孫慶仁，郭盛堂，孟祥波

(大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江 大慶 163411)

小井眼套管開窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)能使一大批停產(chǎn)井、報(bào)廢井、套損井、低產(chǎn)井等復(fù)活，提高油氣藏開采效率，使各類油氣藏有效開發(fā)，提高采收率和油氣井單井產(chǎn)量，降低綜合開發(fā)成本，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。為了改造低產(chǎn)井、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能上有所突破，大慶油田在松遼盆地東南斷陷區(qū)徐家圍子斷陷安達(dá)凹陷部署了達(dá)深CP302小井眼套管開窗側(cè)鉆水平井。

1 套管開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)難點(diǎn)

小井眼套管開窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)在世界各地已經(jīng)成為開發(fā)套損井、停產(chǎn)井、報(bào)廢井、低產(chǎn)井的一項(xiàng)有效的技術(shù)手段。在大慶油田深層鉆套管開窗側(cè)鉆水平井具有以下技術(shù)難點(diǎn):

(1)達(dá)深CP302套管開窗側(cè)鉆水平井是以營城子組為主力氣層的深層天然氣井，在鉆井過程中面臨著地溫梯度高，鉆遇地層可鉆性級值高、研磨性強(qiáng)，機(jī)械鉆速慢等難題;

(2)套管開窗側(cè)鉆水平井造斜井段短，只有160 m，造斜率高，達(dá)到15°/30 m，井眼軌跡控制難度大;

(3)儀器測量信息滯后(測點(diǎn)距鉆頭15 m)，預(yù)測鉆頭處井斜角、方位角與實(shí)際存在偏差，很難實(shí)現(xiàn)精確軌跡控制;

(5)由于造斜需在很短的井段內(nèi)完成，井眼曲率變化大，鉆柱在造斜井段會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，易造成鉆具的疲勞損害;特別在鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)，彎曲井段的鉆柱受交變應(yīng)力作用，鉆柱極易發(fā)生疲勞破壞，造成鉆具事故。

2 套管開窗側(cè)鉆水平井方案優(yōu)選

2.1 套管開窗位置優(yōu)選

套管開窗的最終目的是如何在原有套管的基礎(chǔ)上建立新的側(cè)鉆窗口，為后續(xù)的施工提供穩(wěn)定、安全的通道，因此套管開窗側(cè)鉆點(diǎn)的選擇尤為重要，必須系統(tǒng)綜合考慮多方面因素。

(1)開窗點(diǎn)位置原有套管的固井質(zhì)量要好:套管開窗點(diǎn)盡量選擇在水泥環(huán)分布均勻、固井質(zhì)量好的井段，力爭避開水泥竄槽、套管外無水泥井段。因此在確定套管開窗點(diǎn)前要參閱老井的固井聲幅資料。

(2)開窗點(diǎn)處地層的巖性穩(wěn)定:開窗點(diǎn)應(yīng)選在巖性穩(wěn)定的井段，避開易縮徑、易垮塌的地層，巖性的可鉆性也要考慮，最好選擇在巖性可鉆性好的井段，這樣開窗的難度會(huì)大大降低。

(3)窗口以上井段要密封良好:窗口以上井段的老井套管在以后的鉆井施工中要作為技術(shù)套管使用，必須保證開窗點(diǎn)以上套管能夠承受較高的套管內(nèi)壓。

(4)為后續(xù)鉆井施工創(chuàng)造有利條件:盡可能多選幾個(gè)開窗位置，分別對每個(gè)開窗點(diǎn)模擬做出開窗后小井眼的井眼軌跡剖面圖。比較剖面曲線，從中優(yōu)選出鉆進(jìn)裸眼井段較短，鉆井施工簡單、安全的開窗點(diǎn)，作為最佳開窗位置。

根據(jù)地質(zhì)靶點(diǎn)的要求，綜合考慮以上套管開窗側(cè)鉆位置優(yōu)選基本原則，結(jié)合井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)要求[1]，達(dá)深CP302井最終將開窗側(cè)鉆位置確定在2999.22 m。

2.2 套管開窗方式與工具優(yōu)選

目前國內(nèi)側(cè)鉆水平井套管開窗方式主要有鍛銑開窗和磨銑開窗[4]2種，如圖1所示。

鍛銑側(cè)鉆:即在設(shè)計(jì)側(cè)鉆位置將一段套管用鍛銑工具銑掉，然后在該井段注水泥，再用側(cè)鉆鉆具定向鉆出新井眼。優(yōu)點(diǎn)是:工藝易掌握，可靠性好;避免了套管的磁干擾，可用磁性測斜儀器定向鉆井。缺點(diǎn)是:套管鍛銑段長，有時(shí)需多次鍛銑才能完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

磨銑側(cè)鉆:即利用斜向器和銑錐開窗，在設(shè)計(jì)位置將套管磨穿而形成窗口，然后再用側(cè)鉆鉆具鉆出新井眼。優(yōu)點(diǎn)是:一趟鉆完成斜向器定向坐放，復(fù)式錐的應(yīng)用可使開窗和修窗一趟完成，節(jié)省起下鉆時(shí)間，易側(cè)鉆出新井眼，側(cè)鉆所需井段短。缺點(diǎn)是:套管對測量儀器有磁干擾，需要使用陀螺儀定向。

雖然磨銑開窗方式磁干擾井段長，由于斜向器可產(chǎn)生3°左右的初始井斜，有利于有磁環(huán)境下的定向施工，根據(jù)達(dá)深CP302井地質(zhì)及現(xiàn)場施工特點(diǎn)，經(jīng)過充分的工藝論證，選擇復(fù)式銑錐磨銑的開窗方式。

3 套管開窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)

3.1 套管開窗技術(shù)

3.1.1 斜向器的坐封

(1)斜向器下至井深2999.26 m時(shí)，緩慢下放至井底并下壓20～30 kN，緩慢開泵(泵沖5SPM)，時(shí)刻注意觀察泵壓變化(泵壓≯2 MPa)，仔細(xì)觀察井口是否有鉆井液，鉆井液返出后，緩慢開泵至MWD測量所需最小排量，測量斜向器斜面的初始方位，并算出需要調(diào)整的角度后，停泵，井口無返出后，上提鉆具，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具調(diào)整方位，緩慢將斜向器下放至井底并壓20～30 kN，再次開泵測量方位以至斜面方位與設(shè)計(jì)相同;方位調(diào)整好后，鎖緊轉(zhuǎn)盤上提斜向器至2999.26 m準(zhǔn)備坐掛。

(2)緩慢開泵憋壓至21 MPa，穩(wěn)壓5 min，壓降≯1 MPa，緩慢釋放泵壓歸零。

(3)下放鉆具加壓20～30 kN確認(rèn)斜向器是否坐住，確認(rèn)后開泵憋壓2～3 MPa，正轉(zhuǎn)24圈以上，丟手起出送入工具。

3.1.2 開窗工藝技術(shù)

套管開窗的關(guān)鍵是開窗工具的選擇使用和開窗時(shí)鉆、銑、磨三參數(shù)的合理配合[5]。

(2)磨銑參數(shù)及磨銑要求。

第一階段:從復(fù)式銑錐探到斜向器到球形體柱體段接觸導(dǎo)斜器。此段要輕壓慢轉(zhuǎn)，使之磨銑出一個(gè)均勻的接觸面，磨銑參數(shù)一般為:鉆壓0～10 kN，轉(zhuǎn)速40～50 r/min，排量8～10 L/s。

第二階段:從球形體柱體段接觸導(dǎo)斜器到復(fù)合銑錐底圓中心線出套管外壁。此段應(yīng)采用大鉆壓、中轉(zhuǎn)速磨銑，以達(dá)到快速切割的目的。磨銑參數(shù)一般為:鉆壓20～40 kN，(根據(jù)返出鐵屑的大小、形狀、轉(zhuǎn)盤負(fù)荷、憋鉆程度等適當(dāng)調(diào)整鉆壓)，轉(zhuǎn)速50～60 r/min，排量8～10 L/s。

第三階段:從復(fù)合銑錐底圓中心線出套管外壁到銑錐頭銑過套管進(jìn)入地層，此段銑錐頭一部分出套管外壁，大鉆壓磨進(jìn)易使銑錐提前滑到井壁，造成死臺階，影響后續(xù)鉆井作業(yè)，因此此段是保證下窗口圓滑的關(guān)鍵井段，易采用輕壓、中轉(zhuǎn)速磨進(jìn)。磨銑參數(shù)一般為:鉆壓5～10 kN，轉(zhuǎn)速50～60 r/min，排量8 ～10 L/s。

第四階段:從銑錐頭出套管到銑錐最大外徑段出套管，此段采用小鉆壓、中轉(zhuǎn)速磨進(jìn)，進(jìn)尺為一個(gè)銑錐長度。

第五階段:修窗。自窗口至窗底采取加壓0～5 kN，中轉(zhuǎn)速修整窗口，并鉆進(jìn)地層1.5～2 m，反復(fù)多次修整窗口，直到窗口暢通。

3.2 井眼軌跡控制技術(shù)

3.2.1 增斜段軌跡控制

本段施工的目的是增井斜和調(diào)整方位[2]，鉆具組合:118.00 mm BIT+95.00 mm LZ(1.75°～1.25°)+105.00 mm 箭型止回閥 +88.90 mm MWD+73.00 mm DP。施工中詳細(xì)記錄每個(gè)單根工作狀況，每鉆進(jìn)1～2 m測斜一次，計(jì)算井下螺桿鉆具的實(shí)際造斜率，預(yù)測井底井斜角和方位角，為下一步施工做好準(zhǔn)備，該段整體平均造斜率為3.06°～14.53°/30 m，能夠保證按照設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行施工，鉆進(jìn)至井深3337.58 m時(shí)準(zhǔn)確命中A靶點(diǎn)。

3.2.2 水平段軌跡控制

水平段施工要求鉆具具有很好的穩(wěn)平能力[3]，所以在施工中采用0.75°單彎雙扶螺桿配合LWD隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，鉆具組合:118.00 mm BIT×0.15 m+95.00 mm LZ×4.04 m+105.00 mm箭型止回閥×1.04 m+113.90 mm STB×0.51 m+88.90 mm MDP×18.96 m+73.00 mm DP。鉆進(jìn)過程中必須堅(jiān)持每個(gè)單根測量井斜角和方位角一次，如果有異常要加密測斜。采用滑動(dòng)和復(fù)合鉆進(jìn)方式調(diào)整井斜角和方位角，保證水平段在靶區(qū)范圍內(nèi)穿行，鉆進(jìn)至井深3600.00 m應(yīng)地質(zhì)導(dǎo)向要求井斜增加到95°，直至完鉆。

4 現(xiàn)場施工效果分析

達(dá)深CP302套管開窗側(cè)鉆水平井完鉆井深3768.00 m，水平段長430.42 m，中靶率100%，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)與實(shí)鉆技術(shù)指標(biāo)對比如表1所示，設(shè)計(jì)與實(shí)鉆垂直投影對比如圖2所示。

從以上數(shù)據(jù)指標(biāo)和垂直投影圖對比可以看出，在造斜段應(yīng)用螺桿鉆具可以達(dá)到對井眼軌跡的精確控制，在水平段施工中，由于后期水平段施工中目的層不穩(wěn)定，為了尋找最佳儲層，在鉆進(jìn)至井深3600 m時(shí)將井斜角增加到95°左右，使垂深偏離設(shè)計(jì)垂深，從而使設(shè)計(jì)線與實(shí)鉆線相分離，直至完鉆。

表1 達(dá)深CP302套管開窗側(cè)鉆水平井設(shè)計(jì)與實(shí)鉆技術(shù)指標(biāo)對比

圖2 達(dá)深CP302井設(shè)計(jì)與實(shí)鉆垂直投影對比圖

5 結(jié)語

(1)最佳開窗點(diǎn)的選擇是保證達(dá)深CP302井開窗側(cè)鉆成功的基礎(chǔ)。

(2)采用斜向器+復(fù)式銑錐，通過銑、磨、鉆三參數(shù)的合理配合，保證了該井的開窗側(cè)鉆成功。

(3)井眼軌跡控制技術(shù)是該井施工成功與否的關(guān)鍵，鉆進(jìn)過程中堅(jiān)持每米測斜，適時(shí)計(jì)算確定工具的實(shí)際造斜能力，保證精確中靶。

(4)達(dá)深CP302井作為大慶油田自主設(shè)計(jì)與施工的第一口深層小井眼套管開窗側(cè)鉆水平井，該井的鉆探成功，為今后深層套管開窗側(cè)鉆施工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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