張曉明，胥 豪，崔海林，仇恒彬，王 濤

(中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營257017)

0 前言

塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起中段阿克庫勒凸起西南斜坡，是以石炭系砂巖、奧陶系碳酸鹽巖為主要儲集層的油氣藏，儲層發(fā)育和儲量富集、分布是以縫洞系統(tǒng)為基本單元發(fā)育分布的［1，2］。原直井井身結(jié)構(gòu)主要有2種，四開四完的常規(guī)井身結(jié)構(gòu)和簡化的三級井身結(jié)構(gòu)(圖1)，受地質(zhì)條件約束，2種結(jié)構(gòu)的177.8 mm套管下在奧陶系頂界，管鞋距產(chǎn)層50～80 m［3］。TK7－640CH井是中石化西北油田分公司在塔河油田部署的一口基于膨脹管技術(shù)開發(fā)塔河油田奧陶系剩余油的小井眼開窗側(cè)鉆重點(diǎn)試驗(yàn)井。受地層條件和工程技術(shù)的限制，鉆完井作業(yè)難度隨之增加，某些井間剩余油不能得到經(jīng)濟(jì)開采。鑒于膨脹管技術(shù)在解決地質(zhì)與工程難題方面具有優(yōu)勢，因此采用膨脹管技術(shù)實(shí)施老井開窗側(cè)鉆水平井。

圖1 塔河油田直井井身結(jié)構(gòu)示意圖

1 工程概況

1．1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

TK7－640CH井鉆遇地層分別為石炭系卡拉沙依組沙泥巖段及上泥巖段、巴楚組雙峰灰?guī)r段及下泥巖段和奧陶系鷹山組泥晶灰?guī)r。從石炭系到奧陶系地層層位缺失、厚度變化差異明顯，壓力系統(tǒng)較為復(fù)雜，為低－高－低壓力體系［4］，給開發(fā)和側(cè)鉆帶來難度。因此采用177.8 mm套管斜向器開窗側(cè)鉆工藝，側(cè)鉆點(diǎn)選擇在石炭系卡拉沙依組5217.52 m。為了保證側(cè)鉆成功，首先使用149.2 mm牙輪鉆頭側(cè)鉆至5228 m。側(cè)鉆成功后自井深5228 m開始進(jìn)行定向隨鉆擴(kuò)眼作業(yè)鉆進(jìn)至一開設(shè)計(jì)井深5572 m，139.7 mm膨脹管下至井深5569 m膨脹固井，封隔巴楚組不穩(wěn)定泥巖地層。二開采用130 mm鉆頭鉆至設(shè)計(jì)完鉆井深5985.02 m，裸眼完井，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 TK7－640CH井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

1．2 井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于本井采用定向隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)和膨脹管技術(shù)，結(jié)合地層特點(diǎn)，設(shè)計(jì)剖面類型為“直－增－穩(wěn)－增－平”五段制(表1)。一開為保證膨脹管的順利下入膨脹，限定定向隨鉆擴(kuò)眼段造斜率≯10°/30 m和最大井斜50°。二開初始鉆進(jìn)垂深與A靶垂深之間的高度只有20 m左右，造斜井段短，只能采用連續(xù)增斜的單圓弧剖面，以滿足短半徑水平井高造斜率的要求。

2 鉆井施工難點(diǎn)

(2)定向隨鉆擴(kuò)眼段，軌跡控制難度大。雙心鉆頭初始定向鉆進(jìn)中，鉆頭受力不均勻，工具面不穩(wěn)定，初始定向造斜率低。

(3)在深井、大斜度井段第二次進(jìn)行膨脹套管用作技套封堵試驗(yàn)，對139.7 mm膨脹套管性能和施工要求較高。

表1 TK7－640CH井井眼軌道設(shè)計(jì)

(4)膨脹套管施工時，固井膠塞在深井中正常頂替碰壓面臨較大考驗(yàn)，膠塞碰壓是保證順利實(shí)現(xiàn)液壓膨脹的技術(shù)關(guān)鍵。

(5)二開井眼尺寸小，泵壓較高，環(huán)空間隙窄，導(dǎo)致環(huán)空壓耗增加，對鉆具、MWD儀器抗壓能力和鉆井地面高壓循環(huán)系統(tǒng)都是一個嚴(yán)重的考驗(yàn)。

3 膨脹管鉆井技術(shù)方案可行性分析

3．1 開窗側(cè)鉆技術(shù)方案

套管內(nèi)斜向器開窗(圖3)優(yōu)選造斜點(diǎn)［5］，盡量選擇在穩(wěn)定性較好、可鉆性好的地層，同時選擇固井質(zhì)量較好、井斜小的井段確保形成良好的窗口，并避免形成連續(xù)的“狗腿”。經(jīng)過多方驗(yàn)證選擇開窗點(diǎn)在井深5217.52 m，層位為石炭系卡拉沙依組。

3．2 定向隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)方案

圖3 斜向器開窗側(cè)鉆示意圖

隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)(ReamWhileDrilling，簡稱RWD)就是采用隨鉆擴(kuò)眼工具和鉆頭程序，在全面鉆進(jìn)的同時擴(kuò)大井眼的一種鉆井技術(shù)［6～9］。

3．2．1 雙心鉆頭優(yōu)選

雙心鉆頭沒有易掉入井內(nèi)的活動部件，而常規(guī)水力擴(kuò)眼器刀翼易掉入井內(nèi)而造成井下事故的風(fēng)險(xiǎn)，也會因刀翼收縮不到位而造成起鉆困難等復(fù)雜情況［10］;選擇余地大，National Varco、Bakerhughes Christensen等公司生產(chǎn)雙心鉆頭的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，且鉆頭切削齒具有耐磨性和良好的穩(wěn)定性。經(jīng)過前期大量調(diào)研，優(yōu)先考慮國民油井的CSDR5211S－B2型雙心鉆頭(圖4)，由領(lǐng)眼鉆頭和擴(kuò)眼體2部分組成，領(lǐng)眼部分與常規(guī)鉆頭結(jié)構(gòu)幾乎相同，可鉆出1個直徑較小的領(lǐng)眼，擴(kuò)眼體是帶有切削刃的棱柱結(jié)構(gòu)，沿圓周方向布置于雙心鉆頭的側(cè)面，能將領(lǐng)眼擴(kuò)大為工藝要求尺寸的井眼［11］。

圖4 CSDR5211S－B2型隨鉆擴(kuò)眼鉆頭實(shí)物圖

3．2．2 動力鉆具優(yōu)選

鑒于TK7－640CH井的特殊工藝，定向隨鉆擴(kuò)眼后下入膨脹管。需優(yōu)選高轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定扭矩動力鉆具，才能達(dá)到隨鉆擴(kuò)眼鉆頭轉(zhuǎn)速≮180 r/min的要求，擴(kuò)眼效果比較良好。因此選用國外PAISANO公司高性能120 mm螺桿，其性能參數(shù)見表2。

表2 PAISANO產(chǎn)120 mm螺桿性能參數(shù)

表2 PAISANO產(chǎn)120 mm螺桿性能參數(shù)

型號鉆頭水功率/kW UK114排量/(L·s－1)最大壓降/MPa轉(zhuǎn)速/(r·min－1)單位排量轉(zhuǎn)速/(r·L－1)最大扭矩/(N·m)100～7.240 UK100D 6.31～18.935.722280 0.27 3796.8 100 3051.0 80

3．3 膨脹管技術(shù)方案

而膨脹管是一種由低碳鋼經(jīng)特殊加工而制成的套管，由于含碳量低，膨脹管比普通套管柔性好，可塑性強(qiáng)［12］。在177.8 mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆后146 mm×165 mm隨鉆擴(kuò)眼鉆頭鉆出165 mm井眼，下入139.7 mm實(shí)體膨脹管，膨脹后內(nèi)徑可達(dá)到134 mm，然后使用130 mm PDC鉆頭 +105 mm單彎螺桿+105 mm無磁鉆鋌+88.9 mm特殊鉆桿(接箍外徑108 mm)鉆具組合可完成二開小井眼施工。此方案在工具配套、鉆具組合和鉆井參數(shù)優(yōu)選下具有可行性。

3．4 二開小井眼鉆進(jìn)方案

膨脹管膨脹后內(nèi)徑為134 mm，在鉆井工藝技術(shù)成熟的前提下，考慮到鉆頭的安全性和加工性，選用我院生產(chǎn)的130 mm 6FPDC(PK6167M)鉆頭;相應(yīng)配套102和 105 mm動力鉆具、特制 18°錐度88.9 mm斜坡鉆桿和美國Boreview耐高溫175℃的小徑無線隨鉆測斜儀。

4 鉆井施工工藝及技術(shù)措施

4．1 坐封斜向器開窗側(cè)鉆

4．1．1 斜向器坐封

將工具下到預(yù)定位置后，由定向井工程師下入陀螺測量儀器斜向器定向，確定斜向器工具面擺放在200°。取出陀螺儀器，投球，接方鉆桿下至設(shè)計(jì)井深，開泵憋壓到18～22 MPa(斜向器坐封壓力20±2 MPa)，穩(wěn)壓5 min，壓降≯1 MPa即可。然后丟手、起出送入工具。

4．1．2 開窗側(cè)鉆

4．2 定向隨鉆擴(kuò)眼

從井深5233 m開始進(jìn)行隨鉆擴(kuò)眼鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓20～30 kN，排量11.5 L/s，轉(zhuǎn)速螺桿，下鉆過窗口處無遇阻現(xiàn)象。前期井斜小，工具面穩(wěn)定性較差，鉆時慢約50～80 min/m。造斜率比預(yù)期的要低，基本在2°～3°/30 m，造斜率始終低于設(shè)計(jì)的7°/30 m，定向增井斜鉆進(jìn)困難，實(shí)鉆井斜和位移逐漸落后設(shè)計(jì)。鉆進(jìn)至井深5265.11 m、井斜6.36°、方位169.46°，由于造斜率不夠，起鉆調(diào)整單彎度數(shù)為1.83°。下鉆到底后，定向增井斜鉆進(jìn)，井斜增至15°后，工具面較穩(wěn)定，定向鉆時在30～40 min/m，造斜率基本控制在7°～10°/30 m，滿足了軌跡控制的需要。

2.加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，創(chuàng)新思維，貫徹好“十三五”規(guī)劃。在國家省級層面盡快組建符合國情、利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的統(tǒng)一組織機(jī)構(gòu)，主管中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的管理，堅(jiān)決扭住或改變目前這種中醫(yī)藥管理局不管中藥，中藥多頭管理，中醫(yī)不姓“中”、中藥不姓“藥”，用西方理念模式管理中醫(yī)藥的格局。創(chuàng)新思維，構(gòu)建完善中醫(yī)藥管理機(jī)構(gòu)和評價(jià)體系建設(shè)工作，探索一條真正能使“中醫(yī)藥引領(lǐng)世界潮流”發(fā)展之路。科學(xué)論證，結(jié)合實(shí)際，貫徹好“十三五”發(fā)展規(guī)劃，制定的規(guī)劃即符合國家產(chǎn)業(yè)政策，行業(yè)規(guī)范；又切合本省（區(qū)）實(shí)際。

鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓20～30 kN，排量11.5 L/s，轉(zhuǎn)速螺桿+45 r/min。

圖5 139.7 mm膨脹管管串整體方案示意圖

由于復(fù)合鉆進(jìn)井斜微降，采取增井斜措施，定向鉆時40～50 min/m，復(fù)合鉆時10～15 min/m。地質(zhì)錄井卡準(zhǔn)層位后鉆進(jìn)至井深5579 m一開。

4．3 膨脹管施工

4．3．1 膨脹管準(zhǔn)備階段

定向鉆達(dá)設(shè)計(jì)層位后起鉆測井，確定膨脹套管封隔段具體位置;采用151 mm通井規(guī)通井，充分循環(huán)洗井，無沉砂、無落物，井眼暢通;對88.9 mm鉆桿和73 mm油管在入井前應(yīng)檢查絲扣完整性，試壓40 MPa;準(zhǔn)備清水用來灌滿膨脹管及內(nèi)管柱，固井水泥漿系統(tǒng)需采用超緩凝水泥漿，稠化時間在20～24 h以上;調(diào)整好鉆井液性能，提高鉆井液的護(hù)壁性、抑制性、懸浮能力和潤滑能力，保證性能的穩(wěn)定。

4．3．2 膨脹管下入管串(圖5)

膨脹套管柱自下而上為:旋流管+浮鞋+啟動器+膨脹套管+膨脹懸掛器+喇叭口(螺紋處有不銹鋼加厚裝置)。內(nèi)管柱自下而上為:膨脹工具組合+對扣接頭+擋泥器+73 mm加厚油管+擋泥器+73 mm加厚油管+擋泥器+73 mm加厚油管+變扣+88.9 mm鉆桿。

4．3．3 膨脹管性能參數(shù)(表3)

表3 膨脹管性能參數(shù)

4．3．4 膨脹管施工工藝

浮鞋、球座、啟動器及膨脹錐等內(nèi)管工具裝配;下入膨脹管;膨脹管下入的同時堅(jiān)持灌漿;接近預(yù)定位置，開泵循環(huán)鉆井液，再緩慢下放，保持鉆具內(nèi)暢通，確保膠塞到位正常碰壓。當(dāng)壓力達(dá)到約為20～25 MPa時，膨脹過程開始，但不要超過35 MPa，泵的排量控制在80 L/min以下，膨脹第一個立柱，直到管柱接頭提出鉆臺平面后，坐放吊卡，停泵并放壓，卸扣;卸立柱，并放入鉆桿排上，再安裝另一個泵入接頭和高壓水龍帶于下一鉆桿立柱上，記錄下內(nèi)管柱脫離膨脹面以后的質(zhì)量;提高泵壓繼續(xù)膨脹，以立柱的方式膨脹并提升內(nèi)管柱，直至完成膨脹懸掛器及“喇叭”口的膨脹。當(dāng)膨脹套管系統(tǒng)完全膨脹后，開泵循環(huán)出“喇叭”口以上水泥漿;按照作業(yè)規(guī)程的要求對膨脹套管進(jìn)行試壓，起出內(nèi)管柱及膨脹工具;候凝測固井質(zhì)量。

4．4 二開130 mm井眼施工

二開層位為巴楚組下泥巖段和奧陶系鷹山組，巖性分別為灰色泥巖和泥晶灰?guī)r，定向鉆進(jìn)鉆時在40～60 min/m，1.75°的單彎螺桿造斜率在 17°～20°/30 m左右，能滿足軌跡控制需要。鉆至井深5611 m時，高造斜率井段施工完，需要10°/30 m即可滿足下部斜井段施工，考慮到1.75°螺桿禁止復(fù)合鉆進(jìn)，故起鉆更換1.5°螺桿。采用復(fù)合鉆進(jìn)與滑動鉆進(jìn)相結(jié)合的方式鉆進(jìn)至A靶。水平段控制合適鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓20～30 kN，排量10～11 L/s，轉(zhuǎn)速螺桿+40 r/min。鉆進(jìn)至B靶加深50 m至6040 m完鉆。

5 實(shí)鉆效果

(1)完鉆井深6040 m，垂深5547.44 m，水平段長394.72 m，130 mm井眼段長461 m，說明膨脹管耐磨性能滿足深井長井段鉆進(jìn)要求。

(2)順利完成膨脹管作業(yè)，膨脹管下入井段5192.60～5578.30 m，段長 385.70 m，最大井斜53.42°，最高“狗腿”度 9.35°/30 m。該井在完井后，進(jìn)行了酸化壓裂作業(yè)，膨脹管沒有出現(xiàn)任何問題，說明抗內(nèi)壓強(qiáng)度滿足酸化壓裂技術(shù)要求，保證了后期完井采油作業(yè)的成功。

(3)一開實(shí)際鉆井周期22.33 d，比設(shè)計(jì)提前了7.67 d;全井實(shí)際定向周期47.43 d，平均機(jī)械鉆速1.39 m/h，定向隨鉆擴(kuò)眼鉆進(jìn)機(jī)械鉆速見表4。

表4 定向隨鉆擴(kuò)眼段機(jī)械鉆速統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)論與建議

(1)TK7－640CH井的順利、優(yōu)質(zhì)完鉆，表明斜向器開窗、定向隨鉆擴(kuò)眼和膨脹管技術(shù)在塔河油田奧陶系油藏深井小井眼水平井的綜合應(yīng)用具有可行性。

(2)基于膨脹管技術(shù)的小井眼側(cè)鉆水平井經(jīng)過逐步開發(fā)和完善，形成系列化生產(chǎn)，對塔河油田老井后期挖潛增效是有力的技術(shù)支撐。

(4)加快定向隨鉆擴(kuò)眼鉆頭、高效動力鉆具及配套工具、儀器的改進(jìn)和國產(chǎn)化，以降低鉆井成本的投入。

(5)優(yōu)選鉆井參數(shù)、水力參數(shù)，結(jié)合考慮各地層巖性，根據(jù)實(shí)際情況作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對現(xiàn)有工具的適應(yīng)性和配套技術(shù)還需進(jìn)行繼續(xù)研究、改進(jìn)和完善，提高機(jī)械鉆速和井身質(zhì)量，以達(dá)到定向隨鉆擴(kuò)眼的良好效果。

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