東海某井深部地層開窗作業(yè)的認(rèn)識與啟發(fā)

王澤

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)上海分公司，上海 200335)

0 引言

近年來，隨著東海勘探開發(fā)力度的不斷增大，深井、大位移井逐漸成為開發(fā)的主流，一些復(fù)雜作業(yè)也層出不窮[1-3]。近期，東海開窗作業(yè)的井?dāng)?shù)持續(xù)增多，作業(yè)難度也不斷加大。東海在此區(qū)塊部署的該口井為調(diào)整井，鉆井平臺靠導(dǎo)管架完成作業(yè)，由于該導(dǎo)管架無閑置槽口，作業(yè)前需進(jìn)行生產(chǎn)管柱回收、老井棄置等作業(yè)。后在老井244.475 mm套管內(nèi)進(jìn)行開窗側(cè)鉆，該井設(shè)計工期20.5天，實際工期18.38天，提前2.12天。本井開窗層位斜深3 565.8 m，垂深3 227.4 m，均創(chuàng)區(qū)塊新高。套外地層為花港組下段，硬度較高，作業(yè)難度較大。本井的成功側(cè)鉆可為其他井位的開窗側(cè)鉆作業(yè)提供借鑒[4-6]。

1 開窗工藝簡介

1.1 開窗方法

套管開窗的方法主要有兩種，即斜向器(又稱造斜器、導(dǎo)向器)開窗法和銑套管開窗法。斜向器開窗工具費用較高，但開窗作業(yè)時間相對銑套管短，因此針對海上作業(yè)日費較高的情況，使用斜向器開窗側(cè)鉆方法可以降低綜合作業(yè)成本[7-10]。故本文著重介紹斜向器開窗法，常用的開窗方法如表1所示。

表1 開窗方法對比表

斜向器套管開窗工藝分為一趟鉆開窗和兩趟鉆開窗兩種，如圖1所示。兩趟鉆開窗是指兩次下鉆完成套管開窗作業(yè)，即第一次下鉆單獨下斜向器完成坐斜向器作業(yè)，第二次下鉆下磨銑工具完成磨銑套管開窗及修窗的作業(yè)。一趟鉆開窗是指一次下鉆完成下斜向器并坐斜向器和套管開窗及修窗作業(yè)。一趟鉆開窗相對于兩趟鉆開窗可以節(jié)省一次起下鉆作業(yè)時間，因此海上常用一趟鉆開窗工藝開窗。

圖1 斜向器開窗示意圖

1.2 開窗工具

開窗工具主要包括：多功能循環(huán)閥、送入工具、三段式開窗銑錐、斜向器和可回收式錨定器，如圖2所示。

圖2 開窗工具示意草圖

1.2.1 多功能循環(huán)閥

多功能循環(huán)閥可與隨鉆測量儀器MWD配合使用，有效確保側(cè)鉆方位?？砷_關(guān)五次，第六次多功能循環(huán)閥關(guān)閉。還可以保持多功能循環(huán)閥打開可使環(huán)空和鉆桿內(nèi)壓力平衡。

1.2.2 送入工具

送入工具直接連在開窗銑錐以上，用于液壓座掛錨定器。送入工具的活塞具有隔離泥漿的作用。此外，送入工具能夠在開窗過程中承載扭矩和彎曲應(yīng)力?；钊M(jìn)入活塞腔后能夠開泵循環(huán)鉆井液。

1.2.3 三段式開窗銑錐

三銑錐采用高硬度、抗破碎、持久耐用的碳合金制造，鑲裝刀片可保證切削物形狀的一致性、完整性且切削物細(xì)小便于隨泥漿返出。此外，采用了柱狀切削齒并優(yōu)化切削齒的分布。三段式開窗銑錐可鑲嵌人工合成金剛石切削齒，可靠性強(qiáng)，能夠很快將窗口開出去。三段式開窗銑錐開的窗口質(zhì)量可靠，鉆具通過性能大大增加，可鉆導(dǎo)眼長度較長。

1.2.4 斜向器

錨定器和斜向器之間采用固定銷連接。采用軟連接確保斜向器能通過大井斜位置，可降低下鉆風(fēng)險。斜向器的快速剪切斜度可引導(dǎo)銑錐進(jìn)入切削段，推動銑錐開始切削，高效攻擊的磨銑角。斜向器上部可回收槽可與回收鉤配合通過上提解封錨定器。中間適宜角度可機(jī)械推動銑鞋通過中心點并減少中心死點。此外，斜向器保徑段增加窗口全井段長度，減少狗腿度，并且擁有更厚的導(dǎo)斜橫截面積。

1.2.5 可回收錨定器

可回收錨定器可通過液壓坐封，能適用不同尺寸和磅級的套管，大噸位上提可實現(xiàn)解封，可以防轉(zhuǎn)、防位移。封隔器卡瓦特點為卡瓦在坐封后，在各個方位都會對套管內(nèi)壁有作用力，使得封隔器更好的抓牢套管，防止其轉(zhuǎn)動和封隔器下移。

1.3 開窗側(cè)鉆點優(yōu)選

開窗作業(yè)之前需對側(cè)鉆點進(jìn)行優(yōu)選，理想的開窗側(cè)鉆點需具備以下條件：地層穩(wěn)定的砂巖段、固井質(zhì)量優(yōu)良的井眼段、老井眼機(jī)械鉆速較快的區(qū)域、適宜狗腿度、避開套管接箍(有條件建議實測套管接箍位置)。側(cè)鉆點選取過后，首先組合開窗工具，將開窗工具下到選定的側(cè)鉆點，隨后調(diào)整斜向器方位、坐封錨定器、脫手銑錐，開窗、修窗，起鉆。

2 開窗作業(yè)東海應(yīng)用實例

東海某井開窗層位斜深3 565.8 m，垂深3 227.4 m，均創(chuàng)區(qū)塊新高。套外地層為花港組下段，硬度較高，作業(yè)難度較大。作業(yè)前結(jié)合管外固井質(zhì)量及套管接箍情況，優(yōu)化窗口位置，套管磨銑階段鉆進(jìn)參數(shù)施加合理，進(jìn)尺較快，3 h進(jìn)尺約3 m，有效緩解了銑錐出套后進(jìn)尺緩慢效率低下的狀況，該井銑錐出套后進(jìn)尺4 m，修窗后驗窗無阻掛，銑錐出井磨損量合格，窗口寬度合格、質(zhì)量合格，215.9 mm鉆具過窗無阻掛，短起下鉆具過窗無阻掛。最終用時17 h，綜合時效較相鄰區(qū)塊同深度開窗提高20 h。

2.1 基本情況

2.1.1 井的基本數(shù)據(jù)

該井位于東海某氣田，為定向井，側(cè)鉆點位于3 570 m，轉(zhuǎn)盤面距離海面61 m，共計4開次，井身結(jié)構(gòu)為588 mm井眼至213 m，444.5 mm井眼至2 206 m，311.15 mm井眼至4 643 m，212.725 mm井眼至5 068 m。井身結(jié)構(gòu)如圖3所示。本井開窗位置井斜32.5°，定向工具選擇MWD儀器，開窗點以上無大狗腿度井段。

圖3 井身結(jié)構(gòu)圖

本井244.475 mm套管固井選用套管類型為3Cr-L80Q/47PPF，套管外設(shè)計為水泥混漿，CBL測井水泥環(huán)質(zhì)量較好，開窗作業(yè)過程中撈砂發(fā)現(xiàn)較多水泥，判斷為混漿質(zhì)量較好。

2.2 開窗作業(yè)流程

2.2.1 淺層測試與開窗作業(yè)鉆具組合

12-1/4″井眼淺層測試鉆具組合常采用考克(關(guān)閉)+5″加重鉆桿(411×410)+6-3/4″循環(huán)閥(411×410)+6-3/4″MWD(411×410) + 變扣接頭 (411×WMT57 B) +5-7/8″鉆桿(WMT57)的組合。

測試時，為符合井控要求，常采用多次開泵并采用小排量的方式。該井開泵測試時，第一次開泵測試參數(shù)為排量1 500 L/min，泵壓3.6 MPa，工具信號正常。第二次至第五次開泵測試參數(shù)為排量1 500 L/min，泵壓3.6 MPa，循環(huán)閥運行正常。本井第六次開泵測試時，排量為800 L/min，泵壓迅速上升至10 MPa，循環(huán)閥關(guān)閉正常，泥漿泵小排量勻速打壓至24 MPa，壓力迅速下降，判斷考克漏壓。現(xiàn)場及時將壓力泄為0后上提鉆具至轉(zhuǎn)盤面。

當(dāng)深部地層開窗作業(yè)開泵測試時，若發(fā)現(xiàn)鉆具刺漏或者考克泄漏等問題時，必須及時泄壓并更換。當(dāng)考克損壞程度較高且無法正常關(guān)閉時，也必須更換考克并重新進(jìn)行高壓測試。更換考克后，需進(jìn)一步降低排量，進(jìn)行測試。該井將泥漿泵排量開至800 L/min，泵壓迅速上升至10 MPa，循環(huán)閥關(guān)閉正常，泥漿泵小排量勻速打壓至24 MPa，穩(wěn)壓15 min；15 min后壓力下降1 MPa，起初下降速度較快，后期壓力降低速度減慢，壓力基本穩(wěn)定，此時可判斷工具測試正常。

測試結(jié)束后固井泵緩慢泄壓，拆開循環(huán)閥，手動復(fù)位閥心，上扭矩22 000 ft.lbs，測試立柱立于鉆臺。其他井位可參考本井作業(yè)流程。

12-1/4″井眼開窗鉆具組合通常采用8-1/8″帶密封錨定器+8″斜向器+8-1/2″開窗銑錐+6-1/2″送入工具+5″加重鉆桿×1根+6-3/4″循環(huán)閥+ 6-3/4″MWD+6-1/2″鉆挺+變扣接頭+5-7/8″加重鉆桿(WMT57)+5-7/8”鉆桿。安裝剪切銷釘斷裂應(yīng)力值為55 000 lbs，鉆具組合完成后需測量MWD與斜向器角差，以此提高側(cè)鉆的成功率。

2.2.2 側(cè)鉆流程

(1)定工具面

下鉆至座掛立柱，接頂驅(qū)。測試上提、下放懸重，繼續(xù)下放鉆具至錨定器底深。根據(jù)第一次開泵測試參數(shù)，包括排量與泵壓等，以及工具信號的正常與否，調(diào)整斜向器工具面。此時需要開窗工程師、定向井工程師、監(jiān)督三方確認(rèn)座掛深度。

(2)錨定器座掛

以本井為例，泥漿泵小排量勻速打壓至24 MPa，穩(wěn)壓15 min。此時提高立壓至28 MPa，穩(wěn)壓5 min，座掛錨定器，鉆桿劃線，泄立壓至21 MPa，緩慢下放鉆具觀察懸重變化，鉆具無移位，判斷錨定器座掛合格。下壓鉆具，懸重回彈，繼續(xù)下壓，上提管柱，若無過提，繼續(xù)上提2 m距離，懸重?zé)o明顯變化，且立壓逐漸下降至0，判斷錨定器已脫手并拉斷管線。

本井開泵排量為800 L/min，泵壓迅速上漲至10 MPa，降低排量至 2～5 沖/min，開轉(zhuǎn) 15 r/min，下放鉆具，打斷盲堵、水嘴，立壓下降，探頂深度：3 565.8 m；隨后替漿。其他井位可參考本井座掛流程，本井鉆開窗參數(shù)見表2。

表2 本井開窗鉆進(jìn)參數(shù)表

開窗作業(yè)初始階段需選用較低轉(zhuǎn)速和低鉆壓的鉆井參數(shù)組合，以此保障窗口有效的造型，轉(zhuǎn)速可采用 60 r/min，鉆壓常為 1～2 t。

鉆至中部階段時，鉆頭進(jìn)尺均勻，鉆進(jìn)情況良好，可逐漸提高轉(zhuǎn)速、鉆壓，保障頭錐有效的進(jìn)尺，轉(zhuǎn)速常采用90 r/min，鉆壓為1～3 t，此時進(jìn)尺較快。

鉆至死點位置時，為避免出現(xiàn)頭錐與套管中部長時間磨心，需逐漸提高鉆壓，讓斜向器死點機(jī)構(gòu)將頭錐順利推出死點，轉(zhuǎn)速采用60 r/min，鉆壓為2～4 t。本井鉆遇此階段時無明顯顯示，扭矩降低情況不明顯，施加鉆壓較低，鉆速正常。

鉆至下部階段時，進(jìn)尺逐漸降低，降低轉(zhuǎn)速、提高鉆壓，轉(zhuǎn)速建議設(shè)為60～70 r/min，鉆壓采用4～17 t。

鉆至裸眼階段時，維持鉆速不變，轉(zhuǎn)速繼續(xù)采用60 r/min，鉆壓采用15～17 t，此時進(jìn)尺逐漸困難。本井鉆至裸眼階段時，10 h內(nèi)進(jìn)尺4 m。鉆進(jìn)至3 574.1 m后長時間無進(jìn)尺，考慮到口袋長度已滿足旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器上扶正器完全進(jìn)入口袋，且鉆進(jìn)效率較低，遂開始修窗。修窗時，采用不同轉(zhuǎn)速劃眼、倒劃眼通過窗口，調(diào)整不同角度停轉(zhuǎn)停泵驗窗，使得無阻掛。

2.2.3 開窗效果驗證

對出井三銑錐數(shù)據(jù)進(jìn)行評價是判斷開窗效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。本井頭錐、二錐、三錐入井外徑均215.9 mm，頭錐磨損值6 mm，最大允許磨損值為0.625″/16 mm，二錐磨損值為14 mm，最大允許磨損值為0.5″/16 mm，三錐磨損值為3 mm，最大允許磨損值為0.25″/16 mm銑錐側(cè)齒狀態(tài)較好，底部無明顯磨心現(xiàn)象。頭錐、三錐磨損量合格，由此可以判斷窗口質(zhì)量合格。

2.3 開窗作業(yè)錨定器坐掛失敗原因分析

錨定器坐掛失敗是導(dǎo)致開窗作業(yè)失敗較為常見的原因，導(dǎo)致錨定器坐掛失敗通常由錨定器坐封不牢固，銷釘?shù)募羟兄灯?，設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)以及現(xiàn)場操作方面不到位等結(jié)果導(dǎo)致的。

2.3.1 錨定器坐封不牢固

(1)定器座封壓力不夠，座封時地面顯示座封壓力24.13 MPa，受頂驅(qū)沖管刺漏影響，井下錨定器位置密封壓力要低于24.13 MPa，卡瓦行程不足，不能充分、有效座封。

(2)根據(jù)入井的錨定器結(jié)構(gòu)，在座封壓力不夠時，下壓可以使錨定器卡瓦吃入套管更深，可以承受一定下壓力，在實際操作中不宜過大噸位嘗試上提。

(3)反復(fù)的大噸位活動剪切銷釘時，導(dǎo)致卡瓦齒被破壞，卡瓦松動。

(4)重復(fù)進(jìn)行高壓座封時，受卡瓦被損壞的影響，雖然能夠座封，但是已經(jīng)不能承受上提下壓力。

2.3.2 銷釘?shù)募羟兄灯?/p>

結(jié)合第二趟開窗作業(yè)剪切銷釘情況以及第一趟起出的銷釘斷口形狀、固定銷釘形成凹坑分析，剪切銷釘?shù)漠惓＜羟兄?剪切值偏大)也是造成此次錨定器坐掛失敗的主要原因。

2.3.3 設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)以及現(xiàn)場操作方面不到位

平時的設(shè)備保養(yǎng)不到位，打壓坐掛錨定器時沖管刺漏，使其提供的坐封壓力不能達(dá)到要求。

3 結(jié)語

(1)細(xì)化前期準(zhǔn)備，優(yōu)化現(xiàn)場作業(yè)。編寫開窗作業(yè)設(shè)計時，基于老井井身結(jié)構(gòu)資料及鉆進(jìn)期間相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化鉆具組合，細(xì)化作業(yè)設(shè)計；完善作業(yè)指導(dǎo)書，根據(jù)作業(yè)設(shè)計出具詳細(xì)作業(yè)程序。

(2)開窗作業(yè)前，提前維護(hù)、保養(yǎng)檢查重點設(shè)備，保證開窗作業(yè)不間斷。工程師詳細(xì)檢查入井工具，確保工具無缺陷。開窗作業(yè)時，精細(xì)操作，全過程重點密切監(jiān)控扭矩變化，觀察鉆進(jìn)參數(shù)，根據(jù)鉆進(jìn)顯示，準(zhǔn)確判斷井下情況，及時、合理調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，保持有效進(jìn)尺。

(3)對于深層套管開窗窗口位置要盡量選擇地層均質(zhì)，無硬地層夾層，可鉆性相對較好的位置進(jìn)行開窗。

(4)把控后勤，嚴(yán)控工具質(zhì)量。嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。嚴(yán)格執(zhí)行產(chǎn)品從源頭質(zhì)檢、測試、組合并錄制試壓等相關(guān)視頻存檔。聯(lián)合質(zhì)檢部門共同核查廠家相關(guān)資質(zhì)、廠家原材料提供商相關(guān)資質(zhì)以及原材料質(zhì)量檢測。明確開窗維保類、返修類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，出具相關(guān)報告。對于出海作為備用工具返回車間的物料，再次出料前專業(yè)人員要詳細(xì)檢查、測試，確認(rèn)合格后方可繼續(xù)使用。

(5)本次一趟式斜向器法開窗側(cè)鉆作業(yè)一次性完成了本井的下斜向器、開窗、修窗作業(yè)，為東海該區(qū)塊深井套管開窗積累了寶貴的經(jīng)驗。整個開窗側(cè)鉆過程，分初始、正常、死點階段，不同階段使用不同的鉆參，及時調(diào)整鉆參，提高時效。當(dāng)磨銑至死點位置時，可增大鉆壓并降低轉(zhuǎn)速，有助于將磨鞋推離斜向器面并且偏離死點；斜向器設(shè)計中間角度，有利于通過死點。充分考慮地層的可鉆性、研磨性，提高銑錐齒的攻擊性和抗研磨性，優(yōu)化三銑錐和斜向器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證開窗的一次成功率。