阿尔及利亚OMG723侧钻小井眼短半径水平井技术

李复兴

(中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术处)

侧钻小井眼短半径水平井技术是20世纪80年代快速发展并日臻完善的一项综合性配套技术。该技术在国外一些油田已经进入生产应用阶段，在国内仍停留在试验和探索阶段。目前国内的小井眼水平井井眼尺寸基本都在Ø118 mm以上，尚无Ø95.3 mm小井眼水平井。OMG723井作为侧钻小井眼短半径水平井的施工案例，通过多种关键技术的成功应用，顺利完井，形成了HMD油田侧钻小井眼短半径水平井的关键技术。

1 基本情况

OMG723井侧钻施工前为直井,该井目的层是寒武纪砂岩地层，岩性致密研磨性强，垂直深度3 450～3 470 m；在垂深3 449 m上部是奥陶纪泥页岩层夹杂片状盐结晶，脆性大，极易发生坍塌，且压力系数高于下部目的层。OMG723井侧钻井身结构见图1所示。

2 技术难点

2.1 开窗难度大

设计造斜点在Ø177.8 mm尾管内，侧钻前要对尾管进行开窗，开窗作业会产生大量铁屑，存在环空憋堵、铁屑净化困难等问题，易发生井下故障[1]，套管开窗后井内存在大量铁屑，打捞不彻底会给后续的定向钻进、地面循环系统和井下仪器带来很大的隐患。

图1 OMG723井侧钻井身结构图

2.2 井眼造斜率高，施工困难

短半径水平井在增斜段施工难度大，狗腿度大，造斜率要求高，几乎没有回旋余地，井眼轨迹稍有失控就需要填井重钻，损失重大[2]。大狗腿度井段的钻具磨损严重，起下钻困难，托压严重。该井段的钻具受到严重的交变应力，疲劳损伤大。

2.3 钻井液性能要求高

套管开窗期间产生大量铁屑，要求钻井液具有良好的流变性；增斜段采用全滑动钻进，有卡钻的风险，且造斜段是泥岩地层，泥岩具有吸水膨胀和井壁失稳垮塌的特性；小井眼排量受限，要求钻井液具有良好的携砂性、悬浮性、润滑性，低固相含量，触变性好[3]。

2.4 小井眼钻进风险大

Ø95.3 mm小井眼井下螺杆要求排量小，造成钻井液携岩能力受限；在井斜超过30°至水平段极易形成岩屑床，造成钻具磨阻大，钻压传递困难，长时间滑动钻进卡钻风险大；钻具尺寸小，工具面摆放困难[4]；待钻井眼增斜段全角变化率高，控制精度要求高；小钻具受力复杂，承受扭矩大，时间长，疲劳破坏严重[5]。

2.5 地层可钻性差，地层温度高

寒武纪砂岩地层，岩性致密，研磨性极强。根据地质资料地层静止温度136°，循环温度115°，属高温地层。

3 井眼轨道优化设计

OMG723井采用“直-增-增-稳”4段制轨道，为了缓解托压、扭矩大的问题，最终确定了水平段采用88.73°的微降模式。设计中进入A靶点前降低造斜率主要是考虑进入砂岩造斜率会降低，这样留有余地确保准确中靶实现软着落[6](表1)。

表1 OMG723井侧钻井眼轨道设计数据

4 侧钻小井眼短半径水平井配套技术

4.1 优化套管开窗方式

目前套管的开窗方式有两种，一种导斜器开窗；另一种是段铣套管开窗。两种方法各有所长，导斜器开窗具有开窗快、周期短的特点，但施工危险较大，特别是短半径水平井，导斜器转动造成的方位偏差对后期施工影响很大；段铣套管开窗具有安全可靠的特点[7]。

该地区在使用导斜器开窗时普遍存在窗口附近泥页岩坍塌，起下钻困难的问题。为了提高本井施工的可靠性，优选段铣开窗方法，这也是该地区首次采用段铣开窗，开窗工具选用威德福D型段铣刀(图2左)，段铣井段选在3 389～3 402 m。

铁屑的清理措施：段铣前处理钻井液，以满足携带铁屑要求，使钻井液黏度在70～80 s，动切力23～30 Pa，初切力：10～15 Pa，终切力：40～45 Pa，塑性黏度：32～38 mPa·s。段铣期间，在钻井液回流槽内放置强磁工具，避免铁屑进入循环罐；为了避免段铣不彻底，产生套管“剥皮”现象，控制钻时在0.5 m/h以内；段铣结束后，使用管柱强磁清理井内铁屑(图2右)。打捞铁屑结束后注水泥填井，并钻水泥塞至造斜点3 390 m。

图2 OMG723所用的段铣刀和使用管柱强磁打捞出的的铁屑

4.2 独特的钻头选型与个性化螺杆的完美结合

4.2.1 钻头选型

施工中综合考虑稳定工具面、造斜率、提高机械钻速、减少起下钻次数等因素，根据不同井段采用不同的钻头(表2)。该组合充分运用每种钻头(图3，图4)的不同优点，达到最大使用效果。

4.2.2 螺杆的选用

根据该井的特点，普通螺杆难以满足需要，本井在Ø149.2 mm井段采用贝克公司最新的Ø120 mm Ultra X-treme IR系列螺杆，该系列螺杆具有可调弯度(0～4°)的特点，结合2.42 m的超短长度能实现最大造斜率70°/30 m，超短螺杆能缩短MWD至钻头的测量盲区，提高轨迹控制的精度。为适应在136°高温地层长时间钻进的需要，在Ø95.3 mm井段选用了贝克公司最新研发的Ø73 mm X-treme耐高温高速螺杆，最大工作温度达190°，水功率达到58 HP，该型螺杆定转比3/2,在450 L/min排量下，转速达590 r/min,复合钻进时能降低钻杆的转速，减缓钻杆的疲劳破坏。两种螺杆的使用在本井取得了很好的效果，其可调弯度的特点减少了螺杆的消耗，Ø149.2 mm井段只使用了一根螺杆，Ø95.3 mm井段使用了两根螺杆，轨迹达标率100%。

表2 OMG723井钻头选型

图3 Ø149.2 mm井眼所用HCC D411ST金刚石钻头和EQH55DRD三牙轮钻头

图4 Ø95.3 mm井眼造斜段所用G21 SD88三牙轮钻头和水平段所用HHS 178孕镶金刚石钻头

4.3 合理的钻具组合及精细化施工措施

合理的钻具组合对于短半径水平井尤为重要，一旦钻具组合不合适，造斜率不满足要求会有填井重钻的风险，本井钻具组合的优选原则是：①确保造斜率符合要求，保持轨迹圆滑；②水平段以复合钻进为主，减少滑动钻进。

第一增斜段组合：Ø149.2 mm金刚石钻头+Ø120.7 mm螺杆(2.1°)+Ø88.9 mm无磁钻杆(MWD)+Ø120.7 mm MWD脉冲接头+Ø120.7 mm浮阀 +Ø120.7 mm陀螺定位接头+Ø88.9 mm钻杆×15根+Ø120.7 mm钻挺×15根+Ø120.7 mm随钻震击器+Ø120.7 mm钻挺×2根+Ø88.9 mm钻杆。为了避免了套管对MWD的磁干扰，使用陀螺摆方位。开窗初期采用控时钻进的方法(表3)，及时分析岩屑变化(图5)。

表3 控时钻进表

图5 控时钻进(3 390～3 398.5 m)井深与岩屑含量变化图

后续Ø149.2 mm增斜段使用三牙轮钻头配合2.5°螺杆的倒装钻具组合。

该井段施工的特点是钻速较慢，全井段滑动钻进，为缓解托压问题每钻进1 m打稠塞并适当提高排量循环；另一个问题是增斜段起下钻遇阻严重，通过转动工具面至高边解决问题。本井增斜段短调控余地小，测量滞后问题在短半径水平井增斜段尤为突出，要求技术人员有较高的预见性且对工具性能非常熟悉[8]。

第二增斜段组合：Ø95.3 mm三牙轮钻头+Ø73.0 mm螺杆(3.6°～3.8°)+Ø60.3 mm无磁钻杆(MWD)+Ø60.3 mmMWD脉冲接头+Ø60.3 mm浮阀+Ø60.3 mm钻杆×18根+Ø60.3 mm变扣+Ø88.9 mm钻杆×6根+Ø120.7 mm钻挺×9根+Ø120.7 mm随钻震击器+Ø120.7 mm钻挺×2根+Ø88.9 mm钻杆。

该组合采用柔性钻具组合并逐步倒装，有利于钻压的有效传递；大弯度螺杆配合三牙轮钻头，有效提高造斜率；选择短螺杆，减少测量盲区，有利于精确控制井眼轨迹[9]。

水平段组合：Ø95.3 mm孕镶金刚石钻头+Ø73.0 mm螺杆(0.8°)+Ø60.3 mm无磁钻杆(MWD)+Ø60.3 mmMWD脉冲接头+Ø60.3 mm浮阀+Ø60.3 mm钻杆×18根(倒装)+Ø60.3 mm变扣+Ø88.9 mm钻杆×6根+Ø120.7 mm钻挺×9根+Ø120.7 mm随钻震击器+Ø120.7 mm钻挺×2根+Ø88.9 mm钻杆。

该组合的保持零稳定器模式，有效缓解了水平段钻进托压，减小了卡钻的概率；采用孕镶金刚石钻头，减少了起下钻的频率，提高了钻进效率；为缓解小钻杆疲劳破坏的情况发生，每趟钻倒换钻杆，及时淘汰磨损严重的钻杆。

4.4 下尾管封固油层上部不稳定地层

第一增斜段Ø149.2 mm井眼中完后下尾管固井，使用Ø114.3 mm P110 尾管，为了提高固井质量，在裸眼段使用刚性扶正器，在直井段使用弹性扶正器，合理的精细化措施确保固井的高质量。

4.5 良好的钻井液体系

基于本井的地层特性、大曲率、小井眼、套管磨铣作业等特点，选用油基钻井液，在油基钻井液的基础上形成了耐高温、强抑制、强抗盐侵、泥页岩井壁稳定、易于调整流变性的适应本地区的钻井液体系，如表4所示。

表4 不同井段的钻井液性能

5 施工效果评价

1)OMG723井实际造斜点3 390 m，第一造斜段钻至3 452.5 m,第二造斜段从3 452.5 m钻至3 480.42 m，水平段从3 480.42 m至完钻井深3 888 m，水平位移450.06 m，水平段长407.57 m，油层钻遇率100%。

2)钻头和螺杆的完美配合，使本井轨迹达到了最优化，起钻磨阻最大80 kN，下钻磨阻最大50 kN，为后期各种施工提供了良好条件。

3)段铣开窗运用成功，开窗后续的起下钻经过窗口时无遇阻和超拉现象。

4)精细化施工措施使该井施工过程中未发生井塌、井漏、落物等井下复杂情况。

6 结论和建议

1)针对短半径水平井曲率大、造斜段短的特点，合理的工具选型及组合对于轨迹的精确控制非常重要。

2)Ø95.3 mm小井眼钻进中，按时泵入稠塞并配合大幅度活动钻具有效破坏井底岩屑床，缓解了托压和避免了卡钻。

3)流变性易于调整的钻井液能更好的适应复杂修井工作的施工需要。

4)建议国内科研工作者加强对可调度数短螺杆的研究,同时提高螺杆的耐高温性能，以满足将来复杂的施工要求。