套管开窗和小井眼侧钻水平井工艺的应用

郑强

1.中国石油集团渤海钻探工程有限公司 第三钻井工程分公司 （天津 300280）

2.中国石油集团渤海钻探工程有限公司 石油工程监督分公司 （陕西 西安 710016）

XXX井是塔里木盆地的一口老井侧钻水平井，该井于2010年1月13日7时30分开工至2010年5月9日8时30分完井，共用时115.92天，总进尺836.50m。

1 套管开窗

1.1 开窗侧钻方法的选择

常用的套管开窗侧钻的方法有2种：①固定斜向器开窗。利用开窗工具和斜向器的作用，对套管某侧进行定点切削，在井内套管上开出具有一定长度和几何形状的窗口，经过修窗后形成一个光滑的窗口。②锻铣器开窗。采用扩张式截断锻铣器（铣刀），在套管内预计部位切割磨铣掉一段套管，形成窗口[1-3]。XXX井使用的是第二种方法。

1.2 井眼准备

1.2.1 起油管作业

正挤1.20 g/cm3压井液15m3，环空反挤1.25 g/cm3压井液32m3，油压、套压降为0MPa，开井观察1.5倍换装封井器时间。正挤1.20 g/cm3压井液15m3，环空反挤1.25 g/cm3压井液32 m3，换装封井器并试压。

正挤 1.25 g/cm3压井液 15m3，反挤 1.25 g/cm3压井液50m3，开井观察1.5倍起油管作业和下钻刮壁时间，进行起油管作业和刮壁作业。下入177.8mm(7″)刮壁器至5 456m，5 283~5 399m反复刮壁3次，循环替出井内泥浆。

1.2.2 钻井液的准备

在锻铣的过程中，为使锻铣产生的铁屑充分返出地面，钻井液应具有表观黏度低、动塑比高、低剪切速率、悬浮能力强等特点。在锻铣的过程中要间断地过稠钻井液，保证铁屑的返出率。XXX井使用钻井液漏斗黏度：100~120s；初切3~8Pa；终切7~15 Pa。

1.2.3 坐封机桥

下机桥钻具组合：Φ143mm桥塞×0.5m+送入工具×3.46m+Φ88.9mm钻杆。下钻送桥塞至5 470 m，投入32mm钢球，候球入座60min，正打压10-15-21MPa，各稳压5min，上提钻具机桥丢手，下探2次，加压80 kN，机桥无位移。试压15 MPa，稳压20min，压力未降，机桥密封合格。实现封隔下部油气层。

1.2.4套管锻铣

锻铣钻具组合：Φ141 mm段铣工具×1.03 m+Φ120mm钻铤×83.9m+Φ88.9mm钻杆。

下钻：锻铣工具入井前检查刀片是否灵活，刀片应开合自如、到位。组合钻具后应用细铁丝将刀片缠好，避免刀片露出锻铣工具本体以外。入井时，应在井口扶正，防止刀片刮碰井口而提前张开。下钻过程中要控制下放速度，严禁猛刹猛顿，中途遇阻，不能硬压、下砸，遇阻不能超过10 kN，防止刀片张开。下钻到位后要反复校正井深。如一次不能完成锻铣工作，第二次下入锻铣工具时钻具组合应装有浮阀，防止铁屑堵塞水眼造成不能开泵。

切割：校正完井深后（锻铣点要避开套管接箍），将刹把刹住，慢慢开启转盘，转速调整为50～60 r/min，逐渐开泵，排量调整到12 L/s，每15min记录一次泵压。如果泵压下降1～2MPa，说明铣刀已完全打开，慢慢下放钻具，有钻压则证明套管已被切开。切割时间应尽量长，防止出现套管剥皮现象，造成切割失败。

锻铣：套管切割成功后，记录正常泵压，逐渐施加钻压20 kN，定期活动钻具，每锻铣0.5m或30min大幅度活动钻具一次，根据情况把工具提至上窗口附近，然后再开泵通至下窗口；每锻铣1.5～2.0m循环1.5周，根据返出铁屑情况随时调整活动间隔和循环时间；如果第一次锻铣铁屑返出效果不好,就要下钻头通井至下窗口以下100m,进行大排量循环,使上部套管内铁屑返出,再下钻到底进行锻铣；在锻铣过程中密切关注泵压和扭矩等参数变化，防止憋泵或铁屑堵塞工具；每锻铣10~12m下钻头通井。

起钻：锻铣过程中出现加不上钻压，经反复开泵无效，应起钻换刀片。起钻前应充分循环钻井液，如地面测得铁屑返出率低于90%，可以通过过稠塞的方式提高铁屑返出率。铣刀处上窗口时，应注意控制起钻速度，防止刀片没有复位而被提断，造成井下落物。

1.3 注意事项

1）下钻过程中要控制下放速度，严禁猛刹猛顿，防止刀片提前张开。

2）钻井液性能要满足携带铁屑的要求，铁屑返出率应在95%以上。

3）在地面做好返出铁屑收集工作，防止铁屑再次入井造成堵塞水眼。

4）钻压不可施加过大，防止压断刀片或造成套管剥皮现象。

5）再次下入锻铣工具时，钻具组合中应安装浮阀，防止铁屑堵塞水眼。

2 小井眼侧钻水平井

2.1 侧钻前准备

稳固的人工井底。侧钻前必须准备好稳固的人工井底[4]，下入的定向钻具才有坚实的支点，保障侧钻成功。XXX井锻铣井段为5 305～5 331.5m，注水泥塞至5 221m，下入钻具钻塞至5 305.7m，做承压实验：下压15 t无位移，确认水泥塞符合侧钻要求。

2.2 侧钻定向施工段

其难点在于需要在较短的井内侧钻出去，因为套管开窗段长只有20~30m，所以一般15m以内钻头就应完全离开老井眼。在实际操作中要严格控制钻时，每0.5m取砂样分析侧钻情况。

1）第一、二趟侧钻：Φ152.4mm钻头×0.19m+Φ120mm螺杆（2.75°）×6.32m+Φ121mm无磁×3.03m+Φ121mm无磁悬挂×5.39m+Φ121mm311/NC350S接头×0.5 m+Φ120 mm 钻铤×27.43 m+Φ126 mmNC351S /310接头×0.5 m+Φ88.9 mm加重钻杆×280.1m+Φ88.9mm钻杆。

2）在侧钻时，必须控时钻进，一般为0.5m/h，随时注意钻时和返砂情况，在侧钻至返出岩性由水泥完全转变为地层岩石时确定侧钻成功。采用吊打的方式钻进，导致在此期间钻时较慢。

第三趟钻：Φ152.4mm钻头×0.24m+Φ120mm螺杆（1.75°）×6.32m+Φ127mm浮阀×0.51m+Φ121mm无磁×3.03m+Φ121mm无磁悬挂×5.39m+Φ88.9mm无磁抗压缩钻杆×9.28 m+Φ88.9 mm加重钻杆360.94m+Φ88.9mm钻杆。

施工井段5 315.35~5 328 m；进尺12.65 m；纯钻21.5 h；机械钻速0.59m/h。

井斜0.17°～5.1°，平均造斜率11.69°/30m。

HA517G牙轮钻头配合螺杆使用，使用寿命较短，但工具面易控制，造斜率较高，考虑到井较深，起下钻时间较长，起钻更换PDC钻头，增加纯钻时间以保证进尺。

3）第四趟钻：Φ152.4 mmPDC钻头×0.24 m+Φ120mm螺杆（1.75°）×6.32m+Φ127mm浮阀×0.51 m+Φ121mm无磁×3.03m+Φ121mm无磁悬挂×5.39 m+Φ88.9mmm无磁抗压缩钻杆×9.28m+Φ88.9mm加重钻杆×360.94m+Φmm88.9钻杆。

施工井段5 328~5 369.94 m，进尺41.94 m，纯钻36 h，机械钻速1.17m/h。

井斜5.1°～16°，平均造斜率7.08°/30m。

在刚侧钻出去的井段，纠正井眼轨迹尤为重要，而采用PDC钻头控制井眼轨迹较牙轮钻头差，随起钻换牙轮钻头，以保证井眼轨迹符合设计要求。

4）第五趟钻：Φ152.4mm钻头×0.19m+Φ120 mm螺杆（1.5°）×6.33m+Φ127 mm浮阀×0.51m+Φ121mm无磁×3.03m+Φ121mm无磁悬挂×5.39m+Φ88.9mmm无磁抗压缩钻杆×9.28m+Φ88.9mm加重钻杆×360.94m+Φ88.9mm钻杆。

施工井段5 369.94～5389.81m，进尺19.87m，纯钻20 h，机械钻速0.99m/h。

井斜16°～19°，平均造斜率4.53°/30m。

HA517G牙轮钻头配合螺杆使用，使用寿命较短，但工具面易控制，造斜率较高。考虑到井较深，起下钻时间较长，起钻更换PDC钻头，增加纯钻时间以保证进尺[5]。

5）第六、七、八、九、十趟钻：Φ152.4mmPDC钻头×0.25m+Φ120mm螺杆（1.5°）×6.31m+Φ127mm浮阀×0.51m+Φ121mm无磁×3.03m+Φ121mm无磁悬挂×5.39m+Φ88.9mmm无磁抗压缩钻杆×9.28m+Φ88.9 mm加重钻杆×28.09 m+Φ88.9 mm钻杆×230.95m+Φ88.9mm加重钻杆×308.08m+Φ88.9mm钻杆。

施工井段5 389.81～5 920m，进尺530.19m，纯钻430.5 h，机械钻速1.23m/h。

井斜19°～69°，平均造斜率2.8°/30m。

第十趟钻下钻钻进19 h后无进尺起钻检查，PDC钻头磨损严重。判断为钻至砾岩段，下部井段采用牙轮钻头钻进。

6）第十一、十二、十三趟钻采用HA517G牙轮钻头钻进，钻具组合：Φ152.4mm钻头×0.19m+Φ120mm螺杆（1.5°）×6.28m+Φ127mm浮阀×0.51m+Φ121mm无磁×3.03m+Φ121mm无磁悬挂×5.39m+Φ88.9mmm无磁抗压缩钻杆×9.28 m+Φ88.9 mm加重钻杆×56.12m+Φ88.9mm钻杆×635.37m+Φ88.9mm加重钻杆280.05m+Φ88.9mm钻杆。

进尺井段5 920～6 004m，进尺84m，纯钻30 h，平均机械钻速2.8m/h.

井斜69°～70.8°，平均造斜率0.64°/30m.

考虑到砾岩含量低，而HA517G牙轮钻头配合螺杆使用，使用寿命较短，但工具面易控制，造斜率较高。考虑到井较深，起下钻时间较长，起钻更换PDC钻头，增加纯钻时间以保证进尺。

7）第十四、十五趟钻采用PDC钻头钻进，钻具组合：Φ152.4 mm钻头×0.25 m+Φ120 mm螺杆（1.5°）×5.43m+Φ127mm浮阀×0.51m+Φ121mm无磁×3.03m+Φ121mm无磁悬挂×5.39m+Φ88.9mmm无磁抗压缩钻杆×9.28 m+Φ88.9 mm加重钻杆×56.12m+Φ88.9mm钻杆×634.75m+Φ88.9mm加重钻杆×280.05m+Φ88.9mm钻杆。

进尺井段6 004～6 088m，进尺84m，纯钻65 h，平均机械钻速1.29m/h。

井斜70.8～84.2°，平均造斜率4.79°/30m.

在钻至6 088m后，因设计更改，下127mm（5″）套管固井，下部井眼较小，无法进行定向钻井。

8）第十六趟钻采用PDC钻头钻进，钻具组合：Φ104.8mm钻头×0.2m+2A30/2A10S接头×0.61m+Φ60.3mm钻杆×1 333.37m+2A11S/310接头×0.53m+Φ88.9mm钻杆。

钻进至6 142.45m发生漏失，泵压由28.6MPa降至26.2MPa，井口失返，强钻至井深6 144m完钻。

2.3 工程技术措施

1）造斜段：地面认真检查测试入井工具和仪器，确保无问题才能入井；入井工具检查探伤，根据标准扭矩上扣；监测好井眼轨迹变化情况，判断侧钻是否成功；侧钻成功后，定向用1.25°～1.50°导向马达；确认新井眼距老井眼偏离2m，新砂样达90%可确认进入新井眼，方可加钻压钻进；不超过150m起钻换通井钻具通井一次，在斜井段短起下一次。井斜超过50°短起下时采取倒划眼措施；每次起钻前大排量循环4周，充分清洗井眼。

2）水平段：地面认真检查测试入井工具和仪器，确保无问题才能入井；入井工具检查探伤，根据标准扭矩上扣；钻时慢及时大幅度活动钻具、防卡；水平段钻进采用导向钻进，MWD跟踪测量，保证井眼质量；根据稳斜情况决定每打1单根停钻测斜一次，保证井斜数据准确；要求接单根快速，做到早开泵、晚停泵。

3 结论

1）开始侧钻井时，为保证在锻铣井段能顺利侧钻出新井筒，采用吊打的方式，在侧钻至返出岩性由水泥完全转变为地层岩石时确定侧钻成功。采用吊打的方式钻进，导致在此期间钻时较慢。采用的牙轮钻头寿命短，用了两只牙轮钻头，才造出新井眼、井斜起来后起钻更换钻头进行定向施工。

2）靶前位移小，造斜率高，井斜起的快，在滑动钻进时,托压严重，出现钻压不能有效传递到钻头，给施工带来极大的困难。

3）XXX井的泥浆性能有待改进，到井斜70°以后，滑动钻进定向需要加压超过16 t，可见托压较严重。因此选用优质的泥浆，保证井下安全的同时，泥浆的流变性、悬浮性和润滑性均达到设计要求，才是顺利、快速钻井的前提。