裴學(xué)良

中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，中國·山東 東營 257000

傳統(tǒng)的裸眼側(cè)鉆主要是通過打水泥塞控時(shí)側(cè)鉆實(shí)現(xiàn)，其側(cè)鉆的成功率取決于地層巖石的抗壓強(qiáng)度、井下溫度/壓力、井斜、水泥塞深度、水泥塞質(zhì)量與候凝時(shí)間長短。非常規(guī)儲層、中硬地層或大斜度井施工過程中，傳統(tǒng)的注水泥裸眼側(cè)鉆方式具有極高的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。一些新的側(cè)鉆方法和相關(guān)工具可以有效提高裸眼側(cè)鉆的可靠性，并節(jié)省材料和時(shí)間成本。

裸眼側(cè)鉆；側(cè)鉆；裸眼錨定器；斜向器

1 引言

大部分的裸眼側(cè)鉆通常用于以下三種鉆井工況：（1）在探井中進(jìn)行側(cè)鉆作業(yè)；（2）在多分支井中進(jìn)行側(cè)鉆作業(yè)；（3）落魚繞障側(cè)鉆作業(yè)。所有這些都要求對側(cè)鉆方法和側(cè)鉆技術(shù)進(jìn)行全面的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)性評價(jià)，以便選擇最佳解決方案，實(shí)現(xiàn)側(cè)鉆目標(biāo)，重新建立正常的鉆井作業(yè)。

在裸眼井中，傳統(tǒng)的裸眼側(cè)鉆方法是先打水泥塞，在水泥硬化后下入定向鉆具組合，利用定向鉆具組合控制ROP 來進(jìn)行控時(shí)鉆進(jìn)。打水泥塞側(cè)鉆的成功率取決于地層巖石的強(qiáng)度、井下溫度/壓力、井斜、水泥塞深度、水泥塞質(zhì)量與候凝時(shí)間長短，打水泥塞側(cè)鉆失敗的后果是增加額外的起下鉆時(shí)間，再打新的水泥塞，增加了鉆井天數(shù)和重新調(diào)整井眼軌跡的時(shí)間。

然而，新的側(cè)鉆技術(shù)和相關(guān)工具的發(fā)展對裸眼側(cè)鉆應(yīng)用產(chǎn)生了顯著而積極的影響，有了這些新的工具和方法，裸眼側(cè)鉆的風(fēng)險(xiǎn)和作業(yè)的復(fù)雜程度被降低到了最低程度，使得比傳統(tǒng)打水泥塞側(cè)鉆更經(jīng)濟(jì)、更快速。

2 傳統(tǒng)打水泥塞側(cè)鉆的局限性及解決方案

傳統(tǒng)的打水泥塞側(cè)鉆方法通常是一種耗時(shí)、費(fèi)錢且常常不成功的方法。當(dāng)裸眼側(cè)鉆位置處于大斜度、小井徑、深井、高溫/高壓井段或者側(cè)鉆位置上部存在縮徑井段時(shí)，注水泥側(cè)鉆往往不能取得淺井的效果。在具有高溫高壓的更為深部的井段，水泥塞的強(qiáng)度一般不會高于其周圍地層巖石的強(qiáng)度，這就造成了很難將水泥塞作為一個(gè)“側(cè)鉆平臺”。

在大斜度井中，水泥漿析水聚集于井眼高邊，通常會形成一條水帶而影響固井質(zhì)量，不能形成一個(gè)高強(qiáng)度的水泥塞，側(cè)鉆將非常困難。為了達(dá)到最終側(cè)鉆成功的目的，通常需要多次打水泥塞作業(yè)，側(cè)鉆施工的風(fēng)險(xiǎn)性增加，經(jīng)濟(jì)效益變差。因此，需要一種創(chuàng)新的技術(shù)解決方案來消除這種傳統(tǒng)水泥塞側(cè)鉆方法有關(guān)的不確定性。[1]

深水勘探領(lǐng)域中大斜度井、硬/研磨性地層和非常規(guī)油藏勘探正變得越來越普遍，由此所帶來的新的挑戰(zhàn)進(jìn)一步加劇了對新方案的需求。針對這種需求，勝利鉆井院在跟蹤全球最新的裸眼側(cè)鉆技術(shù)和應(yīng)用案例的基礎(chǔ)上，推出了針對不同鉆井情況下的裸眼側(cè)鉆綜合性的技術(shù)解決方案，包括創(chuàng)新工具、技術(shù)和詳細(xì)的側(cè)鉆作業(yè)程序。

綜合解決方案主要包括兩大類應(yīng)用，每一類應(yīng)用都包含兩個(gè)適合所期望目標(biāo)的側(cè)鉆系統(tǒng)選項(xiàng)：

（1）主井眼需要打水泥塞隔離——采用注水泥裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)。

（2）主井眼未來需要作業(yè)重入——采用非注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)。

3 注水泥裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)

出于當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)要求或者作業(yè)安全考慮，主井眼需要打水泥塞隔離封堵的情況下，建議采用注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)。包括帶錨定器的注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)和不帶錨定器的注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)兩種解決方案。方案的選擇具體取決于井底位置和預(yù)定的側(cè)鉆點(diǎn)深度。

3.1 帶錨定器的注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)

在非常規(guī)油藏勘探的探井中，特別是新開發(fā)的油田幾乎沒有可供參考的鄰井?dāng)?shù)據(jù)。在這類油田中，在確定產(chǎn)層在哪些層、確定剩余的可采儲量在何處以及在何處側(cè)鉆水平分支井眼等方面都存在重大挑戰(zhàn)。鉆達(dá)最佳產(chǎn)油區(qū)的側(cè)鉆點(diǎn)可能位于距離井底幾百米的地方。此外，出于地方法規(guī)要求或出于安全考慮，主井眼需要打水泥塞隔離封堵側(cè)鉆點(diǎn)位置以下的井眼段。

帶錨定器的注水泥裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)部件組成如圖1所示，具體包括如下：

（1）可回收注水泥插管，給系統(tǒng)下面注水泥，以隔離系統(tǒng)以下的井段。

（2）為定向鉆井鉆具組合提供支撐面斜向器。

（3）液力膨脹裸眼錨定器，與井壁形成三點(diǎn)式牢固接觸，防止斜面轉(zhuǎn)動。

（4）系統(tǒng)下方的長尾管，用于將水泥漿輸送到井底。

該系統(tǒng)可以一趟鉆完成側(cè)鉆工具送入、定向、坐掛、注水泥和注水泥插管的回收。主要技術(shù)優(yōu)勢在于：裸眼側(cè)鉆點(diǎn)深度不受限制，斜向器鋼制斜面避免了傳統(tǒng)打水泥塞側(cè)鉆多次重復(fù)作業(yè)的不確定性，不需要等待水泥凝固即可進(jìn)行側(cè)鉆施工，從而節(jié)約了作業(yè)總體費(fèi)用。

非常規(guī)頁巖油氣田中典型的做法是：先鉆一個(gè)直導(dǎo)眼，了解所鉆遇的油氣藏的特性，收集數(shù)據(jù)，確定側(cè)鉆水平分支井眼的目標(biāo)層，再確定造斜點(diǎn)并確定側(cè)鉆點(diǎn)以下主井眼的封隔標(biāo)準(zhǔn)。主井眼的隔離是通過在分支井眼之下注水泥實(shí)現(xiàn)的，注水泥結(jié)束后，注水泥插管回收起出井眼，下入定向鉆具組合進(jìn)行下一步的側(cè)鉆作業(yè)。為增加側(cè)鉆系統(tǒng)的牢固性，水泥漿可以返到斜向器頂部以上。

3.2 不帶錨定器的注水泥裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)

該系統(tǒng)適用于具有“硬底”的情形，“硬底”可以是牢固的落魚頂部，或者是直導(dǎo)眼的井底。該系統(tǒng)同樣適用于硬化水泥塞或者膨脹封隔器形成的人工井底。上述兩種情況下，均需要一段短的尾管或者一節(jié)高度調(diào)整短節(jié)，將側(cè)鉆位置調(diào)整到希望的側(cè)鉆點(diǎn)高度。

圖2 為不帶錨定器的注水泥裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)的部件組成。該系統(tǒng)的送入工具、注水泥插管、斜向器同帶錨定器的注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)部件可以實(shí)現(xiàn)互換通用，但沒有液壓膨脹的裸眼錨定器，并且需要高度調(diào)整短節(jié)滿足側(cè)鉆點(diǎn)設(shè)計(jì)要求。調(diào)高短節(jié)以下可以根據(jù)不同情況選擇不同的鉆具組合。當(dāng)落魚的頂部剛好為一個(gè)打撈頸時(shí)，可采用卡瓦打撈筒將斜向器固連到落魚上，該方法需要采用一個(gè)帶雙導(dǎo)向筒且同時(shí)帶有左旋和右旋卡瓦的卡瓦打撈筒，這樣才能避免系統(tǒng)錨定后不會再發(fā)生轉(zhuǎn)動。如果落魚的頂部為一個(gè)母扣，調(diào)整短節(jié)下邊可以安裝一個(gè)與落魚匹配的公扣與之相匹配，并需要在斜向器和調(diào)高短節(jié)之間安裝井下定向旋轉(zhuǎn)頭以調(diào)整斜面方位。當(dāng)然，最簡單的施工是將斜向器系統(tǒng)及尾管用水泥封固，等水泥完全固化后再進(jìn)行側(cè)鉆作業(yè)。[2]

圖2 不帶錨定器注水泥裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)組成

采用不帶錨定器的注水泥裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)同樣適用于任何井深的裸眼側(cè)鉆，而且分支眼之下的水泥塞長度可控。此外，該系統(tǒng)還可應(yīng)用于事故井的處理，可以為落魚事故井處理提供更多的選擇。

4 非注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)

當(dāng)后續(xù)作業(yè)需要再次進(jìn)入主井眼的情況下，建議使用非注水泥系統(tǒng)。在這種情況下，側(cè)鉆系統(tǒng)可以在完成分支眼后全部回收出井。與注水泥系統(tǒng)一樣，取決于井眼剖面和施工需求，該系統(tǒng)也有兩個(gè)可用的選項(xiàng)。[3]

4.1 一趟鉆非注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括一個(gè)連接在斜向器頂部的鉆頭，一旦錨定器在所需深度坐掛后，依靠反復(fù)上提下放鉆具使鉆頭與斜向器分離，就可以開始側(cè)鉆鉆進(jìn)了。一趟鉆非注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)適用于中硬以上地層，不需要注水泥封固。系統(tǒng)允許牙輪鉆頭、PDC 鉆頭或孕鑲金剛石鉆頭與造斜器連接，鉆頭類型具體取決于側(cè)鉆點(diǎn)附近地層的性質(zhì)。[4]

一趟鉆非注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)包括：與斜向器連接一體式鉆頭、一體式斜向器和液力膨脹錨定器。此外，為滿足施工工藝要求，一般需要與之配套多次開關(guān)旁通循環(huán)閥和送人工具。圖3 為一趟鉆非注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)多種可選擇鉆頭與斜向器連接機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 連接在斜向器上的多種鉆頭

一趟鉆非注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)對地層和井眼的要求較嚴(yán)格，但可以消除打水泥塞側(cè)鉆的不確定性，特別適合于深井中硬-硬地層的裸眼側(cè)鉆。

4.2 兩趟鉆非注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括一個(gè)連接在斜向器上部的送入桿，當(dāng)錨定器在側(cè)鉆深度坐掛后，憋壓并倒扣，使送入桿與斜向器分離。兩趟鉆非注水泥側(cè)鉆系統(tǒng)可用于中硬-硬地層的裸眼側(cè)鉆，不需要注水泥封固。此外，該系統(tǒng)可以應(yīng)用于井眼軌跡中含有多個(gè)狗腿和嚴(yán)重狗腿的情況下，在抵達(dá)側(cè)鉆點(diǎn)的下鉆過程中可以無障礙地通過這類彎曲井段，主要原因是該斜向器與錨定器通過鉸接連接，斜向器上部尖頂位置的貼邊性更好。斜向器一旦液壓錨定、送入桿回收出井后，接下來的第二趟鉆便可下入側(cè)鉆定向鉆進(jìn)組合了。[5]

圖4 給出了系統(tǒng)的各個(gè)部件，該系統(tǒng)包括：與送入桿連接的上接頭、送入桿、斜向器、鉸接接頭、錨定器、破裂盤接頭、尾管以及配套施工工藝所需要的多次開關(guān)旁通閥和送入工具。一旦完成錨定坐掛后，斜向器就會被牢牢地固定，等待側(cè)鉆定向BHA 的到來。

圖4 兩趟鉆非注水泥裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要技術(shù)優(yōu)勢包括：特別適用于非常規(guī)油氣藏勘探井或者深井、超深井裸眼側(cè)鉆；系統(tǒng)回收出井后，可以重新進(jìn)入主井眼；可以通過兩趟鉆最大限度地減少嚴(yán)重狗腿度所帶來的風(fēng)險(xiǎn)；消除了打水泥塞側(cè)鉆的不確定性。

5 工具結(jié)構(gòu)參數(shù)

四種系統(tǒng)配合它們相關(guān)的作業(yè)程序可以應(yīng)對大部分具有挑戰(zhàn)性的裸眼側(cè)鉆，根據(jù)遇到的不同的問題，這些系統(tǒng)可以很容易地進(jìn)行改進(jìn)以滿足具體要求。

目前勝利鉆井院共提供四種尺寸系列的裸眼側(cè)鉆工具，每個(gè)系列包括四種類型側(cè)鉆工具，并配套相應(yīng)的多次開關(guān)循環(huán)閥和送入工具。工具外徑與適用井眼如表1所示。

表1 OHS 系列裸眼側(cè)鉆工具參數(shù)表

圖5 為裝配好的液壓膨脹裸眼錨定器實(shí)物圖，目前四種系統(tǒng)的主要配套工具已經(jīng)通過了室內(nèi)功能測試和可靠性評價(jià)，待有井位需求準(zhǔn)備進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。

圖5 液壓膨脹裸眼錨定器實(shí)物圖

5 結(jié)論

四種裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)為解決裸眼側(cè)鉆所面臨的挑戰(zhàn)提供了清晰的解決思路和解決方案；這些系統(tǒng)消除了與傳統(tǒng)打水泥塞側(cè)鉆有關(guān)的不確定性，相對傳統(tǒng)注水泥側(cè)鉆工藝，節(jié)約成本，提高作業(yè)安全可靠性；四種裸眼側(cè)鉆系統(tǒng)主要配套工具已經(jīng)通過了室內(nèi)功能測試和可靠性評價(jià)，可以為具體施工提供技術(shù)支持。