解超

(中石化華北石油局五普鉆井公司，河南新鄉(xiāng) 453700）

懸空側鉆技術在紅河油田水平井中的應用

解超

(中石化華北石油局五普鉆井公司，河南新鄉(xiāng) 453700）

在水平井儲層鉆進中，地層發(fā)生突變導致鉆頭偏出產(chǎn)層的情況時有發(fā)生，運用懸空側鉆的方法在儲層內側鉆，選擇更加有利的井斜角繼續(xù)在儲層內鉆進，是一種高效、經(jīng)濟的施工方法。紅河油田長8儲層巖性為砂、泥巖互層，水平井在施工過程中易鉆遇泥巖夾層，在水平段施工過程中鉆遇泥巖后退至砂巖井段應用了懸空側鉆技術，通過優(yōu)選側鉆點、側鉆鉆頭和鉆具組合，采用合理的造斜率及側鉆鉆壓，確保其繼續(xù)在儲層砂巖中鉆進，側鉆過程中油氣顯示良好。采用懸空側鉆技術成功地找到了儲層，提高了儲量鉆遇率，為實現(xiàn)預計產(chǎn)量提供了保障。

水平井;懸空側鉆;側鉆點;軌跡控制;鉆遇率;紅河油田

0 引言

紅河油田位于甘肅省鎮(zhèn)原縣—涇川縣，北東方向與西峰等油田相鄰。紅河油田主產(chǎn)層為長8、9儲層，水平井鉆探已經(jīng)成為了油田開發(fā)的主要手段，效果顯著。隨著開發(fā)程度的深入，產(chǎn)層靶區(qū)的地質情況愈來愈復雜，水平段鉆遇泥巖的情況愈來愈常見，保證儲層鉆遇率的問題愈來愈突出。紅河油田砂體有效厚度薄，地層非均質性強，在多口井遭遇地層突變、面臨儲層鉆遇率無法滿足要求的情況下，采用懸空側鉆的方法在儲層段選點側鉆，避開非儲層段，重新回到儲層，大幅度地提高了儲層鉆遇率，帶來了極大的綜合效益。本文重點介紹HH12P21井懸空側鉆工藝技術應用實踐。

1 基本工程地質情況

HH12P21井是鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷構造南端紅河油田一口以三疊系延長組長812層段為地質靶體的水平井。該井用 374.7 mm鉆頭一開，鉆至井深301 m后下入 273 mm套管;二開用 241.3 mm鉆頭垂直鉆至井深1790.29 m開始造斜，增斜鉆進至井深2260 m井斜增至90.29°著陸于目的層，下入 177.8 mm套管;使用 152.4 mm鉆頭進行三開水平段鉆進。水平段在井深2828～2975 m鉆遇大段泥巖，對應垂深2085.60～2086.00 m。由于泥巖段出現(xiàn)坍塌，造成上提下放遇嚴重，經(jīng)長時間劃眼處理仍無法正常通過，繼續(xù)鉆進困難;為了加快施工進度，減小繼續(xù)處理存在的風險，經(jīng)甲方同意決定上提至上部合適井段進行側鉆。

同時，地質上結合鄰井資料，認為軌跡已鉆穿砂巖底部，為了確保鉆遇好的油氣顯示，對水平段軌跡也進行了調整，要求自井深2796 m(垂深2085.47 m）開始，在方位不變的情況下，每鉆進100 m垂深上調1.5 m，側鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)見表1。

打水泥塞側鉆是常規(guī)的側鉆方法，具有側鉆成功率高、夾壁墻坍塌風險小、后期作業(yè)安全等優(yōu)點，但注水泥塞、候凝、探塞面等將耗費4.5天左右的輔助時間。為了提高生產(chǎn)效率，縮短鉆井周期，決定采取上提至上部合適井段進行懸空側鉆的最經(jīng)濟、最省時、最高效的側鉆方法。但本井實施懸空側鉆面臨著以下幾個難點:

表1 HH12P21井側鉆軌跡設計數(shù)據(jù)

(1）側鉆點垂深大、位移大、摩阻大;

圖1 紅河油田12井區(qū)長油藏剖面圖

(4）水平井水平段，鉆具粘附下井壁，控時側鉆易粘卡，活動鉆具，容易破壞形成的臺階;

(5）水平段裸眼段長，側鉆點處夾壁墻薄，懸空側鉆夾壁墻中空易垮塌，井壁穩(wěn)定問題突出。

2 懸空側鉆基本原理

在大位移井或水平井的裸眼井段，在未打水泥塞的情況下側鉆。把工具面重力高邊擺放在井眼低邊，依靠鉆具的自重，讓鉆頭在老井眼的低邊鉆出一個新井眼。當新井眼形成后，再改變方位使新井眼逐漸與老井眼分開。然后再通過調整井斜或方位來控制井眼軌跡，使井眼軌跡按照地質上的要求在目的層中延伸。當新井眼與老井眼分開后，懸空側鉆作業(yè)結束。

3 懸空側鉆主要技術措施

3.1 側鉆點的選擇

側鉆點的選擇要考慮易于側鉆和側鉆成功后井眼軌跡控制問題，是懸空側鉆的第一步，也是成功側鉆的先決條件。要盡量減少報廢井段，節(jié)約成本;同時也要保證側鉆點地層穩(wěn)定，防止夾壁墻坍塌，提高目的層砂巖鉆遇率。綜合以上考慮，結合該井實鉆地層情況和軌跡情況，2750～2795 m處巖性為灰、淺灰色細砂巖，可鉆性相對較好，因此將側鉆點選擇在2783 m處。

3.2 懸空側鉆鉆具組合力學分析

懸空側鉆鉆具組合由鉆頭、螺桿鉆具、穩(wěn)定器、無磁鉆鋌、加重鉆桿及斜坡鉆桿組成，帶有小角度單彎螺桿的下部鉆具組合，在自重的作用下，將“躺在”井眼低邊(如圖2所示）。由于單彎螺桿的存在，鉆頭在初始狀態(tài)將偏離原有井眼軸心，在近鉆頭穩(wěn)定器及鉆壓的作用下，鉆具將發(fā)生彎曲彈性變形。在水平井中，隨工具面角度的改變，鉆具的重力分量沿工具面角也相應隨之改變，這兩個不同方面的重力分量對造斜能力和扭方位能力的影響也有所不同。

3.2.1 螺桿彎角和造斜能力的關系

圖2 水平井下部鉆具受力變形示意

由圖3可以看出，隨著螺桿彎角的增大，下步鉆具組合造斜能力逐漸增大，可根據(jù)側鉆井眼軌跡設計及地層情況選用不同彎角的螺桿，進而獲得不同的造斜能力，達到一次側鉆成功的目的［4］。

3.2.2 側鉆摩阻扭矩分析

由圖4所示水平井上行摩阻和下行摩阻實際表示的是軸向力。通過分析狗腿度和法向力可以看出，由于軌跡不同對不同工況下摩阻的影響。法向力越大，摩擦力越大，即摩阻亦越大。因此，選擇合適的側鉆造斜率鉆具組合，是保證后續(xù)水平段順利施工的關鍵。

圖3 造斜能力隨螺桿彎角變化趨勢

3.2.3 懸空側鉆鉆具組合選擇

圖4 水平井摩阻、扭矩、法向力

鉆具組合的設計主要考慮易于側鉆成功，并在側鉆成功后不用起鉆就能繼續(xù)鉆進。老井眼在井深2768～2816 m處井眼曲率在1.07°～3.2°/30 m(見表2），根據(jù)經(jīng)驗， 120 mm 1.25°單彎螺桿在該工區(qū)的造斜率在7.5°～9°/30 m之間，所以 120 mm1.25°螺桿能滿足成功側鉆的需要。采用的懸空側鉆鉆具組合為: 152.4 mm PDC+ 120 mm 1.25°單彎螺桿+ 148 mm扶正器+ 120 mm無磁鉆鋌+ 120 mm MWD懸掛短節(jié)+ 89 mm。

3.3 懸空側鉆鉆壓控制［2］

如圖5所示，假定側鉆點處的巖石具有足夠的抗壓和抗剪強度，在造臺階的過程中始終不會坍塌。由鉆桿所提供的鉆壓將在鉆頭上形成均布載荷，假定鉆壓W在鉆頭上沿其直徑寬度D均勻分布，則其載荷集度q為:

圖5 側鉆造臺階時鉆頭受力情況

造臺階時鉆頭兩側受力并不相同，其中一側處于放空狀態(tài)。設在側鉆過程某一刻臺階的高度為L，則在鉆頭放空一側形成的彎矩M為:

式中:D——鉆頭直徑寬度，m;W——鉆壓，kN; q——鉆壓沿鉆頭直徑寬度均布時的載荷集度，kN/ m;L——側鉆臺階的高度，m;M——彎矩，N·m。

隨著彎矩M的增大，鉆具發(fā)生彎曲變形，鉆頭傾角增大，方向指向側鉆臺階，這將增大鉆具的造斜能力，最終可能導致形成的側鉆井眼“狗腿度”較大，偏離了原本的設計軌跡。從式(2）可以看出，通過減少鉆壓W或者力臂(D－L）能夠減少彎矩M，因此在側鉆的開始階段，臺階較低，應該采用較小的鉆壓。而在側鉆過程中鉆柱長時間幾乎靜止躺臥在下井壁，巖屑容易堆積從而增大摩阻，因此隨著臺階逐步形成應逐漸增大鉆壓以提高鉆速，相應地增大傾角，迅速完成滑動造斜階段。

3.4 懸空側鉆技術措施

(1）鉆井液要具有良好的潤滑性能，確保鉆具不粘附，保證懸空側鉆正常順利進行。

(2）采取降方位、微降井斜的側鉆技術措施，主要依靠方位的變化側鉆出新井眼，側鉆出新井眼后再增井斜，使實鉆軌跡達到設計要求。

(3）在側鉆過程中要密切注意鉆壓和工具面的變化，當逐漸能加上鉆壓，且工具面隨鉆壓的增大而逐漸減小時，說明臺肩已形成。

4 懸空側鉆施工及效果

4.1 施工過程

(1）劃槽:劃槽井段為2774～2783 m。下鉆至井深2774 m處，將重力工具面擺放在150°左右，并保證工具面穩(wěn)定，以5 m/h的速度反復上下劃槽2～3遍。

(2）劃槽結束后將鉆具放至深2783 m，重力工具面擺放在220°左右開始控時側鉆，嚴格控制送鉆速度在0.5～0.6 m/h，并做到送鉆均勻，操作平穩(wěn)。按照該工具面和速度控時鉆進至2788 m后，逐漸將工具面調整在260°左右，速度控制在0.7～0.8 m/h控時至2793 m，此時鉆壓能逐漸加至40 kN，工具面也隨鉆壓的增大而減小，判斷已在井眼左下位置形成臺肩。于是逐漸增大鉆壓，速度控制在1～1.2 m/h鉆進至2797.5 m時，返出巖屑明顯增多，鉆壓也逐漸增至80 kN，判斷已經(jīng)側鉆出新井眼。為了保證井眼的平滑，復合鉆進一個單根后，開始增斜增方位，將實鉆軌跡控制在設計范圍內。

4.2 應用效果

該井側鉆至井深2808.17 m，測點井深2796.67 m，井斜88.68°，方位161.96°。與原井眼相比，井斜降低了1.52°，方位減小了3.07°。通過防碰掃描，該位置新老井眼夾壁墻0.5 m;井深2808.17 m處新老井眼夾壁墻已達1.0 m以上(見表3）。懸空側鉆取得了滿意的效果。側鉆后部分井段軌跡數(shù)據(jù)見表4。懸空側鉆前后實鉆井眼軌跡示意圖(見圖6）。

表3 HH12P21井側鉆夾壁墻厚度掃描

表4 HH12P21井側鉆后部分井段軌跡數(shù)據(jù)

紅河油田多口水平井水平段通過懸空側鉆技術的成功應用，諸如HH37P24井側鉆3次(如圖7所示），HH37P51井下切側鉆1次(如圖8所示），施工效率大幅度提高，儲層平均鉆遇率已達86%，有效的提高了水平井單井產(chǎn)能，懸空側鉆技術已成為紅河油田水平井提速提效的關鍵技術之一。

圖6 HH12P21井側鉆前后實鉆軌跡示意

5 結論與認識

(1）在裸眼段實施懸空側鉆，減少了注水泥塞、候凝、多次起下鉆等輔助時間，提高了鉆井速度和效率，同時在水平段實施也避免了水泥對儲層的污染。

(2）側鉆點的選擇非常重要，要對原井眼軌跡數(shù)據(jù)和側鉆井眼軌跡設計數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)采用的側鉆工藝選擇利于側鉆的井段，同時也要考慮地質因素，側鉆段地層穩(wěn)定很重要。

(3）要根據(jù)現(xiàn)場實際情況制定合理的施工技術措施，側鉆時要控制好工具面，要根據(jù)鉆壓、扭矩和工具面角的變化及時對側鉆情況做出判斷。

圖7 HH37P24井側鉆軌跡圖

圖8 HH37P51井側鉆軌跡

［1］周井紅，陳友生，陳其學，等.磨溪氣田研磨性硬地層水平井懸空側鉆技術應用實踐［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2009，32(3）:45－47.

［2］楊仲涵，何世明，鄭鋒輝，等.懸空側鉆技術在大牛地氣田DP22水平井的應用［J］.石油鉆采工藝，2012，34(3）:20－23.

［3］李功強，趙永剛，陳利雯.鎮(zhèn)涇油田長8_1段儲層測井相研究［J］.石油地質與工程，2011(5）.

［4］李維，李黔，李生林.魚骨型分支井開窗下部鉆具力學性能分析［J］.石油鉆采工藝，2009，32(3）:30－33.

［5］劉文兵.DP6水平井 311.15 mm井眼側鉆技術探［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程），2011，38(12）:27－31.

Application of Suspended Sidetracking Technology in Horizontal Well of Honghe Oilfield

XIE Chao(Wupu Drilling Company of North China Petroleum，SINOPEC，Xinxiang Henan 453700，China）

Bit deviating out from producing formation by formation discontinuity some time happens in reservoir drilling with horizontal well.It is a high efficiency and economic construction method to use suspended sidetracking technology to sidetrack inside the reservoir formation with proper deviation angle.Chang－8 reservoir of Honghe oilfield is sand and mudstone interbed，it is easy to drill into mudstone interbed for horizontal construction.Back to the sandstone section，suspended sidetracking technology was applied，by optimization of sidetracking point，sidetracking bit and bottom hole assembly and with the rational deflection rate and sidetracking pressure，continuous drilling in reservoir sandstone was ensured with good oil gas show.Key words:horizontal well;suspended sidetracking;sidetracking point;trajectory control;drilling－encounter ratio; Honghe oilfield

TE243

:A

:1672－7428(2012）10－0007－05

2012－07－31

解超(1965－），男(漢族），河南人，中石化華北石油局五普鉆井公司經(jīng)理、高級工程師，探礦工程專業(yè)，主要從事鉆井工程技術研究、管理工作，河南省新鄉(xiāng)市洪門五普。