欠位移水平井C33H井裸眼悬空侧钻技术

刘鹏飞和鹏飞李 凡袁洪水彭 江

（1.中海石油（中国）天津分公司，天津 300452；2.中海油能源发展监督监理技术分公司，天津 300452）

欠位移水平井C33H井裸眼悬空侧钻技术

刘鹏飞1和鹏飞2李 凡1袁洪水2彭 江2

（1.中海石油（中国）天津分公司，天津 300452；2.中海油能源发展监督监理技术分公司，天津 300452）

为了解决钻修机能力有限、海上丛式井槽口限制导致水平井靶前欠位移以及下部轨迹因地质资料不足需要频繁调整等技术问题，通过对C33H井井身结构优化、合理轨迹设计、优选钻具组合和钻井参数，以及对Power Drive X5推靠式旋转导向工具侧钻能力分析、侧钻点的优选、精细要求侧钻操作，实现了使用Power Drive X5工具进行欠位移裸眼悬空侧钻作业，避免了由于地质因素不确定性造成的损失，节约了成本，为渤海油田后续类似作业积累了经验。

水平井；欠位移；悬空侧钻；旋转导向工具；渤海油田

欠位移水平井悬空侧钻技术对地面条件受限情况下，尤其是海上作业有很强的实用性，能解决海上因为平台空间有限、平台位置不能移动导致的靶前位移不足等问题。

渤海油田辽东湾某区域内只有2口评价井在该区块东三段钻遇2.6 m厚的油层，其他井均未钻遇，评价资料较少。该层埋深1 960 m左右，油品性质好，试产平均日产油可达142 m3/d。根据资料分析该套储层的展布范围在0.3～0.6 km2之间。为充分动用该储量、挖掘深层油藏的潜力，同时进一步落实该油藏的储量规模及生产潜力，设计在该区部署一口水平井C33H井。

1 难点分析

1.1 设备能力不足

本次作业采用HXJ180钻修机设备，井架最大钩载1 800 kN，经过改造，装配顶驱（能提供的最大钻井扭矩27.5 kN·m），配套2台F800泥浆泵。本井计划使用C平台仅余槽口，需钻入法下入Ø508 mm隔水导管，初期设计采用渤海常规套管层次，即Ø660.4 mm钻头×Ø508 mm隔水导管+Ø444.5 mm井眼×Ø339.7 mm套管+Ø311.2 mm井眼×Ø244.5 mm套管+Ø215.9 mm井眼×Ø152.4 mm筛管。通过软件校核，在Ø311.2 mm井眼中、井深2 396 m时起钻悬重约1 027 kN（Ø127 mm S级钻杆），旋转扭矩26.1 kN·m，这对于最大钩载只有1 800 kN、扭矩持续输出达到设备上限的钻修机来说具有较大的难度，若出现复杂情况，设备能力将直接限制现场操作。

1.2 井眼轨迹控制困难

海上钻完井作业受平台位置及槽口限制很大。本井所在的C平台仅余一个空槽口，同时该平台所在位置与C33H井1#靶点水平位移约110 m，井眼轨迹设计不能使用常规“J”型两段式造斜着陆，属于典型的欠位移。

1.3 目的层存在不确定性

由于地震资料分辨率的局限性，对于该套储层的追踪难度较大，对储层展布范围的刻画也有较大的局限性。目的层的不确定性将导致本井着陆及水平段轨迹面临频繁调整等问题。

2 技术对策

针对上述问题，通过优化井身结构、合理轨迹设计、优选钻井工具和钻井参数技术措施，成功完成了作业，并实现目的层不确定情况下使用推靠式旋转导向系统悬空侧钻作业。

2.1 优化井身结构

由于C33H井在储层的展布以及储量的规模上评价资料较少，因此对于油层的把握存在一定的风险，储量的计算也存在不确定性，为此地质方面提出了风险预案，即该井在产能较低时在Ø244.5 mm套管内侧钻至东营Ⅰ油组的C33H1井。结合考虑钻机能力问题，决定增加1层套管程序，即Ø311.2 mm井眼在1 700 m左右中完（以后期侧钻点深度为设计中完依据），采用Ø215.9 mm井眼着陆，下入Ø177.8 mm尾管，水平段Ø152.4 mm井眼×Ø114.3 mm筛管（图1）。如此，不但满足了本次作业钻机能力要求，也对后期本井槽口再次使用做好了预留。利用软件对C33H井优化井身结构进行了钻进时摩阻、扭矩分析，结果表明，最大钩载894.1 kN发生在C33H井Ø215.9 mm井段起钻时，最大扭矩18.18 kN·m发生在Ø215.9 mm井段旋转钻进时，均在HXJ158钻修机安全作业范围内，现场设备可满足作业需要。

图1 C33H井井身结构

2.2 井眼轨迹控制技术

2.2.1 优化井眼轨迹设计 针对本井靶前位移不足的问题，参考欠位移水平井设计方法［1-3］以及渤海定向井轨迹设计要求，对C33H井轨迹优化如表1、图2。

表1 C33H井轨迹设计

图2 C33H井垂直投影图

2.2.2 优选钻具组合和钻井参数 实际作业过程中，根据各井段地层情况以及轨迹设计情况，通过钻具、BHA组合优选和合理参数控制实现了各开次轨迹控制要求。

（1）表层预斜。渤海上部地层普遍疏松不易造斜，但随着技术的进步以及防碰形势的需要，表层预斜技术逐渐完善并得到广泛应用［4］。本井Ø444.5 mm井眼自150 m开始采用大弯角泥浆马达钻具配以优选参数进行表层预斜作业。钻具组合：Ø444.5 mm钻头+Ø244.5 mm泥浆马达（1.5°，Ø438 mm直翼扶正套）+Ø203.2 mm浮阀接头+Ø400 mm扶正器+Ø203.2 mm无磁钻铤+Ø203.2 mm MWD+Ø203.2 mm无磁钻铤+Ø203.2 mm定向接头+Ø203.2 mm随钻震击器+X/O+Ø127 mm加重钻杆×14根。施工时钻压尽量跟上，初始排量2.3 m3/min，初始造斜段采用小参数，并且要求连续钻进，不倒划眼以免破坏造斜趋势，待确认造斜正常后可逐步提高排量至正常，顶驱转速50～60 r/min。

（2）Ø311.2 mm和Ø215.9 mm井眼段。这2个井段为整个井眼轨迹控制的重中之重。渤海馆陶组（除底砾岩段）、东二、东三段地层以砂、泥岩不等厚互层为主，砂层疏松，机械钻速快，旋转导向钻具容易出现造斜率不足问题，为此优选泥浆马达实施这两个开次的造斜以及着陆任务。钻具组合：Ø311.2 mm/Ø215.9 mm钻头+Ø244.5 mm/Ø171.5 mm泥浆马达（1.15°，Ø308 mm/Ø273 mm直翼扶正套）+ Ø203.2 mm/Ø165.1 mm浮阀接头+Ø212.7 mm/ Ø190.5 mm扶正器+Ø203.2 mm/Ø171.5 mm无磁钻铤+Ø203.2 mm/Ø171.5 mm MWD+Ø203.2 mm/ Ø171.5 mm无磁钻铤+Ø203.2 mm/Ø165.1 mm随钻震击器+X/O+Ø127 mm加重钻杆若干。

对于本井段泥浆马达滑动过程中可能出现的托压问题，现场通过在钻井液中均匀、连续添加塑料小球和维持液体润滑剂PF-LUBE浓度等措施增加钻井液的润滑性；利用钻具倒装，将加重钻杆置于井斜小于30°以上井段，改善滑动效果。

（3）Ø152.4 mm水平段。考虑到本井目的层的不确定性以及小井眼携砂较困难、泥浆马达易黏卡、不易滑动、钻进效率低等问题，选用斯伦贝谢Power Drive X5旋转导向钻具配合随钻测井钻具，利用近钻头（2.34 m左右）井斜、方位以及测井数据进行实时可控钻进。钻具组合：Ø152.4 mm钻头+Ø120.7 mm Power Drive X5+Ø120.7 mm Power Drive RCV（测井仪器）+Ø120.7 mm Impuase+Ø120.7 mm无磁钻铤+Ø120.7 mm随钻震击器 +X/O+Ø88.9 mm加重钻杆×15根。

旋转导向工具的使用，解决了小井眼钻进过程中，Ø88.9 mm钻杆刚性弱、柔性大、滑动过程反扭角不易把握、钻压施加困难等问题。

2.3 裸眼悬空侧钻技术

该井Ø215.9 mm井眼钻井至2 392 m着陆中完，下Ø177.8 mm尾管至2 389 m后顺利固井。Ø152.4 mm小井眼水平段设计长333.24 m。实际作业过程中，Ø152.4 mm井眼钻进至2 471 m（井斜88.87°，方位1 954.85 m，垂深1 954.85 m），机械钻速降低至30 m/h，随钻测井和录井均显示进入泥岩段，后根据地质分析决定全力增斜寻找油层，增斜钻进至2 511 m（井斜92.52°，方位51.21°，垂深1 954.28 m），机械钻速维持在12 m/h左右，测、录井显示全部为泥岩段。经分析，决定采用Power Drive X5工具悬空侧钻，探寻储层。

2.3.1 Power Drive X5工具能力分析 Power Drive X5旋转导向系统是斯伦贝谢公司开发的推靠式旋转导向工具，不同于指向式旋转导向系统［5］，该工具本体上有3个支撑块和活塞相连，活塞通过钻井液的压差推动支撑块伸出作用于井壁（支撑块行程约19.1 mm），井壁的反作用力经过旋转导向工具给钻头提供一个侧向力（图3）。该工具通过调整控制阀内上阀的方位和循环排量，控制支撑翼肋产生的钻头侧向力大小和方向实现导向，侧向力的方向相当于泥浆马达的弯角指向，侧向力的大小控制井眼轨迹的变化率［6］。该工具理论造斜率（475型号）有（0～8°）/30 m，但需井壁为其提供较强支撑作用，造斜率受井径扩大影响较大。由于提供近钻头井斜、方位的传输，能帮助地面及时、有效地判断侧钻情况。

图3 Power Drive X5推靠组块

2.3.2 实施过程 利用Power Drive X5旋转导向工具在Ø152.4 mm 井眼进行悬空侧钻，从理论造斜率角度来讲可行，但在渤海地区尚无使用此工具进行悬空侧钻的先例，无经验可循，具有一定的风险。为此，参考其他泥浆马达的侧钻经验［7-10］，现场根据工具特性，通过合理选择侧钻点、精细化侧钻操作，保证了作业顺利可行。

（1）侧钻点的选择。鉴于Power Drive X5工具工作原理，现场决定优选井眼扩大率较小的泥岩段作为侧钻点，同时考虑在实际测量的井斜变化比较平稳的位置进行下切侧钻。

（2）划槽作业。根据实际测斜数据选择与原井眼方位相反的最容易侧钻成功的方位，设置Power Drive X5的工具面角在井眼低边稍偏左或偏右的位置，以保证尽快与老井眼分开，使用 Power Drive X5 100%的造斜率设置。一般留足2个钻杆单根的活动余量，在钻杆上标记侧钻点深度位置，反复、缓慢在侧钻点前6～8 m范围内上下划槽，密切观察钻压变化。钻井参数：钻压0～50 kN，顶驱转速60～120 r/ min，排量1.8～2.1 m3/min。

（3）造台阶。将钻头置于侧钻点位置，利用小参数造台阶，排量尽量降低以免冲毁台阶，一般排量控制在0.6 m3/min左右，顶驱转速50～80 r/min，钻头在侧钻点处旋转0.5 h左右。

（4）控制钻时。开始以1 m/h的机械钻速钻进1 m，严密观察、记录Power Drive X5近钻头井斜和钻压的变化，若井斜缓慢降低的同时钻压有所增加，第2 米的机械钻速逐渐提高到2 m/h，以此类推，直到在5.5 h后钻进完13 m，井斜应降低2～3°，详细进尺与时间对应关系见表2。钻井参数：钻压 0～10 kN，排量1～1.25 m3/min，顶驱转速50～60 r/min。

表2 控时钻进关系曲线

此项作业对司钻操作要求极高，需要极大的耐心和对参数的敏感观察。若钻压突然降低，应将钻具提离井底3～4 m，缓慢下放直到钻压稳定的位置，重新开始控时钻进；若钻压缓慢稳定增加，表明已逐渐开始进入新地层，但仅仅是一个小台阶，仍然需要控时钻进；注意观察记录Power Drive X5工具的近钻头井斜，若降低2～3°，可将转速提高到100～120 r/min，并适当增大钻压，继续进行降斜或者改变Power Drive的设置开始增斜作业，尽快使井斜回到水平井段控制所需的井斜。

2.3.3 实施效果 最终本井侧钻井眼在2 450 m处成功与原井眼分离，实现悬空侧钻（图4）。

图4 C33H井原井眼与侧钻井眼示意图

3 结论

（1）在欠位移水平井Ø152.4 mm小井眼使用Power Drive X5旋转导向工具，可以更好地控制井眼轨迹，降低常规泥浆马达滑动可能导致的携砂、黏卡等问题，能够有效提高机械钻速及作业效率。

（2）使用Power Drive X5推靠式旋转导向工具进行悬空侧钻作业时，受井眼扩大率影响，侧钻点应选择扩眼率较小、井壁支撑能力较可靠的泥岩段。

（3）该旋转导向工具能及时显示近钻头井斜、方位数据，能够有效控制水平段轨迹以及及时了解井下悬空侧钻情况。

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（修改稿收到日期 2013-12-22）

〔编辑 朱 伟〕

Open-hole sidetrack drilling technique for C33H under-displacement horizontal well

LIU Pengfei1,HE Pengfei2,LI Fan1,YUAN Hongshui2,PENG Jiang2
（1.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tanggu300452,China;2.CNOOC Energy Development Supervision &Technology Co.,Ltd.,Tanggu300452,China）

Due to the technical problems such as the limited capacity of drilling and work-over rig and limit of offshore cluster well rabbet,which may cause easily pre-target under-displacement and frequent adjustment of lower track caused by insufficient geological data,for C33H well located in Liaodong Bay,the well structure is optimized,the well bore trajectory is reasonably designed and BHA and drilling parameters are selected carefully in the process of drilling.At the same time,by drilling capacity analysis of Power Drive X5 push-the-bit rotary steerable tool,optimization of sidetrack point,fine requirements for sidetrack operation,Power Drive X5 tool is used for drilling in the vacant side of the hole,avoiding the loss due to uncertainty of geological factors and saving the cost of drilling,to accumulate technical experience for the follow-up similar job in the Bohai Oilfield.

Horizontal well;under-displacement;open-hole sidetrack;push-the-bit rotary steerable device;Bohai Oilfield

刘鹏飞，和鹏飞，李凡，等.欠位移水平井C33H井裸眼悬空侧钻技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（1）：44-47.

TE243

：B

1000-7393（2014）01-0044-04

10.13639/j.odpt.2014.01.012

刘鹏飞，1981年生。2007年毕业于西南石油大学油气田开发专业，现从事海洋石油钻完井技术监督及管理工作。电话：022-25803716。E-mail：liupf4@cnooc.com.cn。