崔國杰張曉誠劉軍波謝榮斌

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300452； 2.中海油田服務(wù)股份有限公司 天津 300452）

小井眼開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)在秦皇島32－6油田的應(yīng)用＊

崔國杰1張曉誠1劉軍波2謝榮斌2

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300452； 2.中海油田服務(wù)股份有限公司 天津 300452）

我國陸地油田應(yīng)用實(shí)踐表明，采用小井眼開窗側(cè)鉆技術(shù)，可以充分利用低效井、無效井及關(guān)停井上部套管，減少施工井段，節(jié)省成本，提高剩余油的開采效果，恢復(fù)停產(chǎn)井生產(chǎn)能力。針對(duì)秦皇島32－6油田E15H1井小井眼開窗側(cè)鉆作業(yè)面臨方位測(cè)量難度大、易卡鉆、井眼軌跡控制難度大、鉆井液性能要求高及完井篩管串粘卡風(fēng)險(xiǎn)高等技術(shù)難點(diǎn)，開展了小井眼套管開窗側(cè)鉆、造斜段和水平段井眼軌跡控制、鉆井液性能控制及完井防粘卡等關(guān)鍵技術(shù)研究，順利完成了該井小井眼開窗側(cè)鉆作業(yè)，為海上油田挖潛增儲(chǔ)、延長老油田生產(chǎn)壽命提供了有效途徑，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

小井眼；開窗側(cè)鉆；井眼軌跡控制；鉆井液性能控制

小井眼開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)是在側(cè)鉆井、定向井、水平井及小井眼井基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)綜合性鉆井技術(shù)［1］。歸納起來，國內(nèi)外對(duì)小井眼的定義主要有4種［2］：①井眼直徑小于等于215.9 mm；②全井90%的井眼直徑小于177.8 mm；③井眼直徑小于152.4 mm；④井眼直徑小于該區(qū)域常規(guī)井。國外石油公司在20世紀(jì)30年代開始大尺寸套管開窗側(cè)鉆技術(shù)研究，目前在側(cè)鉆方法、工藝措施及井下工具使用等方面已經(jīng)完全成熟。我國于20世紀(jì)80年代開始大尺寸套管開窗側(cè)鉆技術(shù)研究，勝利、大港、遼河等陸地油田率先進(jìn)行試探性研究，之后在海上油田進(jìn)行了成功應(yīng)用［3－5］，但套管開窗側(cè)鉆技術(shù)在小井眼方面的應(yīng)用相對(duì)比較晚，直到1997年大港油田完成了國內(nèi)陸地油田第1口小井眼開窗側(cè)鉆水平井——官50－9KH井［6］，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。此后，小井眼開窗側(cè)鉆技術(shù)陸續(xù)在陸地各大油田進(jìn)行了推廣應(yīng)用［7］。由于受到海上作業(yè)日費(fèi)用高、防碰風(fēng)險(xiǎn)大、定向井井眼軌跡復(fù)雜、地質(zhì)構(gòu)造變化大等條件的限制，小井眼開窗側(cè)鉆技術(shù)目前在海上油田的發(fā)展應(yīng)用比較緩慢。

E15H1井是秦皇島32－6油田E平臺(tái)的一口調(diào)整井，是為了恢復(fù)低效井E15井產(chǎn)能，進(jìn)一步動(dòng)用NmII1砂體的儲(chǔ)量而設(shè)計(jì)的1口套管內(nèi)開窗側(cè)鉆水平井。E15H1井完鉆井深2 040 m，垂深1 117 m，在177.8 mm尾管內(nèi)開窗側(cè)鉆，152.4 mm井眼著陸水平段完鉆，裸眼段長1 281 m，是渤海鉆完井史上第1口裸眼段長超過1 200 m的152.4 mm井眼水平井；該井在完井下中心管期間，有550 m長的篩盲管靜置在裸眼段內(nèi)，粘卡風(fēng)險(xiǎn)極大，現(xiàn)場(chǎng)通過優(yōu)化篩盲管扶正器加放位置、合理設(shè)置鉆具活動(dòng)頻次、細(xì)化作業(yè)步驟等措施，最終安全順利地將中心管下放到位，這在渤海鉆完井史上也屬首例。這表明，在不增加海上生產(chǎn)平臺(tái)井槽的前提下，利用小井眼開窗側(cè)鉆技術(shù)能夠有效利用上層套管，減少施工井段，節(jié)省作業(yè)綜合成本，優(yōu)化井網(wǎng)布置，延長海上老油田的生產(chǎn)壽命，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。本文是對(duì)小井眼開窗側(cè)鉆水平井關(guān)鍵技術(shù)在秦皇島32－6油田應(yīng)用實(shí)踐的總結(jié)。

1 小井眼開窗側(cè)鉆作業(yè)面臨的技術(shù)難點(diǎn)

由于E15H1井側(cè)鉆點(diǎn)井深較深、定向井井眼軌跡復(fù)雜、水平段裸眼長度長、完井管柱粘卡風(fēng)險(xiǎn)大，小井眼開窗側(cè)鉆作業(yè)主要面臨以下技術(shù)難點(diǎn)。

1）方位測(cè)量難度大。受套管影響，開窗工具導(dǎo)向定位時(shí)使用的隨鉆測(cè)斜儀器易受磁干擾，難以準(zhǔn)確測(cè)量方位。

2）易卡鉆。小直徑鉆具在開窗時(shí)，由于套管與開窗工具之間的環(huán)空間隙較小，且E15H1井開窗位置井斜角在50°左右，開窗過程中產(chǎn)生的鐵屑和巖屑容易堆積造成卡鉆。

3）井眼軌跡控制難度大。小井眼鉆具柔性大，井眼軌跡不易控制，隨著井斜角的增大，鉆具托壓更加嚴(yán)重，特別是在水平段鉆進(jìn)時(shí)，定向鉆具組合的摩阻大、扭矩高、工具面不穩(wěn)定，且受地層非均質(zhì)性的影響，井眼軌跡控制難度進(jìn)一步加大。

4）對(duì)鉆井液性能要求高。小井眼所用的鉆具直徑小、井眼環(huán)空間隙小，排量受限，攜帶巖屑困難，尤其是E15H1井整個(gè)裸眼段長達(dá)1 281 m，發(fā)生井壁坍塌及卡鉆的可能性極大，對(duì)鉆井液流變性、潤滑性及攜砂等性能提出了更高的要求。

2 關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)施效果

2.1 套管開窗側(cè)鉆技術(shù)

2.1.1 側(cè)鉆點(diǎn)優(yōu)選

開窗位置的選擇對(duì)整口井的開窗成功與后期完井生產(chǎn)順利與否起著至關(guān)重要的作用，側(cè)鉆點(diǎn)的選擇應(yīng)綜合考慮施工費(fèi)用、定向作業(yè)難度、裸眼段長度、套管外水泥膠結(jié)質(zhì)量、套管接箍的影響及完井泵掛沉沒度等因素。側(cè)鉆點(diǎn)位置要盡可能選擇上層套管無變形、無斷裂，固井質(zhì)量較好，老井眼井徑規(guī)則，全角變化率較小的井段，避開膨脹頁巖、礫巖、鹽巖及堅(jiān)硬地層，最好是選擇比較均質(zhì)的砂巖層［4］，便于鉆頭盡快吃入新地層，形成新井眼。因此，在綜合考慮以上因素之后，E15H1井選擇在759.3 m處作為開窗側(cè)鉆點(diǎn)，側(cè)鉆點(diǎn)井斜49.2°，方位236.2°。

2.1.2 開窗工具優(yōu)選

套管開窗側(cè)鉆技術(shù)主要分為套管鍛銑開窗和下斜向器磨銑開窗2種［8］。套管鍛銑由于時(shí)間長，費(fèi)用高，且對(duì)鍛銑井段要求較高，目前已很少使用。隨著各種開窗工具的出現(xiàn)及新型導(dǎo)向器坐掛可靠性的逐漸提高，下斜向器磨銑套管開窗技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。國外的哈里伯頓、斯倫貝謝、威德福及貝克休斯等大型服務(wù)公司已研發(fā)出一系列開窗配套工具，而國內(nèi)勝利、大港、遼河等油田也研發(fā)了各自的套管開窗工具。由于國外公司所研發(fā)的開窗工具的共同特點(diǎn)是只需下一趟鉆就可完成開窗工具的定位、坐掛、開窗、修窗及短距離側(cè)鉆作業(yè)，可有效降低作業(yè)時(shí)間和成本，值得優(yōu)先考慮。通過比較國內(nèi)外幾種典型的套管開窗工具的技術(shù)特點(diǎn)，最終選擇使用斯倫貝謝公司的開窗工具。

2.1.3 斜向器定位

在坐掛之前需要將斜向器的高邊刻度線定向到設(shè)計(jì)的方位上，目前主要有陀螺定向和隨鉆測(cè)斜儀器（MWD）定向2種方式。MWD定向的優(yōu)勢(shì)在于它不受井斜角大小的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)一趟鉆定位，節(jié)省時(shí)間，缺點(diǎn)是在井斜比較小的井段開窗時(shí)儀器容易受到磁場(chǎng)干擾［9］，造成方位偏差。陀螺定向的優(yōu)勢(shì)是不受外界磁場(chǎng)的干擾，缺點(diǎn)是定向程序復(fù)雜，在井斜角較大的井段定位時(shí)儀器坐鍵比較困難。

與陀螺定向相比，MWD定向的程序比較簡(jiǎn)單，只需將MWD儀器連接在開窗鉆具組合上，在設(shè)計(jì)位置調(diào)整工具面滿足設(shè)計(jì)要求即可。由于E15 H1井開窗位置處深度和井斜角較大，受磁干擾較小，因此采用了MWD定向，并根據(jù)出窗后定向要求及OFFSET（角差）值最終確定MWD工具面擺至右86°。

2.2 井眼軌跡控制技術(shù)

2.2.1 造斜段

造斜段的井眼軌跡控制是保證開窗側(cè)鉆水平井順利施工的根本，尤其是對(duì)于小井眼開窗側(cè)鉆水平井，不僅要考慮普通水平井的特點(diǎn)，還要考慮老井井斜方位測(cè)量難度大、可控井段短、井眼直徑小、摩阻大、加壓困難等特點(diǎn)［10］。由于該階段的主要目的是全力增斜和扭方位，為水平段做準(zhǔn)備，一般采用馬達(dá)滑動(dòng)鉆進(jìn)造斜，因此全角變化率較大的點(diǎn)也經(jīng)常出現(xiàn)在該井段，且容易出現(xiàn)新井眼、“大肚子”及鍵槽等復(fù)雜情況。針對(duì)以上問題，E15H1井在施工過程采取了以下主要技術(shù)措施：①優(yōu)化定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)，控制全角變化率小于3.5°/30 m（表1）。②在滿足設(shè)計(jì)著陸的前提下，盡量采用“勤劃少劃”的方式保證井眼軌跡平滑，避免出現(xiàn)全角變化率太大的點(diǎn)。對(duì)于設(shè)計(jì)全角變化率較大且需要連續(xù)增斜鉆進(jìn)至著陸的井，井眼軌跡最好控制在設(shè)計(jì)軌跡線之上，在接近著陸點(diǎn)時(shí)控制實(shí)鉆軌跡在設(shè)計(jì)軌跡之上0.5 m左右。③起下鉆速度要平穩(wěn)，不得猛提猛放。④為防止出現(xiàn)新井眼和下鉆遇阻，先將鉆具轉(zhuǎn)一個(gè)角度下放，如仍遇阻，則開泵小排量、低轉(zhuǎn)速快速下放，遇阻嚴(yán)重時(shí)可以調(diào)出高邊下放；劃眼時(shí)堅(jiān)持“慢提快放”，且避免在同一位置長時(shí)間循環(huán)；通井鉆具的剛性要與鉆進(jìn)鉆具接近，避免剛性大幅度變化。⑤為避免出現(xiàn)“大肚子”，在軟地層段中造斜時(shí)要避免靜止循環(huán)時(shí)間過長，如果一次測(cè)斜不成功，則要盡量換一個(gè)位置再測(cè)。⑥針對(duì)小井眼鉆具在井斜較大井段加壓困難的問題，選擇倒裝鉆具組合，將加重鉆桿加放在井斜較小的井段，以便提供有效的鉆壓。

表1 QHD32－6－E15H1井定向鉆井井眼軌跡設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)Table 1 Node data of well QHD32－6－E15H1directional trajectory design

2.2.2 水平段

后期的穩(wěn)斜水平段井眼軌跡控制是整個(gè)開窗側(cè)鉆水平井施工的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。隨著井深的不斷增加，水平段鉆進(jìn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)送鉆困難、扭矩大、工具面不穩(wěn)定、攜砂能力差、托壓嚴(yán)重等諸多問題，井眼軌跡控制難度進(jìn)一步增大。為此，E15H1井在水平段施工期間采取了以下主要技術(shù)措施：①在滿足設(shè)計(jì)中靶要求的前提下，盡量少調(diào)井眼軌跡，保證井眼平滑，滑動(dòng)結(jié)束后劃眼1～2遍，使井眼暢通。②由于地層的非均質(zhì)性，油層傾角變化會(huì)對(duì)井眼軌跡控制產(chǎn)生極大影響，因此要提前摸清該區(qū)域井斜方位自然漂移規(guī)律以及油層厚度、走向和蓋層、底水、邊水等。③考慮到中完后在井底循環(huán)、起下鉆及下套管時(shí)會(huì)減小井底井斜，一般需要中完井斜高于地質(zhì)油藏部門要求的井斜0.5°～1°，且盡量避免在井底長時(shí)間循環(huán)。④根據(jù)鉆具組合的造斜率及工具面控制情況隨時(shí)預(yù)測(cè)井底的井斜和方位變化。⑤針對(duì)小井眼水平段鉆具托壓嚴(yán)重的現(xiàn)象，采取倒裝鉆具組合并配合點(diǎn)剎送鉆方式解決。

2.3 鉆井液性能控制技術(shù)

秦皇島32－6油田在生產(chǎn)過程中碰到了如下問題：①含油層系明化鎮(zhèn)組是大段泥巖及泥砂巖交互層，泥質(zhì)含量高，粘土礦物含量高，易水化膨脹。②由于前期大規(guī)模的開采，目前各區(qū)地層壓力有所下降，地層壓力系數(shù)在0.72～0.89，地層壓力有所虧損。③水平段裸眼段較長，完井下篩管粘卡風(fēng)險(xiǎn)大。針對(duì)以上問題及考慮到井眼清潔、穩(wěn)定井壁、防塌防漏等問題，同時(shí)為了保護(hù)油氣層和海洋環(huán)境，E15H1井在開窗和造斜鉆進(jìn)井段采用海水膨潤土漿，下部穩(wěn)斜段及著陸段采用抑制性能較好的小陽離子體系，水平段采用無固相弱凝膠體系。

1）套管開窗側(cè)鉆井段：采用海水膨潤土漿，要求鉆井液具有良好的攜砂懸浮能力。期間可根據(jù)返出鐵屑的情況，適當(dāng)補(bǔ)充增粘劑，提高攜砂能力；開窗完成后掃稠塞，攜帶鐵屑，清掃井眼，保證鉆進(jìn)時(shí)井筒清潔干凈。

2）造斜井段：造斜井段要求鉆井液具有良好的潤滑性、抑制防塌及攜砂能力，保持鉆井液泥餅薄而堅(jiān)韌，從而形成光滑的井眼。E15H1井造斜段上部用海水膨潤土漿，盡量保持低固相，提高泥餅質(zhì)量，控制漏斗粘度在50～70s之間；下部井段轉(zhuǎn)換成PEC體系，進(jìn)一步提高鉆井液的抑制性能，保持適當(dāng)?shù)膭?dòng)塑比，避免形成巖屑床，并根據(jù)需要加入適當(dāng)?shù)臐櫥瑒?，保證井眼順暢。

3）水平井段：進(jìn)入水平井段后，鉆具緊貼在井壁，環(huán)空返砂效果差，摩阻大，且已經(jīng)進(jìn)入儲(chǔ)層，因此要求鉆井液不僅要具有良好的攜砂、潤滑性能，還要考慮儲(chǔ)層保護(hù)，鉆井液中不能有有害固相。E15H1井采用了無固相弱凝膠體系，在保證井下安全的前提下，鉆井液比重盡量采用設(shè)計(jì)下限，并控制好鉆井液的失水小于4 mL，含砂量小于0.3%，加入適當(dāng)?shù)臐櫥瑒p小鉆具摩阻。進(jìn)入油層前，將振動(dòng)篩目數(shù)換成140目以上；進(jìn)入油層后，全面開啟固控設(shè)備，全力清除鉆井液中的有害固相。鉆進(jìn)過程中，適當(dāng)控制機(jī)械鉆速和排量，降低固相含量和ECD，減少對(duì)泥餅的過度沖蝕；完鉆之后，循環(huán)清洗井眼，在裸眼段及套管鞋以上100m替入新配的無固相弱凝膠鉆井液，有效保護(hù)儲(chǔ)層。

2.4 完井防粘卡技術(shù)

表2 QHD32－6－E15H1井套管下入程序Table 2 Casing running program of well QHD32－6－E15H1

完井作業(yè)期間，E15H1井下中心管預(yù)計(jì)需要7 h左右，但防砂外管柱有550 m長的篩育管靜置在裸眼段內(nèi)，存在粘卡風(fēng)險(xiǎn)，為此現(xiàn)場(chǎng)采取了如下措施：

1）每下入300 m中心管，大范圍上下活動(dòng)外管柱3次，再根據(jù)第一次活動(dòng)管柱的情況適當(dāng)增減活動(dòng)間隔時(shí)間。

2）在防砂管柱上適當(dāng)加放半剛性扶正器，減少防砂管柱與裸眼之間的接觸面積，減小粘卡風(fēng)險(xiǎn)。

3）在連接頂部封隔器之前循環(huán)打通，確認(rèn)井眼通暢。

3 結(jié)束語

隨著海上油氣田的不斷開發(fā)，很多老油田陸續(xù)進(jìn)入調(diào)整期，部分油井產(chǎn)量下降、含水增加，需要通過開窗側(cè)鉆等一些技術(shù)手段開采剩余油來進(jìn)行增產(chǎn)。小井眼開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)在秦皇島32－6油田取得了成功應(yīng)用，為海上油田挖潛增儲(chǔ)、延長老油田生產(chǎn)壽命提供了有效途徑，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

［1］胡博仲，董福州，李子豐.小井眼鉆采技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1997：3－4.

Hu Bozhong，Dong Fuzhou，Li Zifeng.Drilling and production technology of slim hole［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，1997：3－4.

［2］李文魁，陳建軍，王云，等.國內(nèi)外小井眼井鉆采技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（9）：54－56.

Li Wenkui，Chen Jianjun，Wang Yun，et al.Domestic and overseas development of slim－h(huán)ole drilling and production technology［J］.Natural Gas Industry，2009，29（9）：54－56.

［3］周俊昌，羅勇.深水平探井的側(cè)鉆技術(shù)［J］.中國海上油氣，2003，15（6）：24－28.

Zhou Junchang，Luo Yong.The sidetracking technique for deep horizontal exploratory well［J］.China Offshore Oil and Gas，2003，15（6）：24－28.

［4］龐炳章.開窗側(cè)鉆技術(shù)在埕北油田的應(yīng)用［J］.中國海上油氣，2005，17（2）：116－123.

Pang Bingzhang.The application of casing well sidetracking technology in Chengbei oilfield［J］.China Offshore Oil and Gas，2005，17（2）：116－123.

［5］李炎軍，田藝，邵詩軍.潿洲12－1N油田復(fù)雜事故井套管開窗側(cè)鉆工藝設(shè)計(jì)與作業(yè)實(shí)踐［J］.中國海上油氣，2006，18（1）：45－48.

Li Yanjun，Tian Yi，Shao Shijun.Casing side－tracking design and operation for complication accidental well in WZ12－1N oilfield［J］.China Offshore Oil and Gas，2006，18（1）：45－48.

Man Yongjun，Zhang Naitong.Horizontal directional drilling technique of139.7 mm casing well sidetracking［J］.Oil Drilling ＆Production Technology，1998，20（2）：31－35.

［7］董來明，李根奎，袁小明，等.S114－2cx深井套管開窗側(cè)鉆作業(yè)難點(diǎn)及所采取的主要技術(shù)措施［J］.中國海上油氣，2010，22（6）：403－405.

Dong Laiming，Li Genkui，Yuan Xiaoming，et al.Casing sidetracking operation problems and main technique measures for Sl14－2cx deep well［J］.China Offshore Oil and Gas，2010，22（6）：403－405.

［8］高長斌.大位移技術(shù)在小井眼開窗側(cè)鉆水平井中的應(yīng)用［J］.石油知識(shí)，2012（1）：30－31.

Gao Changbin.The application of extended reach technique in the horizontal drilling of slim casing well sidetracking［J］.Petroleum Knowledge，2012（1）：30－31.

［9］姜濤.小井眼開窗側(cè)鉆及配套技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)業(yè)月刊，2009（7）：156－158.

Jiang Tao.Study and application of slim－h(huán)ole sidetracking drilling auxiliary technology［J］.Pioneering with Science ＆Technology Monthly，2009（7）：156－158.

［10］閆德寶.小井眼開窗側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)［J］.西部探礦工程，2010，22（9）：53－57.

Yan Debao.Horizontal well drilling technology in slim hole side tracking［J］.West－China Exploration Engineering，2010，22（9）：53－57.

Development and application of slim hole sidetracking technology package in QHD 32－6oilfield

Cui Guojie1Zhang Xiaocheng1Liu Junbo2Xie Rongbin2
（1.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin300452，China；2.COSL，Tianjin300452，China）

The practices in onshore oilfields in China indicate that inefficient wells，inactive wells and even upper portion of shutdown wells can be fully utilized by the slim hole sidetracking technology package，which reduces the drilling cost，improve the recovery efficiency of residual oil，and restore the production capacity of depleted wells.Key technologies such as window cutting and sidetracking，trajectory control of the building section and horizontal section，performance control of drilling fluids，and prevention of completion screen sticking were thoroughly studied in this paper，in view of the difficulties in the QHD32－6 E15H1 well operations，such as azimuth measurement，pipe－sticking，trajectory control，demanding drilling fluid performance，and sticking risk of completion screens etc.The technology package has been applied successfully in the field，which creates a way to explore the potential reserves and extend the life of matured oilfield，hence worth to disseminate.

slim hole；sidetracking；trajectory control；drilling fluid performance control

TE243＋.9

A

2014－05－19改回日期：2014－08－11

（編輯：孫豐成）

崔國杰，張曉誠，劉軍波，等.小井眼開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)在秦皇島32－6油田的應(yīng)用［J］.中國海上油氣，2015，27（2）：68－72.

Cui Guojie，Zhang Xiaocheng，Liu Junbo，et al.Development and application of slim hole sidetracking technology package in QHD32－6 oilfield［J］.China Offshore Oil and Gas，2015，27（2）：68－72.

1673－1506（2015）02－0068－05

10.11935/j.issn.1673－1506.2015.02.012

＊“十二五”國家科技重大專項(xiàng)“多枝導(dǎo)流適度出砂及海上油田叢式井網(wǎng)整體加密鉆采技術(shù)示范（編號(hào)：2011ZX05057－002）”部分研究成果。

崔國杰，男，工程師，2004年畢業(yè)于原石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，現(xiàn)任中海石油（中國）有限公司天津分公司工程技術(shù)作業(yè)中心墾利項(xiàng)目組項(xiàng)目經(jīng)理。地址：天津市濱海新區(qū)渤海石油大廈B座B703室（郵編：300452）。