元坝272H井超深硬地层侧钻技术

闫光庆，刘匡晓，郭瑞昌，刘建华，吴海燕

（中国石化石油工程技术研究院，北京100101）

1 概 述

元坝272H井为部署在元坝地区长兴组礁滩复合体的一口超深水平井，完钻井深7 580.00m，水平段长757.87m，最大井斜角93.80°，最大垂深6 693.55m。该井四开井眼直径为241.3mm，φ193.7mm套管下深6 640.00m；斜导眼钻进至井深6 880.00m，井眼直径为165.1mm；斜导眼打水泥塞后用φ165.1mm钻头侧钻，井身结构如图1所示。

图1 元坝272H井井身结构Fig.1 Casing program of Well Yuanba 272H

该井原设计从井深6 590.00m处侧钻定向，由于在飞二段地层钻遇高压气层，套管下深调整至井深6 640.00m，使侧钻位置变更为井深6 660.00m处，侧钻井段只有20.00m，调整余地极小，而且侧钻地层为高温高压地层，岩石可钻性差，井眼尺寸小，侧钻施工难度非常大[1-5］。

元坝272H井经过4次打水泥塞（其中2次打水泥塞不成功）、2次侧钻施工才成功，详细过程见表1。该井在侧钻施工过程中2次出现复杂情况，返砂岩屑质量分数与井眼轨迹数据不一致，造成施工难以决策。为此，对元坝272H井侧钻施工复杂情况进行了分析，并提出了侧钻施工建议，以期对该井及元坝地区后续各井的施工提供借鉴。

表1 元坝272H井4次打水泥塞情况Table 1 Four cement plugs in Well Yuanba 272H

2 技术难点

元坝272H井在海相地层φ165.1mm井眼斜井段进行裸眼侧钻，在元坝地区尚属首次，侧钻施工难度大，主要表现在以下方面[6-7］：

1）侧钻井段地层岩石可钻性差。元坝地区侧钻施工地层的可钻性级值超过7，水泥塞的可钻性级值一般为2～3，两者可钻性差距大，钻头容易沿老井眼滑行，新老井眼难以分离；而且打水泥塞井段为含气层，使得水泥塞强度低于该地区平均值。

2）侧钻钻具组合尺寸小，侧钻力小。侧钻井段井眼直径为165.1mm，螺杆及弯接头直径为φ127.0mm。小尺寸钻具组合在岩石可钻性差的深部地层侧钻时其侧钻力相对不足，侧向切削能力较弱，加大了新井眼形成难度。

3）侧钻井段短，调整空间小。由于钻遇高压气层，套管下深调深，导致侧钻段只有20.00m。在该井小井眼硬地层斜井段，要保证在20.00m内侧钻成功，难度非常大。

4）侧钻井段老井眼为微降斜趋势，侧钻方向优选困难。从保证新老井眼尽快分离的角度来讲，宜选择向上侧钻；但向上侧钻，钻具组合侧钻力最小，而且该井侧钻施工也表明向上侧钻无效果。侧钻方向选择向左下或右下侧钻，可在一定程度上增加侧钻力，但新井眼与老井眼重合井段长，新老井眼分离难度大，需要精确预测及测量井眼轨迹数据，保证新老井眼在规定侧钻段内安全分离。

3 技术对策

3.1 侧钻方式选择

目前可供选择的侧钻方式有段铣套管填井侧钻、斜向器套管开窗侧钻、裸眼斜向器侧钻、常规裸眼侧钻（弯接头＋直螺杆）。由于套管鞋以浅是高压气层，因此段铣套管或套管开窗均不可用，否则将对后续水平段施工造成安全隐患。裸眼斜向器侧钻是提高裸眼侧钻成功率的有效方法，但由于该方法在国内还没有应用案例，因此其可靠性还有待证实。由于后续定向井段超过1 000.00m，出于安全考虑，选择常规裸眼侧钻方式[8］。

3.2 侧钻点选择

套管鞋以深井段地层为灰岩，稳定性好，无高压水层或气层，适宜侧钻施工。由于套管鞋与A靶点垂距过短，造成增斜段井眼轨道调整空间太小，侧钻点深度超过6 640.00m，侧钻点与靶点垂距仅为70.00m，因此，为减小增斜段井眼的全角变化率，选择出套管1.00～5.00m处为侧钻点，以增加侧钻井段长度，同时增加后续井段井眼轨道调整空间。

3.3 侧钻钻具组合

元坝272H井侧钻井段地层岩石硬度比水泥塞大，要保证侧钻效果，宜增大侧钻钻具组合的侧钻力。元坝地区φ241.3mm井眼采用“牙轮钻头＋φ172.0mm螺杆＋2.50°弯接头”侧钻的成功率较低，其中元坝124-侧1井侧钻5次才成功。元坝121H井和103H井侧钻钻具组合调整为“牙轮钻头＋φ185.0mm直螺杆＋2.50°弯接头”，通过增大螺杆尺寸来增加侧钻力，2口井侧钻均一次成功。为增大侧钻力，元坝272H井侧钻钻具组合确定为“牙轮钻头＋φ127.0mm直螺杆＋2.75°弯接头”。

3.4 施工技术措施[9］

1）确保侧钻井段畅通。钻具下钻至侧钻点水泥塞位置后上下活动钻具，工具面稳定后，下钻至侧钻点位置定点循环1h后再控时钻进。

2）延长控时钻进时间。考虑到地层岩石可钻性差，侧钻过程中控制钻时4.00～8.00h／m钻进。在侧钻钻进中，送钻平稳、均匀。

3）合理选择侧钻方向。侧钻过程中调整侧钻方向为全扭方位略带降斜，新老井眼分离后，全力增斜。

4）加强施工监测。施工过程中加强返砂岩屑质量分数监测，及时掌握侧钻施工效果。

5）保证钻井液性能。要保证钻井液的流变性能、润滑性能及抗水泥污染能力，以满足侧钻施工需要。

4 施工过程

4.1 第一次侧钻

第一次侧钻从井深6 644.00m开始，控制钻时7.00～8.00h／m钻至井深6 657.00m 时岩屑质量分数达到70%。钻具组合调整为1.50°弯螺杆增方位增井斜定向钻进，钻至井深6 670.00m时，发现返砂中水泥有明显增多趋势。当时认为钻进时破坏了夹壁墙，使新老井眼重新交汇。但在随后的扫塞施工中，扫水泥塞钻时为1.00h／m，与预期反差很大，事后分析确定该次侧钻成功。具体施工过程见表2，侧钻井眼和原导眼实钻轨迹如图2、图3所示。

表2 元坝272H井第一次侧钻施工数据Table 2 The first sidetracking process in Well Yuanba 272H

4.2 第二次侧钻

第二次侧钻于井深6 641.50m开始，控制钻时为6.00h／m，钻至井深6 645.00m，返砂岩屑质量分数逐渐增大。继续控制钻时为6.00h／m钻进，钻至井深6 661.00m时岩屑质量分数达到80%以上。控制钻时为4.00h／m钻至井深6 665.00m，发现岩屑中水泥质量分数增多，改为控制钻时为6.00h／m，钻至井深6 672.00m时岩屑质量分数在50%以上。从井眼轨迹数据（见表3）可以明显看出，侧钻井眼与斜导眼已经明显分离。为了验证侧钻是否成功，下入2.50°单弯螺杆定向钻进，井深6 704.70m处井斜角达到50.80°，方位角125.90°。新井眼的井斜角已明显超过导眼的井斜角（37.20°），可以确定新老井眼已经完全分离。综合分析井眼轨迹数据、返砂岩屑质量分数及钻井参数，确定在井深6 672.30m处侧钻成功。

图2 2次侧钻和导眼井眼轨迹垂直投影对比Fig.2 Vertical projections of two sidetracking holes and pilot hole

图3 2次侧钻和导眼井眼轨迹水平投影对比Fig.3 Horizontal projections of two sidetracking holes and pilot hole

表3 元坝272H井第二次侧钻施工数据Table 3 Process of the second sidetracking

5 侧钻施工异常情况分析

侧钻过程中，井眼轨迹数据显示新老井眼分离后，返砂岩屑质量分数一直低于50%，与预期情况不符。对该情况进行了分析，认为主要原因为：

1）上部井眼中水泥混入返砂。侧钻施工过程中，新老井眼重合段的水泥石不断被蹭落并混入返砂。井口返砂中的水泥石有一部分来自于重合井段，对于返砂岩屑质量分数的判断有一定干扰。

2）地层中泥质组分的干扰。侧钻井段为泥质灰岩，部分岩屑经过钻井液浸泡后，外观与水泥接近，对判断岩屑质量分数的干扰较大。

3）岩屑的二次胶结作用。岩屑、水泥碎屑及钻井液中的固相在高温高压及钻具挤压等综合作用下，重新胶结成与岩屑粒径相当的碎屑，这种岩屑、水泥碎屑及钻井液胶结的碎屑如果不明确区分，容易误认为是水泥，从而降低岩屑质量分数计算数据，使之与真实值的误差增大。

4）岩屑量本身很少。侧钻钻时控制在4.00h／m以上，形成的岩屑量本身就很少，在上述几种干扰因素影响下，极易判断失误。

元坝272H井侧钻施工早期，由于上述因素的干扰作用，导致岩屑质量分数判断失误，直接影响了侧钻效果的判断。第二次侧钻过程中，钻至井深6 672.30m时，认清并排除了干扰因素的影响，岩屑质量分数由原来的25%修正为80%，后续施工也证明了该判断的正确性。

6 结论与建议

1）元坝272H井侧钻施工集超深井段、硬地层、斜井段、小尺寸井眼、低强度水泥塞、超短调整段等一系列技术难题于一体，该条件下侧钻施工在元坝地区为第一次，其施工经验对该地区后续施工具有参考意义。

2）合理选择钻具组合是保障侧钻施工效果的关键，“牙轮钻头＋直螺杆＋2.75°弯接头”侧钻钻具组合可以满足元坝地区超深井硬地层的侧钻要求。

3）返砂岩屑质量分数是判断侧钻效果的重要依据，判断须谨慎。在深部复杂地层进行侧钻施工时，侧钻成功与否的判断还需综合考虑测斜数据、钻井参数等信息。

4）建议在元坝地区后续超深水平井身剖面设计与井身结构设计中，加长侧钻井段，给井眼轨迹控制留出足够的调整空间。

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