側鉆井技術的現場應用

張長清

摘要：隨著油田的不斷開發，增產上效成為了主課題，能否充分利用現有的條件，把資源利用最大化成為首要工作。側鉆井就是其中的解決辦法之一，邊緣區塊井的鉆探落空、井下事故和老井的再利用等等，迫使我們選擇利用原井眼側鉆。本文簡單介紹側鉆井的發展、種類、以及施工的難點，，采取的成功措施等等。

關鍵詞：側鉆;裸眼回填;套管開窗;斜向器;套管段銑

1前言：

側鉆技術在國外起始于三十年代，于八十年代得到深入發展。我國于八十年代開始研究側鉆技術。該項技術在全國各油田得到了廣泛的推廣應用，并取得了明顯的經濟效益和社會效益，成為油田特別是老油區節支增效、節約挖潛的重要手段和措施。

側鉆技術是在普通定向鉆井技術的基礎上發展起來的，除具有普通定向井和水平井的共性之外，也有其自己的獨特性，正是這些獨特性才形成了專門的側鉆工藝技術。側鉆技術主要應用于：

（1）鉆井過程中套管內有落魚或落物而無法打撈不能繼續進行鉆井、完井作業。

（2）鉆井過程中因目標靶區調整，實鉆軌跡難以實現地質勘探目的。

（3）鉆井及采油過程中套管變形，影響生產。

（4）采油過程中砂堵砂埋嚴重，通過修井作業無法恢復生產的井。

（5）直井落空，偏離油層位置，經勘探其周圍還有開采價值油藏。

（6）有特殊作業要求的多底分支井等。

（7）油田開發后期，已無開采價值的井，為了節約鉆井成本，充分挖掘潛力，利用原井眼開窗側鉆成定向井開采邊角油氣藏。

2側鉆井技術分類

側鉆就是為了特殊的工藝需要，在原有井眼軌跡（直井、定向井、水平井等）的基礎上，使用特殊的側鉆工具使鉆頭的鉆進軌跡按照預先的設計偏離原井眼軌跡的過程。

井眼的側鉆技術一般分為兩種類型：

一是裸眼井內側鉆技術，即在裸眼井內打入水泥造成人工井底然后側鉆或條件允許時直接進行懸空側鉆形成側向井眼的工藝技術。

二是套管開窗技術，即依據設計要求，在套管內某位置開一窗口或銑掉一段套管，側向鉆出一新井眼，實現重新完井的工藝技術。

2.1裸眼內側鉆技術分類

2.1.1裸眼側鉆方式：

側鉆方式的確定主要考慮側鉆目的、井眼軌跡控制要求、完井與采油作業要求等。

（1）壓彎鉆桿法：在井斜較小的上部軟地層且井身質量要求寬松的情況下側鉆可采用此法。

（2）鐘擺吊打降斜法：主要于井斜較大的側鉆井。

（3）懸空側鉆法：主要用于分支井

（4）井下動力鉆具定向側鉆：廣泛應用。

通常的裸眼側鉆方法是在井眼中注一個水泥塞，通過這個水泥塞側鉆出新井眼。為了能順利側出新井眼，水泥塞作為支撐臺面必須要有足夠的強度，否則不能為側鉆提供必需的支撐力。這一點對硬地層尤為重要，因為若水泥塞的強度不夠，鉆頭得不到足夠的支撐就將鉆掉水泥塞，造成側鉆的失敗;特別是在深井中，由于出現了異常地層高溫以及井眼縮徑和大肚子，均會造成水泥塞質量不好。作為特殊應用，像多底分支井魚骨井則采用懸空側鉆。

2.1.2側鉆點位置的選擇：

（1）滿足側鉆側鉆井段的條件下，最大限度減少返工進尺的原則。

（2）宜選擇在井眼曲率較小的井段。

（3）側鉆點附近地層應相對穩定，可鉆性好。

2.1.3夾壁墻厚度的確定：

在側鉆井裸眼水泥塞候凝過程中，水泥漿中的自由水沿井眼高邊向上運移，造成水泥塞與地層膠結強度降低，并隨著井斜角增大，膠結強度呈下降趨勢。為有效封固井下落魚、防止新井眼垮塌，要求原井眼與側鉆新井眼之間有一強度及厚度均比較穩定的夾壁墻。一般要求夾壁墻厚度不小于原井眼直徑的1.5倍。

2.1.4裸眼側鉆軌跡設計

側鉆位置確定后，根據井下動力鉆具造斜率，利用井眼軌跡分析預測程序進行下部井眼軌跡修正設計，并利用井眼軌跡防碰分析軟件計算夾壁墻厚度。根據夾壁墻計算厚度重新校核側鉆點、修正側鉆軌跡，直至夾壁墻厚度滿足要求，方可正常鉆進。

2.1.5裸眼側鉆注意事項：

（1）水泥質量要求：

水泥的強度是側鉆的前提，只有能夠提過足夠強度的水泥才能給鉆具一個支持，提供一個側向的力，打磨井壁，進而造出個新眼。

（2）選擇一個合適的側鉆馬達工具：

大井斜井段、相對松軟地層可考慮合適角度單彎馬達側鉆;直井或堅硬地層可考慮彎接頭+直馬達側鉆。

（3）控時鉆進：

這點是側鉆的重點。側鉆大體分為兩個階段，第一個階段是造臺階，在這個階段需要鉆具慢慢地打磨井壁，在井壁造個臺階，需要控制比較慢的鉆時，大概在3-4h/m。在這個階段的砂子含量要達到70-80%才能成功。第二個階段是造新眼，這個階段根據地層的軟硬程度選擇提速與否。地層較軟建議提速，鉆時大約控制在1-2h/m，直到含砂達到100%。所以在整個側鉆過程控時鉆進是必須遵守的一項要求。

2.2套管開窗側鉆技術

套管開窗側鉆即是在套管某一部位采用銑削工具在套管上磨銑一個窗口然后定向側鉆出一新井眼的鉆井工藝。

套管開窗工具主要有兩種，一種就是采用斜向器，使用磨銑工具在套管上開一窗口，直接側鉆。另外一種是采用水力套管切割器，將套管磨銑掉一段（20—30米），然后采用常規的造斜方法進行側鉆。斜向器定向開窗成本小、周期短、開窗準確的優勢得到廣泛應用，作為主要闡述內容。

2.2.1 開窗點的選擇：

（1）側鉆位置的選擇應能滿足地質設計及完鉆目的的要求;

（2）選擇老井套管水泥封固質量良好的井段;

（3）斜向器的座封位置避開套管接箍和套管扶正器。

（4）窗口應避開復雜地層和套損井段。

（5）要盡可能利用老井眼，減少裸眼鉆進長度以縮短鉆井周期，節約成本。

（6）開窗位置應依據井史資料選擇地層穩定、可鉆性好的井段。

（7）避開斷層和地層軟硬交錯的井段。

（8）井徑規則且變化不大。

2.2.2斜向器定位：

（1）定位儀器選擇：

開窗點處井斜小于或等于4°時，須采用陀螺儀器定位。開窗點處井斜大于4°時，可采用隨鉆儀器（重力高邊法）或陀螺儀器定位。

（2）斜向器定位工具準備：

根據選用斜向器的連接扣型匹配與之配套的定向直接頭，并檢查定向鍵的固定情況確保牢固。

（3）斜向器入井前操作：

①地面試座健。地面驗證儀器引鞋與斜向器或定向直接頭定向鍵是否匹配、座鍵良好。

②鉆具水眼檢查，對入井鉆具進行通徑檢查，保證所有入井鉆具內徑大于陀螺儀器（有線隨鉆儀器）保護筒及引斜外徑4mm。

③角差測量，斜向器和定向直接頭連接后，定向井工程師與開窗工程師共同測量定向鍵與斜向器導斜面的角度差，并記錄。

④斜向器下入，鉆具組合：斜向器+定向接頭+加重鉆桿+18?正扣鉆桿。

將該組合下至預計開窗深度。下鉆過程中應控制鉆具下放速度并禁止開泵。下鉆遇阻時，應起鉆甩掉斜向器后進行通井。

⑤下入注意事項：

a下鉆前通井刮壁，大排量清洗井底，凈化泥漿（循環1周半至兩周）;

b 起吊時不要磕碰導斜器送入桿及坐掛卡瓦;

c 連接過程中打好背鉗，檢查中心桿內是否有雜物，用鉆具連接好導斜器向下輸送，下鉆要平穩。

d勻速下鉆，嚴禁中途擺鉆、頓鉆、溜鉆，控制下放速度，要求下鉆10～12柱鉆具。

e 遇阻不能強下，遇阻不能超過10kN。

f 下鉆上扣時備鉗一定要打死，嚴禁鉆具轉動，防止工具丟手。

g下鉆時嚴禁轉動鉆具和中途開泵，避免中途坐掛。

h 井口周圍收拾干凈，防止下鉆時有東西落入井內。

i 下鉆時每根鉆桿都要使管規進行通徑，鉆具外螺紋抹油。

⑥座鍵，斜向器下到預定位置后，下入儀器座鍵，上提下放3次且顯示工具面數值一致（指陀螺測斜儀和有線隨鉆測斜儀）。

⑦安放工具面，將工具面擺至所需位置，反復活動鉆具（9m～10m）至工具面穩定為止，做好原始記錄，鎖住轉盤（頂驅），斜向器定位工作結束。

2.2.3斜向器坐封

斜向器開窗側鉆中需要使用測量儀器完成斜向器的定向工作。以陀螺儀器坐封為例：在井口配接鉆具時需要測量定向直接頭與斜向器斜面方向的角差;陀螺測工具面時需要反復坐鍵三次，以驗證坐鍵是否成功;根據測量值調整工具面，并在鉆桿上做記號;鎖住轉盤等待扭矩釋放后大幅度活動鉆具，觀察記號位置是否變化，再次利用陀螺測量校準工具面;確認無誤后鎖住轉盤坐封。

（1）坐封步驟：

①斜向器下鉆到底后反循環洗井，沖洗直接頭循環套，防止陀螺坐鍵困難;

②斜向器下到位，陀螺定位，按工程設計調整斜向器工作面，陀螺的下放必須嚴格按照陀螺施工方的要求施工。

③陀螺儀器起出后，投球，接好方鉆桿，下放至設計深度.

④開泵打壓，第一次打壓22Mpa 穩壓5min，然后增加到26Mpa穩壓5min后泄壓。

⑤丟手：在原懸重基礎上下壓60-80kN，確認斜向器是否坐死，上提10kN正轉20～50圈，上提鉆具2～3m，然后回探20-40kN，確認丟手成功，起鉆。

（2）技術要求：

①當側鉆點處井斜小于4°時，必須采用陀螺儀器定位;當側鉆點處井斜大于等于4°時，可采用磁性測量儀器定位;

②地面驗證儀器引鞋與斜向器或定向直接頭定向鍵是否匹配、座鍵良好;

③丈量或了解入井鉆具內徑，保證入井所有鉆具內徑大于陀螺儀器（有線隨鉆儀器）保護筒外徑4mm以上;

④定向井工程師、儀器工程師和開窗工程師共同測量定向鍵與斜向器導斜面的角度差;

⑤下入斜向器。下鉆過程嚴格控制鉆具下放速度（小于20m/min），并且每下入鉆具500m灌鉆井液1次至井口返出;下鉆遇阻嚴禁猛沖、硬壓，應起鉆甩掉斜向器后進行通井，以防止封隔器提前座封。

2.2.4開窗施工

下入開窗鉆具組合：銑錐+加重鉆桿若干+18?正扣鉆桿或銑錐+鉆鋌2～4根+18?正扣鉆桿。開窗銑錐下至距斜向器頂部3～5m時，緩慢下放鉆具探到底方入，確定開窗井深并記錄，在方鉆桿上打好記號，每0.1m一格，以便開窗時根據銑錐所處位置調整鉆壓等參數。

斜向器開窗主要分為四個階段：

（1）初銑套管：

從銑錐接觸到導斜器至銑錐底部與套管壁接觸為開窗初始階段，在該井段應采用低壓慢轉磨銑出均勻的接觸面，磨銑施工參數：鉆壓控制在5kN以內，轉速在30～50r/min。直至井口返出鐵屑后方可按正常鉆壓和轉速磨銑。

（2）磨銑套管：

從銑錐底部接觸到內壁至銑錐底部與套管外壁接觸為磨銑套管階段，在該井段應輕壓快轉，均勻磨銑，磨銑施工參數：鉆壓控制在10～20kN，轉速在50～60r/min。并記錄正常的磨銑速度、觀察返出鐵屑數量。

（3）出套開窗：

從銑錐底部出套管至銑錐最大直徑部位完全出套管為開窗的出窗階段，該階段施工參數：鉆壓應控制在10～20kN，轉速在50～60r/min。當磨銑速度明顯低于正常磨銑速度時，更換開窗工具。開窗過程中用好凈化設備，并在泥漿槽出口處放置鐵屑吸附裝置，以清除鉆井液中的鐵屑！

（4）修窗驗窗：

銑錐完全出套管后，將鉆具上提至開窗點以上，提高轉盤（頂驅）轉速反復修整窗口，直至轉盤（頂驅）停轉、停泵狀態下鉆具上提下放無阻掛，即為開窗合格。施工參數：鉆壓應控制在5～20kN以內，轉速50～80r/min。

（5）循環起鉆：

起鉆前大排量充分循環，以徹底清除井筒內鐵屑。

（6）數據校核：

開窗工具起出后，確認外徑磨損小于或等于3mm，開修窗作業結束。否則再下入修窗工具修窗。應使用非磁性儀器驗證窗口處井斜角、方位角數據。依此做為下步待鉆軌道設計和定向側鉆的依據。

（7）通井試鉆：

開窗修窗結束后，下入鉆頭通井試鉆，試鉆進尺大于或等于10m，并大排量循環充分洗井，直至井內無鐵屑為止。

（8）開窗注意事項：

①為保證鐵屑充分攜帶反出泥漿黏度不低于80s。

②銑錐與鉆桿連接要牢固，防止銑錐脫落。

③開窗時要求司鉆加壓、送鉆要均勻，防止突然溜鉆，以免破壞窗口。

④開窗完成后，銑錐進出窗口時要放慢速度，防止別壞或掛壞窗口。

⑤開窗完成后，下其他工具進出窗口時要緩慢，防止刮壞或別壞窗口，影響后期施工。

⑥井口周圍收拾干凈，防止下鉆時有東西落入井內。

⑦井口高架槽或振動篩前段放置強磁打撈器，清除鐵屑，每2～3小時清理一次。

（9）起下鉆注意事項，起下鉆過程中，鉆頭至距窗口50m左右，應控制起下鉆速度，防止破壞窗口。

3裸眼側鉆的現場應用：

3.1施工背景：

SN3井是西部某油田一口探井（直井），241.3mm井眼鉆進至二開中完井深后，通井在井底鹽層段進行劃擴眼施工，不慎將鉆頭倒開落井導致回填側鉆。采取從5320m裸眼回填側鉆繞開落魚并與老井保值10以上防碰距離。

3.2施工過程：

（1）注水泥，預計在魚頂以上封固水泥約150～200m，關井侯凝12小時，開井侯凝36小時。

（2）下入常規鉆具掃塞以及做承壓試驗。動承壓一次120kN，五分鐘，鉆具無位移，鉆壓未下降;靜承壓一次120kN，五分鐘，鉆具無位移，鉆壓未下降。下側鉆工具前，保證井眼通暢，井下無復雜情況;側鉆鉆具組合下到底后能保持6m以上方余，方便側鉆

（3）下入側鉆鉆具：241.3mm牙輪鉆頭+185mm直馬達+178mm彎接頭（2°）+浮閥+231mm穩定器+176mm無磁鉆鋌*1根+176mmMWD懸掛短節+178mm鉆鋌*1根+139.7mm加重鉆桿*5柱+139.7mm鉆桿

（4）下鉆到底擺好側鉆工具面，劃槽作業1-2小時，同時調整泥漿參數減輕托壓現象;減少泥漿中的氣泡，避免影響儀器信號;

（5）控時3-4小時一米，保持工具面穩定，第二米開始可保持3小時一米速度側鉆，勤放少放。每1小時撈砂一次及時分析對比砂樣，若新砂樣逐步增多，水泥含量減少可相應加快鉆時，需定向井工程師、地質師或地址監督、鉆井工程師三方確認;由5320m側鉆至5332m，純鉆33小時，返出砂樣占比逐步上升到98%以上順利側鉆成功。

3.3施工總結：

安全、準確、快速開窗側鉆成功要做好以下幾點工作：

（1）確定合理的開窗位置;做好側鉆、開窗前準備：裸眼側鉆之前保證水泥塞強度;井眼通暢，開窗工具能夠順利到底。

（2）側鉆鉆具下井前調整好鉆井液性能（鉆完水泥塞后鉆井液會和水泥反應發生污染，造成性能下降），符合側鉆、開窗條件;側鉆鉆具到底后，利用劃槽時間，提高鉆井液潤滑性，避免托壓活動鉆具的現象發生，保證能夠連續側鉆鉆進。

（3）選擇符合實際施工需求的開窗工具。

（4）嚴格執行側鉆或開窗施工程序，不能冒然省工序、搶時間。

（5）做好每一步施工過程記錄，如出現異常情況及時分析，現場相關方協商共同制定可行方案。