大斜度井開窗側(cè)鉆技術(shù)及其在渤海油田的應(yīng)用

馬立，王昆劍，劉鵬飛，陶林，席江軍，王攀

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司（天津 300452）

2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司（天津 300459）

渤海油田是中國(guó)海上最大的油田，主要通過(guò)規(guī)模性打樁建造海上生產(chǎn)平臺(tái)設(shè)施，以集中布置叢式井模式，經(jīng)濟(jì)高效地開發(fā)海底油氣藏。因油藏構(gòu)造特點(diǎn)和空間區(qū)域受限的雙重因素，通過(guò)加密布置大斜度井、水平井以提高采收率，完善注采井網(wǎng)[1]。隨著渤海油田的持續(xù)開發(fā)，早期油田逐漸進(jìn)入開發(fā)中后期，在生產(chǎn)平臺(tái)槽口有限的條件下，開窗側(cè)鉆技術(shù)已成為低產(chǎn)低效井綜合治理和剩余儲(chǔ)量動(dòng)用的主要手段之一[2-4]。由于生產(chǎn)平臺(tái)槽口區(qū)空間有限，從式井井口間距較小，淺層側(cè)鉆井眼防碰風(fēng)險(xiǎn)較高（特別是內(nèi)排槽口），因此，在中深層大斜度井段實(shí)施開窗側(cè)鉆成為必然選擇。

1 大斜度井開窗側(cè)鉆作業(yè)難點(diǎn)

與淺層開窗側(cè)鉆相比，中深層大斜度井段開窗側(cè)鉆作業(yè)存在以下難點(diǎn)：

1）由于長(zhǎng)期生產(chǎn)，套管壁不清潔（結(jié)蠟或黏附稠油等），易造成斜向器下入遇阻。

2）井眼軌跡復(fù)雜，局部狗腿大，造成斜向器通過(guò)困難。

3）因腐蝕、磨損等原因，套管內(nèi)壁磨阻大，且接箍處存在間隙，斜向器下入期間頻繁受阻，易造成鏈接斜向器與銑錐的銷釘產(chǎn)生疲勞而提前剪切。

4）井斜大、懸重輕、井眼摩阻大，即使通過(guò)倒裝配重手段將斜向器下入到位，但斜向器坐掛時(shí)仍存在壓實(shí)和脫手的問(wèn)題。

5）為確保新老井眼的分離，斜向器工具面角度較大，不僅增加了斜向器坐掛的難度，還存在斜向器“跑位”而造成窗口關(guān)閉的風(fēng)險(xiǎn)。

2 大斜度井開窗側(cè)鉆技術(shù)

2.1 大斜度井套管固井質(zhì)量檢測(cè)

大斜度井因井斜大、軌跡復(fù)雜、摩阻大，常規(guī)電纜測(cè)井儀器滿足不了作業(yè)要求；采用PCL（鉆桿輸送測(cè)井）方式，需占用鉆機(jī)時(shí)間，整體成本高，還存在擠傷電纜和損傷儀器的風(fēng)險(xiǎn)。爬行器的發(fā)明和應(yīng)用，克服了電纜測(cè)井和PCL測(cè)井的弊端，成功解決了大斜度井套管固井質(zhì)量檢測(cè)的難題，為開窗點(diǎn)的選擇提供了可靠的參考依據(jù)[5-6]。目前，爬行器可與SBT、CBL等測(cè)井儀器串接（圖1），通過(guò)電纜傳輸，由地面控制面板控制爬行器工作，推動(dòng)井下儀器串前行，爬行速度約為5 m/min，理論最大推力400 kg。

圖1 電纜爬行器與測(cè)井工具串接組合示意圖

2.2 開窗準(zhǔn)備工作

1）根據(jù)側(cè)鉆井要求選擇合適的斜向器，以滿足鉆井及完井工具最低通過(guò)要求為基本原則[7-8]，并核實(shí)套管記錄表。

2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)至少備用一套斜向器和開窗工具，準(zhǔn)備一套專用修窗工具、回收工具和一個(gè)打撈母錐。

3）斜向器斜度宜選擇2°～4°/30 m，或根據(jù)后續(xù)鉆完井作業(yè)要求選擇斜度大小，常規(guī)造斜率宜在2°～3°斜度。

4）開窗點(diǎn)宜選擇在固井質(zhì)量良好及穩(wěn)定地層，宜避開斷層、膨脹性頁(yè)巖、鹽層等復(fù)雜地層和降斜井段。開窗點(diǎn)位置宜避開全角變化率超過(guò)3°/30 m的井段。

5）根據(jù)套管表及固井質(zhì)量測(cè)井曲線選擇上下窗口及錨定位置，應(yīng)避開套管接箍和套管扶正器，上窗口宜離上接箍3～5 m；一旦套管表與測(cè)井曲線標(biāo)注套管接箍位置存在2 m以上較大差異，且不能同時(shí)滿足窗口要求的情況下，應(yīng)以測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為準(zhǔn)選擇位置。

6）對(duì)于中深層套管開窗，通常選擇一趟式開窗工具，特殊情況可考慮采用兩趟式開窗工具。

2.3 刮管、通井作業(yè)

對(duì)于井斜大、軌跡復(fù)雜的井，除進(jìn)行刮管、洗井作業(yè)外，可考慮增加一趟通井作業(yè)以保證斜向器及開窗工具的順利下入。

1）通井鉆具組合應(yīng)模擬斜向器及開窗組合的結(jié)構(gòu)和剛性，兼顧清理井壁的目的。

2）在刮管或通井過(guò)程中出現(xiàn)遇阻情況，不可強(qiáng)行下壓通過(guò)，應(yīng)分析原因，考慮調(diào)整組合以改變剛性再次嘗試。開窗組合可考慮采用兩趟式，即先下入斜向器，再下入磨銑組合進(jìn)行開窗。

3）調(diào)整鉆具組合后仍無(wú)法通過(guò)遇阻點(diǎn)，可能存在套管變形或損壞的情況，應(yīng)考慮變更側(cè)鉆方案。

2.4 下斜向器

1）根據(jù)選擇的開窗工具制定操作流程及控制措施。

2）斜向器及開窗工具組合的剛性要求保障后續(xù)作業(yè)下入的鉆具或工具順利通過(guò)。

3）提前收集斜向器資料，如銷釘剪切力和斜向器結(jié)構(gòu)圖等。

4）斜向器吊裝時(shí)應(yīng)防磕碰，防止液壓管線損壞和結(jié)構(gòu)變形。

5）下入斜向器時(shí)要嚴(yán)格控制遇阻噸位，原則上不超過(guò)3 t。

6）下鉆時(shí)鎖死轉(zhuǎn)盤，防止鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)，下放速度不超過(guò)0.3 m/s。

7）斜向器及開窗組合通過(guò)防噴器及防磨襯套時(shí)，為避免發(fā)生磕碰，需要緩慢下放。

8）每次接完立柱，緩慢上提，提活之后再緩慢下放，克服鉆具靜摩阻后再正常下鉆，防止對(duì)斜向器與銑錐之間的連接銷釘產(chǎn)生過(guò)載沖擊，造成銷釘提前剪切。

9）遇阻后，如開泵沖洗，開泵一定要慢，應(yīng)低泵速打通后再逐漸提高排量，防止壓力集中造成斜向器提前坐掛。

2.5 坐掛斜向器

1）斜向器下到開窗位置，應(yīng)先上提5～10 m，循環(huán)并上下活動(dòng)，記錄上提下放摩阻。

2）大斜度井扭矩傳遞困難，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具找工具面時(shí)每次轉(zhuǎn)動(dòng)角度不宜超過(guò)30°，應(yīng)操作平穩(wěn)避免轉(zhuǎn)過(guò)；應(yīng)避免重復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，以防止提前剪切。

3）使用陀螺找斜向器工具面之后，應(yīng)在釋放完鉆具組合扭矩后，至少再確認(rèn)2次；使用MWD定向時(shí)，應(yīng)大幅度上下活動(dòng)鉆具，釋放扭矩，并多次確認(rèn)斜向器工具面。

4）坐掛前應(yīng)測(cè)量上提下放懸重，以此作為確認(rèn)脫手依據(jù)。

5）設(shè)定開窗工具面時(shí)宜選擇高邊位置。

6）大斜度井開窗，通常在穩(wěn)斜段，建議斜向器工具面擺到左右45°～50°為宜，側(cè)鉆時(shí)可以采用增斜扭方位的方式實(shí)現(xiàn)與老井眼的分離。

7）定向井工程師、開窗工程師及鉆井監(jiān)督共同確認(rèn)斜向器坐掛深度及方位。

8）按選用斜向器的操作規(guī)程坐掛斜向器并脫手。

2.6 開窗及修窗作業(yè)

1）開窗前應(yīng)提前在返出口放好磁鐵，以便開窗過(guò)程中搜集、觀察返出鐵屑，判斷井下磨銑情況。

2）開窗前應(yīng)記錄上提和下放懸重，并記錄空轉(zhuǎn)懸重、扭矩相應(yīng)參數(shù)[7-9]。

3）由于老井眼軌跡復(fù)雜，扭矩基值大，會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)幅度大的現(xiàn)象，大斜度井在開窗過(guò)程中應(yīng)確保銑錐不會(huì)蹩壞套管或造成硬卡，設(shè)定扭矩上限。

4）從銑錐磨銑斜向器頂部到銑錐底圓與套管內(nèi)壁接觸開窗的初始階段，應(yīng)采用低轉(zhuǎn)速、低鉆壓，推薦鉆壓1～3 t，轉(zhuǎn)速50 r/min；井口返出鐵屑后，可以按照正常鉆壓和轉(zhuǎn)速進(jìn)行磨銑，推薦鉆壓2～5 t，轉(zhuǎn)速80～120 r/min，并記錄正常磨銑速度，派專人觀察返出鐵屑數(shù)量和形狀(表1、圖2）。

圖2 開窗過(guò)程及階段劃分示意圖

表1 開窗各階段磨銑參數(shù)推薦表

5）在開窗作業(yè)過(guò)程中，要求操作平穩(wěn)，送鉆均勻，并做到“少放、勤放”，要隨時(shí)注意扭矩變化情況，嚴(yán)禁頓鉆、溜鉆，防止井下鉆具事故的發(fā)生。注意觀察、收集井口返出的鐵屑、巖屑的形狀和數(shù)量，及時(shí)了解開窗進(jìn)程，并根據(jù)鐵屑的大小和形狀及時(shí)調(diào)整參數(shù)。

6）當(dāng)磨銑速度明顯低于正常磨銑速度時(shí)需要更換開窗工具。

7）磨銑出死點(diǎn)之前應(yīng)保持參數(shù)穩(wěn)定，鉆壓不宜超過(guò)8 t，防止銑鞋提前滑出窗口。

8）開窗過(guò)程中應(yīng)按照每進(jìn)尺1 m或者每鉆進(jìn)30～60 min活動(dòng)鉆具一次，及時(shí)替入高黏度鉆井液攜帶鐵屑。

9）當(dāng)磨銑鉆進(jìn)至鉆柱銑出下窗口后，開窗作業(yè)基本結(jié)束。

10）根據(jù)修窗及后續(xù)入井鉆具組合需要，鉆一定長(zhǎng)度的口袋。

11）開窗作業(yè)結(jié)束后宜通過(guò)改變不同轉(zhuǎn)速修整上下窗口，停轉(zhuǎn)及停泵狀態(tài)鉆具上提下放無(wú)阻掛顯示。

12）在開窗過(guò)程中，如遇蹩扭矩，嚴(yán)禁帶扭矩上提鉆具。

13）起鉆之前應(yīng)大排量充分循環(huán)，循環(huán)不低于2周，以有效清除井筒內(nèi)鐵屑。

2.7 后續(xù)作業(yè)注意事項(xiàng)

1）起出磨銑工具，應(yīng)檢查磨銑工具外徑。當(dāng)鉆柱銑直徑磨損大于3.2 mm時(shí)（或參考服務(wù)廠家說(shuō)明書），應(yīng)考慮修窗。

2）起下鉆過(guò)窗口時(shí)應(yīng)平穩(wěn)操作，并控制速度不超過(guò)0.1 m/s。

3）后續(xù)下鉆具組合通過(guò)窗口時(shí)，馬達(dá)鉆具組合應(yīng)在安全井段調(diào)整高邊至開窗工具面方位，遇阻不應(yīng)超過(guò)5 t，否則應(yīng)起鉆至自由位置后適當(dāng)調(diào)整角度再次嘗試，仍無(wú)法有效通過(guò)時(shí)，應(yīng)起鉆，下修窗工具重新修整窗口[10-11]。

4）底部鉆具組合通過(guò)窗口時(shí)，嚴(yán)禁旋轉(zhuǎn)通過(guò)；若底部鉆具組合帶馬達(dá)，不應(yīng)開泵，以防鉆頭自轉(zhuǎn)造成復(fù)雜情況。

5）開窗后第一趟鉆應(yīng)先使用馬達(dá)鉆具組合，嚴(yán)禁帶放射性隨鉆測(cè)井鉆具進(jìn)行鉆井作業(yè)。

3 大斜度井開窗側(cè)鉆實(shí)例

3.1 C5H1井身結(jié)構(gòu)及套管程序設(shè)計(jì)

C5H1井身結(jié)構(gòu)及套管程序設(shè)計(jì)見表2。

表2 C5H1井身結(jié)構(gòu)及套管程序設(shè)計(jì)

3.2 刮管通井鉆具組合

鉆具組合結(jié)構(gòu)：Φ215.9 mm牙輪鉆頭+Φ165.1 mm浮閥+Φ165.1 mm鉆鋌2根+可旋轉(zhuǎn)刮管器Φ165.1 mm鉆鋌1根+Φ213 mm扶正器+Φ165.1 mm鉆鋌3根+Φ 165.1 mm震擊器+Φ127 mm加重鉆桿14根。

3.3 斜向器選擇及開窗鉆具組合

C15H1井設(shè)計(jì)從原井眼Φ244.5 mm技術(shù)套管1 912 m深度開窗側(cè)鉆，側(cè)鉆點(diǎn)井斜78.56°，上部井段全角變化率2.5°～4.5°/30 m，新井眼設(shè)計(jì)全角變化3°/30 m，選擇使用2.5°斜向器，窗口理論長(zhǎng)度5.5 m。

采用一趟式開窗鉆具組合：斜向器+復(fù)合開窗磨鞋+Φ165.1 mm鉆鋌1根+循環(huán)接頭+Φ165.1 mm非磁鉆鋌1根+Φ171.5 mm測(cè)斜工具+Φ165.1 mm非磁鉆鋌1根+Φ165.1 mm鉆鋌6根+Φ127 mm加重鉆桿14根。

3.4 開窗及后續(xù)作業(yè)簡(jiǎn)介

刮管通井結(jié)束后，組合一趟式開窗鉆具，下鉆至預(yù)定開窗深度1 912 m（上窗口深度），坐掛斜向器，脫手；開窗作業(yè)約12 h，開窗參數(shù)：鉆壓3～5 t，排量1 600～1 800 L/min，轉(zhuǎn)速60～110 r/min，泵壓12～14 MPa，扭矩18～26 kN·m；開窗結(jié)束，變換不同參數(shù)修整窗口至上提下放無(wú)阻掛顯示，起出開窗工具，檢查銑錐磨損情況滿足要求。

第一趟采用馬達(dá)鉆具組合，順利通過(guò)窗口，鉆進(jìn)至整個(gè)底部鉆具組合出窗口；起鉆，更換旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合，鉆進(jìn)至著陸井深中完。

4 結(jié)論

1）與淺層或常規(guī)套管開窗作業(yè)相比，大斜度井套管開窗作業(yè)施工難度更大，操作要求更高，尤其是在很多操作細(xì)節(jié)方面要求更嚴(yán)格。

2）開窗時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制參數(shù)，防止過(guò)早出現(xiàn)銑鞋磨損或“跳窗”現(xiàn)象，盡量提高開窗效率，保證窗口質(zhì)量。修窗時(shí)可通過(guò)改變不同轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下窗口分別修整。

3）后續(xù)鉆具組合通過(guò)窗口時(shí)，遇阻不應(yīng)超過(guò)5 t，否則應(yīng)起鉆至自由位置后適當(dāng)調(diào)整角度再嘗試；多次遇阻，應(yīng)考慮重新修整窗口。

4）為保護(hù)窗口，馬達(dá)鉆具組合應(yīng)不開泵通過(guò)窗口，底部鉆具組合嚴(yán)禁旋轉(zhuǎn)通過(guò)窗口。

5）窗口附近容易堆積巖屑，起鉆過(guò)窗口前應(yīng)盡量將窗口附近井段循環(huán)干凈。