+ ?165.1 mm Crossover+?101.6 mm DP。

3.2 斜向器工具面的調(diào)整

斜向器下至設(shè)計(jì)井深，調(diào)整斜向器斜面至設(shè)計(jì)方位（調(diào)整方位只能逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)）。使用MWD儀器定向時(shí)，每次必須加20～30 kN 的鉆壓，確保斜向器底部的循環(huán)閥打開，然后緩慢開泵，注意立管壓力和鉆井液返出，如果沒有返出，必須馬上關(guān)泵，防止斜向器由于壓差作用提前坐掛［4-5］。

3.3 斜向器的坐封

斜向器系統(tǒng)中NA.MCBPV 實(shí)際的作用就是一個(gè)旁通閥的作用，在坐封之前試MWD 儀器階段（也就是循環(huán)階段），流體是從這個(gè)閥門流出，而不會(huì)推動(dòng)活塞而使斜向器坐封。要關(guān)閉這個(gè)旁通閥需要經(jīng)歷以下步驟，正常情況下該閥門是設(shè)置在0 的初始位置，0—1 的過程就是開關(guān)一次泵的過程（泵排量必須大于24.2 L/s 才能滿足需求），當(dāng)此過程進(jìn)行5次后，在第6次開泵時(shí)，旁通閥關(guān)閉，流體不經(jīng)過旁通閥而是直接作用于活塞，活塞推動(dòng)液壓油，當(dāng)壓力達(dá)到24.1 MPa時(shí)，穩(wěn)壓10 min，斜向器坐封。

斜向器在坐封后，上提超過原懸重66.6～75.5 kN，下放多壓66.6～75.5 kN 驗(yàn)封，通過多次上提下壓來(lái)剪斷銷釘。

3.4 套管開窗

當(dāng)銷釘被剪切后，上提至斜向器以上1 m 位置，記錄上提下放的懸重。磨銑參數(shù)為:轉(zhuǎn)速60～120 r/min；鉆壓10～20 kN。及時(shí)觀察返砂的情況，磨窗檢查鉆具是否能自由通過上下窗口（不停泵不停頂驅(qū)、停泵不停頂驅(qū)、停泵停頂驅(qū)），在鉆至地層5 m 后起鉆，進(jìn)行下一步施工。

4 Power Drive Archer旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)工作原理

Power Drive Archer是一個(gè)混合動(dòng)力型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，主要由導(dǎo)向組塊和控制組塊組成，見圖2。通過萬(wàn)向節(jié)與調(diào)節(jié)環(huán)（導(dǎo)向限位環(huán)）將推靠式和指向式結(jié)合在一起，通過鉆井液驅(qū)動(dòng)活塞推靠鉆鋌內(nèi)壁，應(yīng)用杠桿原理，將萬(wàn)向節(jié)作為支撐點(diǎn)，使鉆頭軸發(fā)生偏移產(chǎn)生和指向式一樣的角度，通過靠近鉆頭處的扶正器接觸井壁，傳遞給鉆頭一個(gè)側(cè)向推靠力，使鉆頭朝設(shè)定方向鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向鉆進(jìn)［6］。

圖2 Power Drive Archer旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)

4.2 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

Power Drive Archer 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)高造斜率要求，達(dá)到甚至超越常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的機(jī)械鉆速。通過整合“推靠式”和“指向式”的鉆井系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，可滿足疏松地層的造斜率要求，也可縮短靶前位移并確保油層段進(jìn)尺，使油層泄油面積實(shí)現(xiàn)最大化［7］。假如鉆遇不穩(wěn)定地層，可以優(yōu)化造斜點(diǎn)位置，或者以更小的井斜和更少的井段穿越該地層，有效解決了定向井設(shè)計(jì)的限制性問題。即使在高造斜率井段，Power Drive Archer 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)所鉆出的井眼也能保持平滑、穩(wěn)定，可進(jìn)一步降低井下摩阻和轉(zhuǎn)矩，使鉆壓有效傳遞至鉆頭，充分提升機(jī)械鉆速。使用Power Drive Archer 系統(tǒng)打出的井眼，井眼軌跡圓滑、井身結(jié)構(gòu)優(yōu)異（見圖3），較低的摩阻和屈曲度也有利于套管及后續(xù)完井工具的下入［7］。

圖3 Power Drive Archer旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)工作優(yōu)勢(shì)

5 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在T油田的應(yīng)用

5.1 施工井概況

通過前期對(duì)井筒條件的充分準(zhǔn)備及斜向器的優(yōu)化選擇，在T 油田7 口井進(jìn)行了套管開窗側(cè)鉆作業(yè)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。7 口井在?215.9 mm 井眼及?155.6 mm 井眼施工中使用了斯倫貝謝Power Drive Archer 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，均實(shí)現(xiàn)一趟鉆完成一開次鉆井施工，施工井?dāng)?shù)據(jù)見表3。

表2 T油田套管開窗側(cè)鉆井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

表3 T油田套管開窗側(cè)鉆井施工數(shù)據(jù)

5.2 鉆具組合及鉆井參數(shù)優(yōu)化

施工過程中優(yōu)選的鉆具組合，在7 口水平井鉆進(jìn)時(shí)取得了很好的效果，具有兼容性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。

?215.9 mm 井眼:?215.9 mm MDi616 PDC bit+Power Drive Archer675 +?171.5 mm Receiver sub+?130.7 mm PLF6-AA Flex collar+ ?171.5 mm EcoScope+?177.8 mm Telescope 675NF+?171.5 mm NMDC（1joint）+ ?127 mm HWDP（8joints）+?165.1 mm Hydra-jar+ ?127 mm HWDP（11joints）+X/O+?101.6 mm DP。

鉆壓:40～60 kN；轉(zhuǎn)速:80～100 r/min；排量:33 L/s；泵壓:18 MPa；鉆井液密度:1.22～1.25 g/cm3；鉆井液黏度:45～50 s。

?155.6 mm 井眼:?155.6 mm MDi516 PDC bit+Power Drive Archer475+PD Receiver sub+PeriScope 475+DigiScope+ ?120.7 mm NMDC + ?88.9 mm HWDP（3joints）+ ?88.9 mm Hydra-jar + ?88.9 mm HWDP（15joints）。

鉆壓:30～50 kN；轉(zhuǎn)速:80～100 r/min；排量:16L/s；泵壓:15 MPa；鉆井液密度:1.10～1.12 g/cm3；鉆井液黏度:40～45 s。

該鉆具組合優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用效果如下:

（1）可適時(shí)調(diào)控井眼軌跡，實(shí)鉆井眼軌跡平緩圓滑，摩阻、扭矩較小。

（2）能有效解決大井斜、高造斜率井段托壓?jiǎn)栴}，提高了機(jī)械鉆速。

（3）能根據(jù)井下實(shí)鉆情況在2～10°/30m 范圍調(diào)整造斜率，確保井眼軌跡良好。

（4）鉆具組合兼容性好，可實(shí)現(xiàn)一趟鉆鉆完造斜段及水平段等所有井段，減少起下鉆更換鉆具組合時(shí)間，縮短整個(gè)鉆井周期。

5.3 鉆頭優(yōu)選

?215.9 mm 井眼:以鹽層、白云巖、砂巖為主，夾雜著少量頁(yè)巖，地層可鉆性較好。優(yōu)選小傾角、大齒間距布齒的MDi616 PDC 鉆頭，平穩(wěn)切削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)攻擊性及抗沖擊性，見圖4。

圖4 MDi616 PDC鉆頭

?155.6 mm 井眼:砂巖、頁(yè)巖互層，含少量石英砂巖，選用5 刀翼13 mm 復(fù)合片、大齒間距、攻擊性強(qiáng)的MDi516 PDC 鉆頭，提高鉆頭的抗沖擊性及鉆夾層的能力，見圖5。

圖5 MDi516 PDC鉆頭

5.4 使用效果分析

Power Drive Archer 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)造斜率高，具有近鉆頭測(cè)斜等功能，不但可以解決斜井段設(shè)計(jì)高造斜率問題，而且可以提前進(jìn)行探測(cè)磁干擾，根據(jù)需要進(jìn)行三維繞障，有效避免了與臨井相碰；全過程旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，提高了鉆井液和巖屑的流動(dòng)性，加快了巖屑運(yùn)移，降低了巖屑床厚度，提高了井眼凈化能力，降低了鉆井施工風(fēng)險(xiǎn)［8］。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)鉆進(jìn)時(shí)，可根據(jù)實(shí)鉆情況及時(shí)對(duì)井眼軌跡進(jìn)行微調(diào)，保證大斜度井段或高造斜率井段平緩自然過渡，使井眼軌跡光滑，大大降低井下摩阻和扭矩，鉆井的安全性得到極大的提高。其中2 口水平井的實(shí)鉆垂直和水平投影分別見圖6—圖9。

圖6 T1井實(shí)鉆垂直投影

圖9 T2井實(shí)鉆水平投影

圖7 T2井實(shí)鉆垂直投影

圖8 T1井實(shí)鉆水平投影

在?215.9 mm 井眼施工中，為了準(zhǔn)確確定油氣界面位置，優(yōu)選使用斯倫貝謝公司的多功能隨鉆測(cè)井工具Ecoscope，結(jié)合實(shí)鉆井的自然伽馬和電阻率測(cè)量結(jié)果及鄰井資料，可有效卡準(zhǔn)標(biāo)志層，在薄油層鉆井中發(fā)揮重要作用。

在?155.6 mm 井眼施工中，為了能準(zhǔn)確探測(cè)地層和流體邊界位置，優(yōu)選使用斯倫貝謝公司的地質(zhì)探邊工具Periscope，該工具可以提供方位伽馬、多層電阻率、深方位成像和隨鉆環(huán)空壓力等關(guān)鍵參數(shù)，可以實(shí)時(shí)探明砂層邊界和預(yù)測(cè)地層傾角走向，滿足薄砂層軌跡精確控制要求，確保鉆頭能在復(fù)雜的地層中仍能以最優(yōu)軌跡鉆進(jìn)［9］。實(shí)鉆過程中，高清邊界探測(cè)技術(shù)清晰地描繪出了砂體的頂?shù)走吔?、砂體展布范圍及多個(gè)砂體在橫向上的接觸或分布關(guān)系，避免鉆遇夾層導(dǎo)致的低油層鉆遇率等風(fēng)險(xiǎn)，將軌跡精確控制在儲(chǔ)層內(nèi)。實(shí)鉆中現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)數(shù)據(jù)曲線或成像結(jié)果分析巖石性質(zhì)、巖層界面、構(gòu)造傾角等，及時(shí)調(diào)整井眼軌跡，確保水平段著陸位置準(zhǔn)確。保證軌跡緊跟砂體的變化，成功追蹤砂體。根據(jù)鉆頭在油層中的位置，實(shí)時(shí)調(diào)整軌跡，及時(shí)跟蹤油層上下邊界，確保鉆頭始終在油層中鉆進(jìn)，提高油層鉆遇率，實(shí)鉆曲線見圖10。

圖10 實(shí)鉆曲線

6 結(jié)論

（1）套管開窗側(cè)鉆井井筒條件的準(zhǔn)備至關(guān)重要，決定了開窗的成功與否及后續(xù)鉆進(jìn)施工安全。

（2）Track Master斜向器系統(tǒng)可以一趟完成斜向器的坐封及套管開窗作業(yè)，提高生產(chǎn)時(shí)效，值得推廣應(yīng)用。

（3）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具通過近鉆頭井斜數(shù)據(jù)可精確控制井眼軌道，實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整實(shí)鉆軌跡，實(shí)現(xiàn)井眼軌道的精確制導(dǎo)，有效實(shí)現(xiàn)防碰預(yù)警及防碰繞障。

（4）在軟地層中具有5°/30m 的造斜能力，在同一個(gè)尺寸井眼內(nèi)完成造斜、扭方位繞障、穩(wěn)斜穩(wěn)方位、薄油層水平鉆進(jìn)，軌跡平滑，起下鉆順暢，應(yīng)用效果顯著。