套管開窗和小井眼側鉆水平井工藝的應用

鄭強

1.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司 第三鉆井工程分公司 （天津 300280）

2.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司 石油工程監督分公司 （陜西 西安 710016）

XXX井是塔里木盆地的一口老井側鉆水平井，該井于2010年1月13日7時30分開工至2010年5月9日8時30分完井，共用時115.92天，總進尺836.50m。

1 套管開窗

1.1 開窗側鉆方法的選擇

常用的套管開窗側鉆的方法有2種：①固定斜向器開窗。利用開窗工具和斜向器的作用，對套管某側進行定點切削，在井內套管上開出具有一定長度和幾何形狀的窗口，經過修窗后形成一個光滑的窗口。②鍛銑器開窗。采用擴張式截斷鍛銑器（銑刀），在套管內預計部位切割磨銑掉一段套管，形成窗口[1-3]。XXX井使用的是第二種方法。

1.2 井眼準備

1.2.1 起油管作業

正擠1.20 g/cm3壓井液15m3，環空反擠1.25 g/cm3壓井液32m3，油壓、套壓降為0MPa，開井觀察1.5倍換裝封井器時間。正擠1.20 g/cm3壓井液15m3，環空反擠1.25 g/cm3壓井液32 m3，換裝封井器并試壓。

正擠 1.25 g/cm3壓井液 15m3，反擠 1.25 g/cm3壓井液50m3，開井觀察1.5倍起油管作業和下鉆刮壁時間，進行起油管作業和刮壁作業。下入177.8mm(7″)刮壁器至5 456m，5 283~5 399m反復刮壁3次，循環替出井內泥漿。

1.2.2 鉆井液的準備

在鍛銑的過程中，為使鍛銑產生的鐵屑充分返出地面，鉆井液應具有表觀黏度低、動塑比高、低剪切速率、懸浮能力強等特點。在鍛銑的過程中要間斷地過稠鉆井液，保證鐵屑的返出率。XXX井使用鉆井液漏斗黏度：100~120s；初切3~8Pa；終切7~15 Pa。

1.2.3 坐封機橋

下機橋鉆具組合：Φ143mm橋塞×0.5m+送入工具×3.46m+Φ88.9mm鉆桿。下鉆送橋塞至5 470 m，投入32mm鋼球，候球入座60min，正打壓10-15-21MPa，各穩壓5min，上提鉆具機橋丟手，下探2次，加壓80 kN，機橋無位移。試壓15 MPa，穩壓20min，壓力未降，機橋密封合格。實現封隔下部油氣層。

1.2.4套管鍛銑

鍛銑鉆具組合：Φ141 mm段銑工具×1.03 m+Φ120mm鉆鋌×83.9m+Φ88.9mm鉆桿。

下鉆：鍛銑工具入井前檢查刀片是否靈活，刀片應開合自如、到位。組合鉆具后應用細鐵絲將刀片纏好，避免刀片露出鍛銑工具本體以外。入井時，應在井口扶正，防止刀片刮碰井口而提前張開。下鉆過程中要控制下放速度，嚴禁猛剎猛頓，中途遇阻，不能硬壓、下砸，遇阻不能超過10 kN，防止刀片張開。下鉆到位后要反復校正井深。如一次不能完成鍛銑工作，第二次下入鍛銑工具時鉆具組合應裝有浮閥，防止鐵屑堵塞水眼造成不能開泵。

切割：校正完井深后（鍛銑點要避開套管接箍），將剎把剎住，慢慢開啟轉盤，轉速調整為50～60 r/min，逐漸開泵，排量調整到12 L/s，每15min記錄一次泵壓。如果泵壓下降1～2MPa，說明銑刀已完全打開，慢慢下放鉆具，有鉆壓則證明套管已被切開。切割時間應盡量長，防止出現套管剝皮現象，造成切割失敗。

鍛銑：套管切割成功后，記錄正常泵壓，逐漸施加鉆壓20 kN，定期活動鉆具，每鍛銑0.5m或30min大幅度活動鉆具一次，根據情況把工具提至上窗口附近，然后再開泵通至下窗口；每鍛銑1.5～2.0m循環1.5周，根據返出鐵屑情況隨時調整活動間隔和循環時間；如果第一次鍛銑鐵屑返出效果不好,就要下鉆頭通井至下窗口以下100m,進行大排量循環,使上部套管內鐵屑返出,再下鉆到底進行鍛銑；在鍛銑過程中密切關注泵壓和扭矩等參數變化，防止憋泵或鐵屑堵塞工具；每鍛銑10~12m下鉆頭通井。

起鉆：鍛銑過程中出現加不上鉆壓，經反復開泵無效，應起鉆換刀片。起鉆前應充分循環鉆井液，如地面測得鐵屑返出率低于90%，可以通過過稠塞的方式提高鐵屑返出率。銑刀處上窗口時，應注意控制起鉆速度，防止刀片沒有復位而被提斷，造成井下落物。

1.3 注意事項

1）下鉆過程中要控制下放速度，嚴禁猛剎猛頓，防止刀片提前張開。

2）鉆井液性能要滿足攜帶鐵屑的要求，鐵屑返出率應在95%以上。

3）在地面做好返出鐵屑收集工作，防止鐵屑再次入井造成堵塞水眼。

4）鉆壓不可施加過大，防止壓斷刀片或造成套管剝皮現象。

5）再次下入鍛銑工具時，鉆具組合中應安裝浮閥，防止鐵屑堵塞水眼。

2 小井眼側鉆水平井

2.1 側鉆前準備

穩固的人工井底。側鉆前必須準備好穩固的人工井底[4]，下入的定向鉆具才有堅實的支點，保障側鉆成功。XXX井鍛銑井段為5 305～5 331.5m，注水泥塞至5 221m，下入鉆具鉆塞至5 305.7m，做承壓實驗：下壓15 t無位移，確認水泥塞符合側鉆要求。

2.2 側鉆定向施工段

其難點在于需要在較短的井內側鉆出去，因為套管開窗段長只有20~30m，所以一般15m以內鉆頭就應完全離開老井眼。在實際操作中要嚴格控制鉆時，每0.5m取砂樣分析側鉆情況。

1）第一、二趟側鉆：Φ152.4mm鉆頭×0.19m+Φ120mm螺桿（2.75°）×6.32m+Φ121mm無磁×3.03m+Φ121mm無磁懸掛×5.39m+Φ121mm311/NC350S接頭×0.5 m+Φ120 mm 鉆鋌×27.43 m+Φ126 mmNC351S /310接頭×0.5 m+Φ88.9 mm加重鉆桿×280.1m+Φ88.9mm鉆桿。

2）在側鉆時，必須控時鉆進，一般為0.5m/h，隨時注意鉆時和返砂情況，在側鉆至返出巖性由水泥完全轉變為地層巖石時確定側鉆成功。采用吊打的方式鉆進，導致在此期間鉆時較慢。

第三趟鉆：Φ152.4mm鉆頭×0.24m+Φ120mm螺桿（1.75°）×6.32m+Φ127mm浮閥×0.51m+Φ121mm無磁×3.03m+Φ121mm無磁懸掛×5.39m+Φ88.9mm無磁抗壓縮鉆桿×9.28 m+Φ88.9 mm加重鉆桿360.94m+Φ88.9mm鉆桿。

施工井段5 315.35~5 328 m；進尺12.65 m；純鉆21.5 h；機械鉆速0.59m/h。

井斜0.17°～5.1°，平均造斜率11.69°/30m。

HA517G牙輪鉆頭配合螺桿使用，使用壽命較短，但工具面易控制，造斜率較高，考慮到井較深，起下鉆時間較長，起鉆更換PDC鉆頭，增加純鉆時間以保證進尺。

3）第四趟鉆：Φ152.4 mmPDC鉆頭×0.24 m+Φ120mm螺桿（1.75°）×6.32m+Φ127mm浮閥×0.51 m+Φ121mm無磁×3.03m+Φ121mm無磁懸掛×5.39 m+Φ88.9mmm無磁抗壓縮鉆桿×9.28m+Φ88.9mm加重鉆桿×360.94m+Φmm88.9鉆桿。

施工井段5 328~5 369.94 m，進尺41.94 m，純鉆36 h，機械鉆速1.17m/h。

井斜5.1°～16°，平均造斜率7.08°/30m。

在剛側鉆出去的井段，糾正井眼軌跡尤為重要，而采用PDC鉆頭控制井眼軌跡較牙輪鉆頭差，隨起鉆換牙輪鉆頭，以保證井眼軌跡符合設計要求。

4）第五趟鉆：Φ152.4mm鉆頭×0.19m+Φ120 mm螺桿（1.5°）×6.33m+Φ127 mm浮閥×0.51m+Φ121mm無磁×3.03m+Φ121mm無磁懸掛×5.39m+Φ88.9mmm無磁抗壓縮鉆桿×9.28m+Φ88.9mm加重鉆桿×360.94m+Φ88.9mm鉆桿。

施工井段5 369.94～5389.81m，進尺19.87m，純鉆20 h，機械鉆速0.99m/h。

井斜16°～19°，平均造斜率4.53°/30m。

HA517G牙輪鉆頭配合螺桿使用，使用壽命較短，但工具面易控制，造斜率較高?？紤]到井較深，起下鉆時間較長，起鉆更換PDC鉆頭，增加純鉆時間以保證進尺[5]。

5）第六、七、八、九、十趟鉆：Φ152.4mmPDC鉆頭×0.25m+Φ120mm螺桿（1.5°）×6.31m+Φ127mm浮閥×0.51m+Φ121mm無磁×3.03m+Φ121mm無磁懸掛×5.39m+Φ88.9mmm無磁抗壓縮鉆桿×9.28m+Φ88.9 mm加重鉆桿×28.09 m+Φ88.9 mm鉆桿×230.95m+Φ88.9mm加重鉆桿×308.08m+Φ88.9mm鉆桿。

施工井段5 389.81～5 920m，進尺530.19m，純鉆430.5 h，機械鉆速1.23m/h。

井斜19°～69°，平均造斜率2.8°/30m。

第十趟鉆下鉆鉆進19 h后無進尺起鉆檢查，PDC鉆頭磨損嚴重。判斷為鉆至礫巖段，下部井段采用牙輪鉆頭鉆進。

6）第十一、十二、十三趟鉆采用HA517G牙輪鉆頭鉆進，鉆具組合：Φ152.4mm鉆頭×0.19m+Φ120mm螺桿（1.5°）×6.28m+Φ127mm浮閥×0.51m+Φ121mm無磁×3.03m+Φ121mm無磁懸掛×5.39m+Φ88.9mmm無磁抗壓縮鉆桿×9.28 m+Φ88.9 mm加重鉆桿×56.12m+Φ88.9mm鉆桿×635.37m+Φ88.9mm加重鉆桿280.05m+Φ88.9mm鉆桿。

進尺井段5 920～6 004m，進尺84m，純鉆30 h，平均機械鉆速2.8m/h.

井斜69°～70.8°，平均造斜率0.64°/30m.

考慮到礫巖含量低，而HA517G牙輪鉆頭配合螺桿使用，使用壽命較短，但工具面易控制，造斜率較高?？紤]到井較深，起下鉆時間較長，起鉆更換PDC鉆頭，增加純鉆時間以保證進尺。

7）第十四、十五趟鉆采用PDC鉆頭鉆進，鉆具組合：Φ152.4 mm鉆頭×0.25 m+Φ120 mm螺桿（1.5°）×5.43m+Φ127mm浮閥×0.51m+Φ121mm無磁×3.03m+Φ121mm無磁懸掛×5.39m+Φ88.9mmm無磁抗壓縮鉆桿×9.28 m+Φ88.9 mm加重鉆桿×56.12m+Φ88.9mm鉆桿×634.75m+Φ88.9mm加重鉆桿×280.05m+Φ88.9mm鉆桿。

進尺井段6 004～6 088m，進尺84m，純鉆65 h，平均機械鉆速1.29m/h。

井斜70.8～84.2°，平均造斜率4.79°/30m.

在鉆至6 088m后，因設計更改，下127mm（5″）套管固井，下部井眼較小，無法進行定向鉆井。

8）第十六趟鉆采用PDC鉆頭鉆進，鉆具組合：Φ104.8mm鉆頭×0.2m+2A30/2A10S接頭×0.61m+Φ60.3mm鉆桿×1 333.37m+2A11S/310接頭×0.53m+Φ88.9mm鉆桿。

鉆進至6 142.45m發生漏失，泵壓由28.6MPa降至26.2MPa，井口失返，強鉆至井深6 144m完鉆。

2.3 工程技術措施

1）造斜段：地面認真檢查測試入井工具和儀器，確保無問題才能入井；入井工具檢查探傷，根據標準扭矩上扣；監測好井眼軌跡變化情況，判斷側鉆是否成功；側鉆成功后，定向用1.25°～1.50°導向馬達；確認新井眼距老井眼偏離2m，新砂樣達90%可確認進入新井眼，方可加鉆壓鉆進；不超過150m起鉆換通井鉆具通井一次，在斜井段短起下一次。井斜超過50°短起下時采取倒劃眼措施；每次起鉆前大排量循環4周，充分清洗井眼。

2）水平段：地面認真檢查測試入井工具和儀器，確保無問題才能入井；入井工具檢查探傷，根據標準扭矩上扣；鉆時慢及時大幅度活動鉆具、防卡；水平段鉆進采用導向鉆進，MWD跟蹤測量，保證井眼質量；根據穩斜情況決定每打1單根停鉆測斜一次，保證井斜數據準確；要求接單根快速，做到早開泵、晚停泵。

3 結論

1）開始側鉆井時，為保證在鍛銑井段能順利側鉆出新井筒，采用吊打的方式，在側鉆至返出巖性由水泥完全轉變為地層巖石時確定側鉆成功。采用吊打的方式鉆進，導致在此期間鉆時較慢。采用的牙輪鉆頭壽命短，用了兩只牙輪鉆頭，才造出新井眼、井斜起來后起鉆更換鉆頭進行定向施工。

2）靶前位移小，造斜率高，井斜起的快，在滑動鉆進時,托壓嚴重，出現鉆壓不能有效傳遞到鉆頭，給施工帶來極大的困難。

3）XXX井的泥漿性能有待改進，到井斜70°以后，滑動鉆進定向需要加壓超過16 t，可見托壓較嚴重。因此選用優質的泥漿，保證井下安全的同時，泥漿的流變性、懸浮性和潤滑性均達到設計要求，才是順利、快速鉆井的前提。