李益平

(中石化華北石油局西部工程公司，新疆巴州 841600)

塔河油田TK665CH井卡拉沙依組鍛銑側鉆水平井技術

李益平

(中石化華北石油局西部工程公司，新疆巴州 841600)

近年來，在塔河油田老區(qū)直井基礎上進行177.8 mm套管開窗(149.2 mm井眼)側鉆是主要開發(fā)方向之一。石炭系卡拉沙依組鍛銑開窗存在循環(huán)壓耗大，鐵屑上返排量窗口窄，鐵屑容易在鍛銑套管上窗口堆積，易發(fā)生鐵屑憋泵、纏刀、退刀困難，側鉆時地層壓實性好，機械鉆速低，井壁掉塊卡鉆，穿越兩套壓力體系井漏，摩阻扭矩大等復雜情況。在TK665CH井石炭系卡拉沙依組177.8 mm套管鍛銑開窗側鉆施工中，通過鉆頭、鉆進參數(shù)、導向馬達、鉆具組合的優(yōu)選，軌跡的監(jiān)控以及針對性的泥漿技術，側鉆獲得成功，為塔河油田老井改造及定向側鉆積累了成功的經(jīng)驗。

石炭系卡拉沙依組;鍛銑;側鉆;鉆井液技術;塔河油田

TK665CH井是一口三開結構的長裸眼井老井增產(chǎn)改造井。177.8 mm套管下深5544.02 m到井口。本井前期側鉆過程中發(fā)生2次井漏，因常規(guī)堵漏失敗，均下橋塞回填。為保證第三次定向側鉆順利達到目的層靶點，在石炭系卡拉沙依組定向側鉆。設計鍛銑井段5387～5417 m，側鉆井段5400～6192.92 m，實際鍛銑井段5391～5421 m，側鉆井段5402～5721.03 m。

1 TK665CH井石炭系卡拉沙依組側鉆施工難點

(1)石炭系卡拉沙依組側鉆地層巖性:棕褐色、灰色粉砂質(zhì)泥巖，棕褐色、深灰色泥巖，即“上泥巖段”。TK665CH井石炭系卡拉沙依組埋深在5059～5570 m。石炭系卡拉沙依組泥巖夾含礫砂巖，地層可鉆性差，一直是制約機械鉆速的一個“瓶頸”。

(2)定向側鉆井眼穿越石炭系和奧陶系兩套不同的壓力系統(tǒng)。石炭系泥漿密度1.25～1.33 g/ cm3，而奧陶系地層實鉆泥漿密度1.10～1.17 g/ cm3。穿越不同的兩套壓力系統(tǒng)極易造成井壁坍塌、掉塊卡鉆、井漏等井下復雜。

(4)側鉆時井身軌跡較難控制，特別是出套管時極易對隨鉆測斜儀形成磁干擾，造成測斜儀不能正常工作，無法有效控制軌跡。

2.1 鍛銑地層的優(yōu)選

經(jīng)過反復核對套管數(shù)據(jù)和聲幅曲線的比對，優(yōu)選卡拉沙依組固井聲幅質(zhì)量優(yōu)秀的5281～5321 m井段套管進行鍛銑作業(yè)。

2.2 鍛銑鉆具組合

為防止鍛銑時發(fā)生套管“扒皮”現(xiàn)象，保證銑刀工作時相對套管居中，優(yōu)選鍛銑鉆具組合:149.2 mm牙輪鉆頭+鍛銑工具+120.6 mm DC×18根+88.9 mm DP。選擇銑刀時，優(yōu)選張開時刀面最大外徑大于220 mm的四刀翼銑刀。

2.3 鍛銑施工參數(shù)

鉆壓10～40 kN，泵壓23～25.5 MPa，轉速60～65 r/min，排量11～12 L/s。

2.4 復雜情況

TK665CH井第三個井眼在鍛銑開窗過程中共使用5套鍛銑工具。鍛銑施工純磨銑時間為98 h。施工過程中多次出現(xiàn)鐵屑上返困難憋泵現(xiàn)象、扭矩異常、纏刀、退刀困難等復雜情況，處理復雜情況耗時190 h。圖1為鍛銑異常時返出的鐵屑。針對復雜情況采取了如下技術措施。

圖1 TK665CH井鍛銑異常時返出的鐵屑

(1)鍛銑工具入井后嚴禁中途開泵，嚴禁中途鉆具轉動，嚴禁猛提猛放，必須平穩(wěn)下入，緩慢下鉆。

(2)嚴禁井內(nèi)落物。對所有鉆具必須進行嚴格檢查后方能入井，鍛銑入井前使用全新的120.6 mm鉆鋌和88.9 mm S135Ⅰ級鉆桿。每次起鉆檢查鉆具是否存在漲扣現(xiàn)象。

(3)下鉆至預計深度時必須反復核對鉆具深度。

(4)鉆具下深到鍛銑位置后，將鉆機剎把剎死，排量11～12 L/s，慢慢啟動轉盤，將轉速調(diào)整到40～60 r/min，鍛銑切割20～30 min，觀察和記錄泵壓及扭矩變化。

(5)確認套管完全切割后開始鍛銑作業(yè)，鉆壓10～40 kN，轉速60～65 r/min，排量10～12 L/s;鍛銑進尺1～2 m根據(jù)循環(huán)時間觀察鉆井液出口返出情況，必須確認套管是否被完全切割，活動修理上窗口。

(6)鍛銑作業(yè)過程中，每進尺0.5 m在低轉速下循環(huán)0.5 h，循環(huán)期間不可上下活動鉆具。

(7)鍛銑過程中多次進行張刀座刀試驗，以檢查鍛銑刀具磨損情況。

(8)如出現(xiàn)泵壓上升，扭矩增大，進尺異?？旎蚵?，必須停止鍛銑鉆進。

(9)及時檢查鉆井液出口鐵屑返出情況和記錄鐵屑返出量，判斷套管鍛銑情況。

(10)接單根前應充分循環(huán)鉆井液，根據(jù)返出的鐵屑情況確定接單根時間，避免因停泵造成鐵屑下沉而造成復雜情況。

(11)第二次下入鍛銑工具時必須將鍛銑工具和鉆頭用不銹鋼篩網(wǎng)包扎好后再入井。

(12)鍛銑過程中及時觀察返出鐵屑形狀外觀，如能返出片狀及長條狀，說明鍛銑正常;如返出細長絲狀鐵屑，則有可能發(fā)生纏刀、憋泵、扭矩大等復雜情況應及時采取措施。

2.5 退刀技術措施

在施工過程中由于刀片磨損、井下復雜等情況進行了5次退刀起鉆作業(yè)。退刀前需進行判斷: (1)刀片磨損情況，刀片上是否存在鐵絲等纏刀現(xiàn)象，若泵壓高于正常鍛銑泵壓，扭矩高于正常鍛銑扭矩，說明存在纏刀現(xiàn)象，如果若纏刀，則需要開動轉盤高速、大排量沖洗，再配合大范圍上提下放鉆具來處理;(2)銑刀不能通過上窗口時，若刀片磨損少，下鉆到下窗口處不開泵低鉆壓低轉速干磨刀片，使用大鉆壓可能崩斷刀片，采用環(huán)空憋壓，鉆具水眼迅速泄壓，但最大憋壓不能超過地層破裂壓力和套管抗內(nèi)壓強度的80%中的最小者;若上窗口有鐵屑堆積時，則可采用倒劃眼的方式退刀，但每倒劃10～20 cm時應上提下放鉆具一次，防止鐵屑堆積引起卡鉆。

3 石炭系卡拉沙依組定向側鉆技術

3.1 鉆頭的優(yōu)選

(1)本井在5400～5482.5 m(井斜0°～31°)選用江漢生產(chǎn)的149.2 mm的HJS517G鉆頭，這只鉆頭在本井段側鉆中最高使用37 h，4只鉆頭進尺80.5 m，平均機械鉆速0.65 m/h。石炭系使用的HA517G鉆頭進尺15.5 m，使用35 h，平均機械鉆速0.44 m/h。HJS517G、HA517G牙輪鉆頭在本井得到了很好的運用，不足之處是牙輪鉆頭的使用時間和機械鉆速都相對較低。

(2)在5482.5～5721 m(井斜31°～82.7°以及穩(wěn)斜段鉆進)使用百斯特公司生產(chǎn)的149.2 mm的M1965D型PDC鉆頭，累計進尺238.52 m，起出新度90%，平均機械鉆速1.45 m/h。M1965D鉆頭不但工作穩(wěn)定，而且對定向工具面影響較小。不但提高了機械鉆速，而且減少了起下鉆的次數(shù)，明顯加快了施工的進度。不足之處是在定向增斜施工時降低了導向馬達的增斜率，現(xiàn)場實際運用時應選擇比正常造斜率略高的導向馬達進行配合使用。

3.2 鉆進參數(shù)的優(yōu)選

由于側鉆點5402 m是水泥塞回填，可鉆性非常好。為防止側鉆時進入老井眼，前期打水泥塞時提高水泥漿中硅粉含量，保證水泥石強度。掃水泥塞至側鉆點進行承壓100 kN驗證水泥塞的強度。在剛開始側鉆時，采用控時不控壓，小排量鉆進，確保井下馬達的增斜率。定向鉆進參數(shù):使用牙輪鉆頭時，鉆壓10～80 kN，使用PDC鉆頭時鉆壓20～40 kN，復合鉆進時轉盤轉速30～40 r/min，排量11～14 L/s，泵壓19～23 MPa。由于全井使用88.9 mm鉆桿，鉆桿柔性太強，定向鉆進時維持馬達工具面的穩(wěn)定是一個難點。鉆進施工中為提高機械鉆速和穩(wěn)定工具面，采用地面實施一定扭矩來克服鉆頭反扭矩的方式穩(wěn)定工具面，達到鉆壓的最大化，以此來提高機械鉆速。鉆進時排量以能達到泥漿最低還空返速0.8～1.0 m/s為宜，這樣既能正常維持攜帶巖屑，又能最大限度地減小泥漿對井壁的沖刷，維持井壁的穩(wěn)定，減少井壁剝落掉塊。

3.3 導向馬達的優(yōu)選(見表1)

表1 TK665CH井側鉆用導向馬達

本井是三段制的短半徑側鉆水平井，增斜段增斜率在1°/m左右，而且增斜段短調(diào)控余地少，測量滯后現(xiàn)象突出。為保證有效跟蹤井眼軌跡，優(yōu)選長度較短的德州螺桿進行增斜段施工。德州螺桿縮短了隨鉆測斜儀的工作零長，提高了井底軌跡預測的準確性，同時配合相應的牙輪鉆頭，能有效地保證井眼軌跡的平滑，降低了施工的風險。但其螺桿使用

時間較短，均在80 h作業(yè)，增加了起下鉆的次數(shù)。造斜段德州螺桿配合適當?shù)你@進參數(shù)確保了增斜鉆進的造斜率維持在10°～12°/30 m。井斜大于82°的水平段鉆進使用時間長、動力更加強勁的立林螺桿更能有效提高機械鉆速。

3.4 鉆具組合的優(yōu)選(見表2)

表2 TK665CH井石炭系卡拉沙依組側鉆鉆具組合

短半徑水平井鉆井，由于造斜需在很短的井段內(nèi)完成，井眼曲率變化大，鉆柱在造斜井段會產(chǎn)生較大的彎曲應力，易造成鉆具的疲勞損害;特別在鉆柱旋轉時，彎曲井段的鉆柱受交變應力作用，鉆柱極易發(fā)生疲勞破壞，施工中應注意每趟鉆倒換定向井段的鉆柱位置;增斜段0～30°井段采用正常鉆具組合，確保井眼軌跡。30°～90°井段倒裝鉆具組合，將加重鉆桿接于直井段，普通鉆桿(18°斜坡)置于斜井段、水平段。通過倒裝鉆具，大大減輕了鉆具承載的負荷，確保了井身軌跡的平滑性和井下安全。

3.5 軌跡的監(jiān)控

由于小井眼側鉆三維水平井存在井眼曲率大、可控井段短、井眼尺寸小的特點，本井采用Sperrysun－MWD350無線隨鉆測斜儀，可靠有效工作零長13～14 m。軌跡監(jiān)控嚴格執(zhí)行增斜段3 m一測量的原則。施工中采用水平井工程軟件，根據(jù)螺桿鉆具造斜率計算結果，準確地預測出了在造斜段和水平段鉆進過程中的井斜角和方位角的變化規(guī)律，做好待鉆井眼的軌跡設計，組合式隨鉆測斜工藝既能滿足造斜段的精確控制，不僅為最終井眼軌跡進入設計靶窗提供了保證，又能實現(xiàn)水平段的快速鉆進。對于套管對MWD形成的磁干擾，做好軌跡預測工作，盡量縮短套管對MWD形成磁干擾的井段，確保井眼軌跡。在本井施工過程中，MWD出現(xiàn)多次的無信號現(xiàn)象，分析原因:一是泥漿固相含量高，泥漿中有雜物，堵塞儀器;二是起鉆檢修儀器時不夠精細。通過上述原因說明泥漿除雜和MWD儀器的實時檢修工作還有待完善和加強。

4 鉆井液技術

4.5%～7.0%膨潤土+0.1% ～0.2%燒堿+ 0.2%～0.3%純堿+0.2%～0.4%聚合物包被劑+ 0.3%～0.5%高粘羧甲基纖維素鈉鹽 +1.0% ～2.0%磺化酚醛樹脂(干粉)+1.0% ～2.0%磺化褐煤樹脂。

4.2 石炭系卡拉沙依組側鉆鉆井液體系

聚合物混油體系:3.0%～4.0%膨潤土+0.1%～0.2%純堿+0.1%～0.2%燒堿+0.2%～0.5%大分子包被劑+0.5%硅醇抑制劑+3.0%～4.0%磺化酚醛樹脂(干粉)+2.0%～4.0%磺化褐煤樹脂+2.0%～3.0%聚合物防塌劑+2.0%～3.0%瀝青+2.0% ～4.0%抗溫抗鹽降濾失劑+3.0% ～5.0%KCl+6.0%～10.0%原油+0.2% ～0.4%乳化劑+0.2% ～0.4%單向壓力屏蔽劑+2.0% ～3.0%超細碳酸鈣。

膠液的基本配方:0.1% ～0.2%Na2CO3+ 0.1%～0.2%NaOH+0.2%～0.5%KPAM+2%～4%CXA+2%～4%CXB+2.0%～4.0%瀝青+ 2.0%～3.0%SYP－1。

4.3 石炭系定向側鉆鉆井液處理的技術措施

(1)套管開窗時泥漿性能:密度1.25～1.30 g/ cm3，馬氏漏斗粘度90～110 s，塑性粘度20～30 mPa·s，動切力10～20 Pa。根據(jù)鐵屑返出量理論與實際的比對合理調(diào)整泥漿性能。

(2)石炭系定向鉆進時，泥巖易剝落掉塊，采用大分子包被劑、硅醇抑制劑、聚合醇、KCl等處理劑增強鉆井液的抑制性能;同時增強鉆井液的封堵性能，采用瀝青、超細碳酸鈣、單向壓力屏蔽劑復配，增強鉆井液的失水造壁性能，防止濾液進入地層造成泥巖水化分散。API失水控制在4 mL以內(nèi)，高溫高壓失水控制在11.5 mL以內(nèi)。

(3)較窄的環(huán)空間隙使鉆具粘附卡鉆的機會增多，為降低摩阻，加入6%～10%的原油或2%～3%的潤滑劑，同時保持鉆井液有較低的膨潤土和固相含量。

(4)由于施工井段穿越石炭系和奧陶系，可能出現(xiàn)井漏、井塌等復雜情況。要及時根據(jù)井下實際情況，調(diào)整控制好鉆井液密度。鉆進過程中泥漿密度由1.32 g/cm3緩慢下調(diào)至1.25 g/cm3(每循環(huán)周下調(diào)不超過0.02 g/cm3)，下調(diào)過程中密切關注返出的砂樣中的掉塊含量。對于易發(fā)生漏失的地層，及時加入隨鉆堵漏劑、單向壓力屏蔽劑以提高地層承壓能力。

(5)定向段鉆進，嚴格控制初、終切力差值，且終切力應略高于完全懸浮巖屑時所需要的最小靜切力;同時保持鉆井液有一定的低剪切速率粘度，即一定的3和6讀數(shù)，以利于提高懸浮巖屑能力。

(6)定期打入稠塞并配合鉆具轉動，以破壞剛形成的巖屑床，清潔井眼;嚴格執(zhí)行短起下鉆措施，以減少巖屑床的形成;每次起鉆前充分循環(huán)洗井，攜帶井眼內(nèi)的巖屑。

5 結論及總結

(2)在石炭系卡拉沙依組側鉆，牙輪鉆頭使用時間制約著定向側鉆機械鉆速和周期，PDC鉆頭的使用提高了機械鉆速和節(jié)約了鉆井周期，但工具面不穩(wěn)定。用轉盤反扭矩來克服PDC鉆頭工具面的不穩(wěn)定是一個值得研究的課題。

(3)長短結合的定向馬達，實施跟蹤測斜，在石炭系卡拉沙依組短半徑側鉆井施工中更有利于控制井眼軌跡。

(4)聚磺混油鉆井液體系很好地解決了定向造斜，特別是在易掉塊、垮塌的石炭系地層的定向施工問題。149.2 mm井眼定向側鉆對泥漿的潤滑性要求較高，摩阻≯0.0612。密度變化小于每周0.02 g/cm3。177.8 mm套管開窗泥漿性能維護比較困難，粘度、切力是關鍵。

(5)TK665CH井在石炭系卡拉沙依組和奧陶系的成功側鉆，為塔河油田的177.8 mm套管的老井增產(chǎn)改造提供了更廣闊的空間。

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Horizontal Well Sidetracking by Milling in Kalashayi Formation of Tahe Oilfield/LI Yi-ping(Western Engineering Company of North China Petroleum Bureau，SINOPEC，Bazhou Xinjiang 841600，China)

Sidetracking in177.8mm case is one of the main development directions for vertical wells in old Tahe oilfield in recent years.Sidetracking in carboniferous kalashayi formation，iron scraps accumulate in the case opening because of large circulating pressure loss and narrow window for upward iron scraps，which bring high pump pressure，tangle cutter and difficult cutter backstroking;formation compactibility makes low penetration rate and blocking;penetrating 2 different pressure systems of carboniferous and ordovician causes lost circulation，large torque and drag.By the optimization of bit，drilling parameter，steerable motor and drilling tool assembly and by the trajectory monitoring and mud technique，sidetracking was successfully completed for old well reconstruction in Tahe oilfield.

carboniferous kalashayi formation;forging and milling;sidetracking;drilling fluid technique;Tahe oilfield

TE243

A

1672－7428(2012)04－0031－04

2011－11－11;

2011－12－05

李益平(1983－)，男(漢族)，四川人，中石化華北石油局西部工程公司鉆井技術負責、助理工程師，石油工程專業(yè)，從事鉆井技術工作，新疆輪臺(841600)，liyiping0221@163.com。