趙東C/D區(qū)塊C25-XX井開窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)

摘" " 要：趙東C/D區(qū)塊D67井水平段篩管統(tǒng)一開采，因出砂而關(guān)閉，在其井眼內(nèi)開窗側(cè)鉆C25-XX水平井，以繼續(xù)開發(fā)明化鎮(zhèn)組油藏。介紹了該井在244.5 mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆技術(shù)，施工中利用旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)避免滑動鉆進的風(fēng)險，提高了機械鉆速；利用LWD/MWD隨鉆測井技術(shù)和Azitrack油藏地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)控制井眼軌跡，提高了油藏鉆遇率和入靶精度；采用優(yōu)質(zhì)鉆井液來提高井眼清潔等配套技術(shù)；采用XPS-CUS-HR-X1液壓旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器與封隔器系統(tǒng)解決長水平段摩阻大、下套管難等問題。該井于10月11日開鉆，10月20日完鉆，完鉆井深2 635 m，油層鉆遇率較設(shè)計提高了2%。該井的成功施工經(jīng)驗可為同類井施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：趙東C/D區(qū)塊；鉆井技術(shù)；水平井

Window sidetracking technology of C25-XX horizontal well in Zhaodong C/D"Block

LI Hongkui

Drilling Branch of CNPC Offshore Engineering Company Limited， Tianjin 300451， China

Abstract：The horizontal section of well D67 in Zhaodong C/D Block is produced uniformly in the whole screen section. The well is closed because of sand. Therefore， sidetracking is employed in the hole of the C25-XX horizontal well to continue the development of the Minghuazhen reservoir. In this study， window sidetracking technology is introduced in 244.5 mm casing. During construction， rotary geo-steering technology is used to avoid the risk of slide drilling， improving penetration rate. LWD/MWD technology and Azitrack reservoir geo-steering system are employed to control the wellbore trajectory and to improve the drilling footage and target-entry accuracy of the well. XPS-CUS-HR-X1 hydraulic rotating liner hanger amp; packer system is used to solve the problems of large friction in long horizontal sections and running casing. The well was drilled on October 11 and completed on October 20. The depth of the well is 2 635 m， and the drilling footage of the reservoir is 2% higher than the design. Experiences from the successful construction of this well can be a reference for similar situations.

Keywords：Zhaodong C/D Block; drilling technology; horizontal well

1" " 工程背景

趙東C/D區(qū)塊[1]位于河北省黃驊市趙家堡村以東的灘海～極淺海地區(qū)，橫跨灘涂、極淺海和淺海地帶（從海岸線到5 m水深線）。構(gòu)造位于埕北斷階帶，整體依附于北東向的羊二莊斷層形成的大型背斜圈閉，受羊二莊及其分支斷層控制，形成了一系列的斷鼻、斷塊圈閉，以羊二莊斷層為界，分為C區(qū)和D區(qū)。C25-XX井是《趙東C/D油田二次開發(fā)與二三結(jié)合方案》中的一口開窗側(cè)鉆水平生產(chǎn)井[2]，該井位于C區(qū)西南遠端斷塊，目的層Nm2-9c，是為提高Pool215的采出程度。受地質(zhì)環(huán)境的限制，C25-XX井設(shè)計成大偏移距三維水平井，對井眼軌跡控制、鉆柱及套管的減阻降摩具有較高要求。通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，采用各種鉆井技術(shù)，保證了鉆井的順利施工，也為同類型井的施工積累了經(jīng)驗[3-4]。

1.1" " 井身結(jié)構(gòu)

C25-XX井在原井筒?244.5 mm生產(chǎn)套管上開窗側(cè)鉆，懸掛?177.8 mm尾管+懸掛?101.6 mm篩管礫石充填完井，井身結(jié)構(gòu)見表1。

1.2" " 施工難點

1）防碰問題嚴重（見圖1）。其一，本井是趙東平臺后期開鉆的一口老眼開窗側(cè)鉆井，周圍井位眾多，防碰形勢十分嚴峻；其二，本井在997 m處與D23-26井設(shè)計分離系數(shù)（見表2）為1.34，本井在1 150 m處與ZDA-D27（HI）、ZDA-D27Pilot兩井設(shè)計分離系數(shù)為1.15，且需要從兩井中間穿過；其三，本井為開窗側(cè)鉆井，受老井套管磁干擾影響，測斜盲區(qū)大，出盲區(qū)后190 m左右就與鄰井有碰撞風(fēng)險；其四，本井使用ATK+AziTrak鉆具組合，測斜鄰長9.95 m，無近鉆頭方位可供參考。

2）井眼軌跡復(fù)雜（見圖2）。其一，甲方對狗腿精度要求高，不允許出現(xiàn)局部大狗腿，設(shè)計最大狗腿角4.93°/30 m，實鉆不能超過6°/30 m，接近工具造斜極限；其二，因為繞障、可用井位少、地質(zhì)要求高等原因，設(shè)計方位需要扭轉(zhuǎn)近155°；其三，著陸前可供調(diào)整的穩(wěn)斜段短；其四，因后期生產(chǎn)需要，泵段的狗腿精度要求非常高，必須保證小于1°/30 m。

3）地質(zhì)情況復(fù)雜（見圖3）。一是巖性多變，每次巖性變化都會對工具造斜能力造成很大的影響，極大增加了軌跡控制難度；二是鉆遇多個斷層，本井在947.5、1 362.57、1 915.58 m處都發(fā)育有斷層，將對施工產(chǎn)生一定影響；三是井眼清潔難度大、摩阻大、扭矩大；四是?215.9 mm井眼裸眼段長達1 697 m，下入?177.8 mm套管困難。

1.3" " 主要技術(shù)措施

第一，應(yīng)用SAQC（shallow-angle.QuickCut）Whipstock開窗工具進行開窗作業(yè)，用MWD定向工具定位，使斜向器成功坐掛，套管開窗施工一次完成；第二，優(yōu)選PDC鉆頭、MWD隨鉆測量工具，采用旋轉(zhuǎn)鉆進與滑動鉆進結(jié)合方式，控制開窗后的井眼軌跡；第三，為確保準確開窗，應(yīng)用了貝克休斯AutoTrak G3旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具進行全旋轉(zhuǎn)鉆進，提高鉆進速度；第四，選用麥克巴KCl-polymer有機鹽無固相體系，提高了鉆井液的抑制性、攜巖性和潤滑性，有效降低摩阻系數(shù)；第五，鉆進中進行ECD監(jiān)測，采取倒劃眼起鉆技術(shù)，進一步清潔井眼；第六，采用旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器系統(tǒng)，便于尾管下入，提高水泥漿頂替效率及固井質(zhì)量。

2" " C25-XX井施工情況

2.1" " 套管開窗

為了提高開窗的成功率，選用了244.5 mm SAQC Whipstock套管開窗系統(tǒng)，即斜向器+套管磨銑一體式斜向開窗工具。斜向器輸送到位后開泵循環(huán)，通過MWD測井斜方位，擺好方位后提高泵排量至36 L/s，下壓260 kN即完成了斜向器與磨銑工具的分離工作。開窗工具組合為：?203 mm SAQC Whipstock+?215.9 mm Lead mill+?215.9 mm Secondary Mill+?139.7 mm FlexMandrel+?215.9 mm Steering Mill+?165.1 mm DC x + ?211.9 mm MWD + ?165.1 mm DC+X/O+?139.7 mm HWDP+?139.7 mm DP若干。為了克服摩阻、鉆具彎曲影響以及滿足剪切斜向器銷釘和坐實斜向器的要求，采用倒裝裝具，即井口段鉆具中加?139.7 mm HWDP ×167.51 m，且全部采用?139.7 mm鉆具，提高了鉆壓傳遞效率。同時針對C25-XX井出測斜盲區(qū)后很快就到防碰點，即可供調(diào)整軌跡的井段很短的情況，在第一趟斜向器開窗施工時嚴格以設(shè)計工具面坐封，成功完成開窗。

2.2" " 井眼軌跡控制

如圖4所示實鉆掃描數(shù)據(jù)，830 m處D27井從本井上方14 m處橫向通過，測斜出現(xiàn)磁干擾；980 m處D23-26井在本井右下15 m處斜向通過，依然有磁干擾；1 150 m處需從D27 Pilot井和D27（HI）井兩井間穿行，一個在右下17 m，一個在左上20 m，測斜有磁干擾。為了抗磁干擾以最大限度降低防碰風(fēng)險，軌跡控制方面嚴格按照設(shè)計文件要求施工，及時調(diào)整工具面，卡準扭方位時機，并隨時對鄰井和設(shè)計軌跡進行防碰掃描。

套管開窗井難點就是窗口位置附近及一定進尺內(nèi)無法獲得準確的測斜數(shù)據(jù)，所以設(shè)計出窗造斜率時，以經(jīng)驗值為主，一般低于全井平均造斜率，實際操作中盡快遠離老井。如本井（見圖4）出窗后方位接近180°、井斜接近50°；容易出現(xiàn)動態(tài)方位偏差大，誤導(dǎo)預(yù)測值；出窗后很快就進行高造斜率、扭方位、穿防碰（見圖5）等高風(fēng)險作業(yè)，基于以上不利因素準確預(yù)測造斜率，保證造斜率施工精度就尤為關(guān)鍵。

現(xiàn)場實踐：出窗口5 m（721 m），更換馬達鉆具組合，保證出窗造斜率，同時保證底部鉆具不在窗口旋轉(zhuǎn)。鉆具組合為：?215.9 mm PDC Bit + ?171.5 mm Motor steerable + ?171.5 mm Stab string + ?177.8 mm sub stop + ?177.8 mm OnTrak MWD + ?177.8 mm BCPM +?177.8 mm NM Sub Stop + ?171.5 mm Stab string +?171.5 mm Stab filter + X/O + ?139.7 mm HWDP +?165.1 mm JAR +?139.7 mm HWDP +?139.7 mm DP +?139.7 mm HWDP +?139.7 mm DP。鉆壓60～120 kN，轉(zhuǎn)速120 r/min，排量32 L/s，泵壓11 MPa。

根據(jù)以往井?dāng)?shù)據(jù)設(shè)計合理的馬達造斜率，規(guī)劃適當(dāng)?shù)幕瑒雍托D(zhuǎn)井段，采用劃線法定向時嚴格控制工具面，確保足夠的扭方位狗腿，減少了后續(xù)地質(zhì)導(dǎo)向井段施工時軌跡調(diào)整的壓力。最終實際等效工具面與設(shè)計工具面僅相差2°。在最近防碰點實鉆的分離系數(shù)為1.41，大于設(shè)計的1.34。

在井眼軌跡控制方面，本井施工中為了保證實現(xiàn)設(shè)計中的大狗腿，選用的鉆井參數(shù)始終優(yōu)先保障ATK工具的造斜能力。尤其在測斜盲區(qū)井段施工時需嚴格控制相關(guān)參數(shù)，以保證軌跡不出現(xiàn)不可控的偏差。本井在扭方位井段施工時，為了防止因地層變化導(dǎo)致造斜率突降等被動情況發(fā)生，始終保持方位和軌跡施工精度適度超過設(shè)計要求。

地質(zhì)導(dǎo)向井段鉆井底部鉆具組合采用Azitrak（探邊GR，電阻率） + ATK（旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向頭），鉆具組合：?215.9 mm PDC Bit +?177.8 mm ATK Steerable Stab +?177.8 mm Flex Sub w/ Stab +?177.8 mm AziTrak - MWD + ?177.8 mm BCPM +?177.8 mm NM Sub - stop + ?165.1 mm NM Sub - float + ?171.5 mm NM Stab - string + ?127 mm Drill Pipe - Compressive + X/O Sub + ?139.7 mm HWDP + ?165.1 mm Jar + ?139.7 mm HWDP + ?139.7 mm DP + ?139.7 mm HWDP + ?139.7 mm DP。鉆井參數(shù)：鉆壓80～100 kN，轉(zhuǎn)速120 r/min，排量38 L/s，泵壓15 MPa。

1 000 m以前按設(shè)計需要從195°方位左扭至176°，留出防碰位移后，再次右扭至331°，全程方位變化155°，兩次穿越180°方位，穿越180°方位時井斜均在50°左右，造成的直接后果就是動態(tài)方位嚴重失真，嚴重影響扭方位狗腿計算。對此采取加密測斜的方法，在發(fā)指令前進行校驗；實鉆過程中優(yōu)化軌跡，使方位適當(dāng)提前，在保證位移的情況下無需扭到176°，實際只扭到178°就滿足了要求；減少在180°方位停留時間，以最快的速度遠離此方位。830～1 220 m 井眼軌跡緊貼設(shè)計軌跡線，最遠不超1.5 m，尤其在方位從南到北調(diào)頭的270°方位附近，更是對井斜和方位做了微調(diào)，二次設(shè)計出一個穩(wěn)斜只扭方位的井段，以確保軌跡走設(shè)計軌跡內(nèi)線調(diào)頭，降低軌跡控制的難度。

實鉆時根據(jù)各相鄰井的風(fēng)險高低做適度的井眼軌跡偏離。在需要從兩口井中間穿過時，為了保障高風(fēng)險井的安全，適度往低風(fēng)險井的方向偏離，以控制整體的防碰風(fēng)險。在1 150 m處與ZDA-D27（HI）、ZDA-D27Pilot兩井的防碰，實際軌跡控制適當(dāng)偏向沒有套管或HSE風(fēng)險較小的井，適當(dāng)提高與高HSE風(fēng)險井的分離系數(shù)和距離。通過分析兩口井的完井方式，考慮ZDA-D27Pilot井為裸眼完井，危害性遠低于ZDA-D27（HI）井，在實鉆過程中將軌跡控制在設(shè)計軌跡線偏右方，增大與ZDA-D27（HI）井的距離。最后雖然與低風(fēng)險的ZDA-D27Pilot井的分離系數(shù)從1.15降到1.05，但與高風(fēng)險的井分離系數(shù)從1.15增加到了1.21。

泵段作業(yè)需要在指定的深度達到指定的井斜和方位（1°以內(nèi)的造斜率要求），以及出泵段后緊隨的高造斜率增斜入窗設(shè)計，使得這段軌跡控制極其苛刻；通過動態(tài)數(shù)據(jù)計算，綜合考慮地層變化引起的鉆井參數(shù)及實時測井曲線的變化，準確預(yù)測工具實時的造斜能力以及鉆頭的實時井斜方位對于本井極其重要。實際操作中預(yù)留段長提前使井斜方位到位，預(yù)留方位考慮了漂移趨勢。

合理優(yōu)化鉆井參數(shù)縮短鉆時。本井在施工過程中，結(jié)合本地區(qū)施工經(jīng)驗，選用NOV產(chǎn)5刀翼TKC56鉆頭，很好地規(guī)避了因鉆遇泥巖層導(dǎo)致鉆頭泥包影響鉆時的不利因素；鉆進過程中根據(jù)地層變化實時調(diào)整鉆井參數(shù)，在滿足軌跡控制的前提下縮短鉆時。

該井嚴格按照設(shè)計要求施工，加之工具輸出穩(wěn)定，因而成功完鉆。完鉆井深2 635 m，最大井斜90.04°，垂深1 440.33 m，鉆遇油層168.5 m，油層鉆遇率較設(shè)計提高2%。

2.3" " 鉆井液技術(shù)

趙東C/D油田已鉆探了大量的開發(fā)井，為了更好地開發(fā)不同層位的油層，主要以鉆水平井和大斜度井為主，而且主力油氣層主要集中在明化鎮(zhèn)組下部及館陶組，埋藏較淺，地層較為疏松，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)鉆進，雖然鉆速快，但井底巖屑如果不能及時攜帶出井眼，就容易形成巖屑床，造成起下鉆困難、卡鉆等井下復(fù)雜情況，影響施工進度。為滿足施工要求，采用KCl-polymer鉀鹽聚合物水基泥漿。泥漿密度1.08～1.15 g/cm3，以鹽水（KCl）做基液配成無固相聚合物鉆井液，保持8%～10％濃度的KCL，通過嵌入式的陽離子（鉀離子）交換防止頁巖膨脹，K離子和聚合物為抑制劑，對上部地層具有較好抑制能力；用Pac LV 控制泥漿API中壓失水在指定范圍，MC-Vis調(diào)控流變性，維持6轉(zhuǎn)讀值，為井眼尺寸的0.8～1.2倍，以保持泥漿的高攜帶能力，保證井眼凈化。該泥漿體系可除去巖屑對鉆頭的黏合力，提高井眼清洗能力，從而降低鉆頭泥包和卡鉆的風(fēng)險。同時適當(dāng)增加循環(huán)時間，期間變排量循環(huán)，提高鉆具旋轉(zhuǎn)速度至120～160 r/min，提高大斜度井段和水平段的攜砂效果。

趙東C/D油田屬于“高孔高滲”油氣藏，在鉆開儲層段時（儲層專打）同樣采用一定比重的鹽水做基液，采用FLO-PRO鉆井液，密度為1.08～1.13 g/cm3。FLO-PRO鉆井液獨特的弱凝膠體系流變性保證了鉆井過程中的返砂效果，不高的黏度保證了機械轉(zhuǎn)速，縮短了儲層x的浸泡時間，高動塑比（gt;1）保證了攜帶性，提高鉆進速度。獨特的流變性是指泥漿的黏彈性，這種泥漿為與時間無關(guān)的假塑性流體，能有效阻止大斜度井和水平井鉆進時巖屑床的形成；高屈服值、高的低剪切速率黏度（LSRV），有效地阻止固、液相侵入地層，避免對井壁的沖蝕。滲透率恢復(fù)值高，滲透率恢復(fù)值可達90%以上[6-7]。

技術(shù)措施：其一，鉆井液比重在滿足井控的前提下盡可能低，流變性適度控制，以獲得低ECD值，減小壓差；其二，提高鉆井液的抑制性，降低濾液的表面張力和界面張力以降低對儲層的水鎖損害，減少有害固相進入油層，從而避免堵塞孔隙；其三，使用VIS提高泥漿黏度，保證泥漿攜砂性能，運用水力學(xué)軟件適度調(diào)整泥漿性能，結(jié)合工程參數(shù)，使其具有良好的井眼清潔能力；其四，加入Starch控制失水lt;5 mL，減少濾液對儲層的侵入；其五，充分發(fā)揮固控設(shè)備的作用，結(jié)合膠液稀釋控制泥漿LGS lt;3%，以減少劣質(zhì)固相對油層的污染；其六，如有需要，加入LUBE，保持泥漿良好的潤滑性，提高ROP，減少打鉆時間和短起下時間，大大縮短泥漿在井眼中的浸泡時間[8]。

2.4" " XPS-CUS-HR-X1液壓旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器與封隔器系統(tǒng)

使用尾管固井存在環(huán)空間隙小、水泥環(huán)薄、尾管居中度不高、易形成鉆井液“死區(qū)”難以頂替、巖屑沉積易堵塞、管內(nèi)留塞、管外低返、尾管下不到位等技術(shù)難題，為解決以上問題，該井采用XPS-CUS-HR-X1液壓旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器與封隔器系統(tǒng)，見圖6。該系統(tǒng)是當(dāng)前最先進的尾管掛系統(tǒng)[9]，不僅可以提高頂替效率及固井質(zhì)量，而且可以有效解決下套管遇阻技術(shù)難題。該系統(tǒng)包括：頂驅(qū)式水泥頭TDH；回接筒，10 ft（1 ft=0.304 8 m）長，7.5 in（1 in=25.4 mm）內(nèi)徑；固井用液壓旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器與封隔器系統(tǒng)（XPS-CUS-HR-X）；剪切式垃圾帽；HNG丟手送入工具；WRSM可回收式密封補芯；SWP帶球座的尾管膠塞；WLCS碰壓（膠塞）座和浮箍浮鞋。

Xpress尾管懸掛器系統(tǒng)是一套最優(yōu)的液壓坐封旋轉(zhuǎn)尾管掛，集高性能封隔器和液壓坐封尾管掛于一體。該尾管掛系統(tǒng)的主要組件包括：一體式封隔器和尾管掛、光面回接桶和送入工具，整個系統(tǒng)一次入井。這種結(jié)構(gòu)特征可以降低設(shè)備的失效風(fēng)險，防止井完整性被破壞，以應(yīng)對嚴苛作業(yè)條件。

該尾管掛系統(tǒng)具有以下特點：第一，一體式芯軸設(shè)計取消了內(nèi)部連接，免除連接件之間的泄漏風(fēng)險，提高了生產(chǎn)性能；第二，大扭矩的芯軸提供可靠的連接，通過轉(zhuǎn)動套管串來增加下壓力克服下放阻力，滿足或超過尾管扣的連接扭矩，有助于把尾管下入到設(shè)計位置；第三，順暢的旁通流道保障大排量液體流過尾管掛總成，提高鉆井液的流動性能，同時可降低施工泵壓，提高井眼和井壁的清洗效果，保證水泥環(huán)與地層的膠結(jié)質(zhì)量。

下套管時旋轉(zhuǎn)原理[10]：因為旋轉(zhuǎn)尾管掛的頂部封隔器有防提前丟手鎖塊機構(gòu)，所以下套管時旋轉(zhuǎn)套管不會造成提前丟手，此時扭矩傳遞過程如圖7所示。

管串結(jié)構(gòu)及扶正器安放：浮鞋+套管+浮箍+套管+碰壓座+套管+懸掛器+送入鉆具+旋轉(zhuǎn)水泥頭。

現(xiàn)場處理情況：在出套管鞋進入裸眼至1 678 m處遇阻，上提下壓150 kN無法通過。后上提活動管柱后，開泵頂通，并逐步將排量提高至11 L/s開泵循環(huán)，泵壓穩(wěn)定后，將排量降至9.5 L/s，然后緩慢下放未能通過。經(jīng)尾管工程師與鉆井監(jiān)督溝通后，決定選擇旋轉(zhuǎn)尾管方式進行下放。首先根據(jù)上部送入鉆具實際旋轉(zhuǎn)扭矩與尾管許用扭矩（10.3 kN/m）之和選定最大安全扭矩至12.5 kN/m，轉(zhuǎn)速緩慢提高至30 r/min，開泵至排量11 L/s，緩慢下放，旋轉(zhuǎn)扭矩最高至7.5 kN/m，尾管串在安全扭矩內(nèi)旋轉(zhuǎn)棳成功通過遇阻點。處理遇阻時尾管懸掛器處最大下壓載荷350 kN，最大上提載荷達920 kN。尾管懸掛器坐掛、丟手及固井作業(yè)順利，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。

3" " 結(jié)論

1）應(yīng)用QuickCupM套管開窗工具，通過MWD定位，一趟鉆完成定位、坐掛、開窗、修正窗口側(cè)鉆，減少了起下鉆次數(shù)，縮短了鉆井周期[2]。

2）應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、隨鉆測井及隨鉆測量等配套技術(shù)，提高了軌跡控制精度。該井眼軌道最遠偏離設(shè)計軌跡3.8 m，80%以上井段偏離距離在1 m左右，鉆遇油層168.5 m，油層鉆遇率較設(shè)計提高2%，達到了地質(zhì)設(shè)計目標。

3）井眼凈化工作困難，通過采用麥克巴高效能泥漿，合理運用倒劃眼等技術(shù)措施順利解決了這一難題。堅持鉆完每柱的劃眼、循環(huán)作業(yè)，保證井眼內(nèi)巖屑的有效攜帶。

4）采用XPS-CUS-HR-X1液壓旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器與封隔器系統(tǒng)，克服了大斜度井旋轉(zhuǎn)扭矩大及潛在的井眼臺階、巖屑床等井下復(fù)雜情況，有效解決了大斜度井尾管下入遇阻或下入不到位的問題。

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作者簡介：

李洪奎（1986—），男，河北冀州人，鉆井工程師，2009年畢業(yè)于承德石油高等專科石油工程專業(yè)，目前主要從事海上石油鉆井專業(yè)方面工作。Email：lihk.cpoe@cnpc.com.cn

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