秦 春，陳小元，董來明，黃志安，劉紫云

(中國石化江蘇石油工程有限公司鉆井處，江蘇 揚州 225261)

定向隨鉆擴孔技術在塔河油田TH10233CH井的應用

秦 春，陳小元，董來明，黃志安，劉紫云

(中國石化江蘇石油工程有限公司鉆井處，江蘇 揚州 225261)

受地層及地質避水要求等限制，塔河油田部分φ177.8 mm套管開窗側鉆水平井采用膨脹管復雜地層封堵鉆井技術，該技術實施的關鍵是對復雜泥巖進行擴孔作業(yè)。對已實施的5口膨脹管井的擴孔作業(yè)進行分析，通過優(yōu)選開窗側鉆井井斜角、隨鉆擴孔鉆頭和中、高速大扭矩螺桿，優(yōu)化定向隨鉆擴孔鉆井參數(shù)及深井小井眼定向隨鉆測量技術，TH10233CH井在5 542.66～5 884.00 m井段進行了定向隨鉆擴孔。擴孔段長341.34 m，最大井斜62°，井徑滿足膨脹管下入和膨脹大于165 mm的要求，保證了膨脹管復雜地層封堵技術在TH10233CH井的成功應用，為塔河油田同類井實施該技術提供了經驗。

側鉆 小井眼 定向隨鉆擴孔 螺桿 雙心鉆頭

塔河油田奧陶系儲層側鉆水平井受老井井身結構、地層及地質避水要求等限制，部分φ177.8 mm套管開窗側鉆水平井需提高造斜點至石炭系泥巖地層，因此需采用膨脹管封堵石炭系易塌泥巖段地層[1-3]。膨脹管復雜地層封堵技術的關鍵是需對復雜泥巖井段進行擴孔作業(yè)。目前國內常用的鉆后擴孔技術多用于直井和小角度定向井，對造斜率和大井斜有一定限制，塔河油田目前鉆后擴孔井斜最大56°，擴孔效果較差。定向隨鉆擴孔技術是采用雙心鉆頭配套定向等井下動力鉆具在斜井段同步進行定向鉆進和擴孔，能大大縮短鉆井周期，節(jié)約鉆井成本。該技術彌補了鉆后擴孔在大井斜井段鉆具安全問題及擴孔效果不好等缺點[4-8]。

1 TH10233CH井概況

TH10233CH井是塔河油田12區(qū)塊的一口采用實體膨脹管封隔泥巖開窗側鉆水平井，設計井深6 192 m。根據(jù)開發(fā)需求，要求在井深5 806 m(垂深)距原直井避水位移達到172.55 m，為了滿足避水要求，造斜點設計在井深5 585 m，地層為石炭系巴楚組。該井采用φ177.8 mm套管內進行斜向器開窗側鉆，側鉆點井深5 538.66 m，側鉆層位巴楚組。一開φ149.2 mm井眼側鉆后采用定向隨鉆擴孔鉆進至奧陶系恰爾巴克組5 m，井深5 886 m，井眼尺寸擴至φ165 mm，下入φ139.7 mm膨脹套管固井，封隔石炭系泥巖和易漏層位。二開采用φ130 mm鉆頭鉆至完鉆井深6 165 m，裸眼完井。井身結構見圖1。

圖1 TH10233CH井井身結構

2 定向隨鉆擴孔技術難點

深井小井眼定向隨鉆擴孔作業(yè)施工難度大，對井身軌跡控制、配套工具及設備要求較高，主要有以下方面技術難點[8-9]：

(1)井眼軌跡控制難度大。井壁施加的側向力分配不均，導致底部鉆具組合受力復雜，井斜、方位變化復雜。

(2)定向隨鉆擴孔對儀器信號和單彎螺桿造斜率影響大。定向擴孔時工具面不穩(wěn)定，波動較大，鉆壓加大時，產生憋泵現(xiàn)象，造斜率低。

(3)雙心擴孔鉆頭對地層不對稱切削，鉆具組合承受的扭矩較大，且波動幅度大，對鉆具強度要求高。

(4)定向隨鉆擴孔扭矩大，對單彎螺桿鉆具要求高，要求螺桿轉速不低于180～185 r/min，扭矩不小于2 900 N·m。螺桿需在低排量(11～13 L/s)下提供足夠的轉速和扭矩。

(5)定向隨鉆擴孔鉆井過程中產生的巖屑量大，攜巖所需的鉆井液最小排量較大。小井眼循環(huán)壓耗大，對地面設備要求高。

(6)隨鉆擴孔效果影響因素多。擴孔鉆頭與地層巖性、鉆進參數(shù)、螺桿等因素的配伍性決定擴孔效果。

3 定向隨鉆擴孔技術措施

在TH10233CH井施工之前，塔河油田已實施了5口膨脹管封隔泥巖的開窗側鉆水平井[2]，結合已施工井經驗優(yōu)選定向隨鉆擴孔技術措施。

3.1定向隨鉆擴孔起始點優(yōu)選

TK7-640CH井牙輪側鉆后井斜僅2.5°，下入雙心鉆頭定向擴孔時工具面不穩(wěn)定，波動較大；T816KCH2井牙輪側鉆后，第一趟定向擴孔時因造斜率偏低起鉆。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，當側鉆井斜角較小時，定向擴孔工具面不穩(wěn)定，波動較大，造斜率低，鉆壓加大時，易產生憋泵現(xiàn)象。當側鉆井斜角較大時，定向擴孔工具面穩(wěn)定。因此開窗后應采用牙輪側鉆井段25～30 m，井斜達到12°～14°，定向工具面穩(wěn)定后再進行定向擴孔。

表1 已施工井開窗側鉆φ149.2 mm鉆頭使用情況

3.2定向隨鉆擴孔鉆頭的優(yōu)選

由表2和圖2可知：使用CSDR5211S-B2和PSDFFX5311S-A1型隨鉆擴孔鉆頭進行隨鉆擴孔后，還需采用擴孔器進行鉆后擴孔，而鉆后擴孔存在擴孔趟數(shù)多、周期長、風險大等問題，且在大斜度井(>40°)鉆后擴孔效果難以保證。

國產φ149.22 mm×φ173.04 mm×φ120.65 mm CK306B型隨鉆擴孔雙心鉆頭在TH12115CH井擴孔效果較好。其中領眼鉆頭直徑120.65 mm，偏心直徑149.22 mm，擴眼鉆頭外徑173.04 mm。其主要結構特點為：1)領眼采用6個小弧形刀翼設計，在鉆進過程中更加平穩(wěn)，便于工具面的控制，相對PSDFFX5311S-A1型號5刀翼設計雙心鉆頭穿夾層能力更強；2)領眼采用較小的后傾角設計，增強攻擊性；3)領眼采用優(yōu)化的短平冠部設計和主動短保徑設計，提高了工具的可控性和保徑效果；4)采用雙級漸近式擴孔布齒方式，第一級擴孔為第二級擴孔減輕工作負擔，延長第二級擴孔的工作效率；5)由于雙心鉆頭軸向不對稱性，使用得當時在離心力的作用下擴大井徑的同時也能起到增斜的效果；6)采用新型的抗沖擊、抗研磨性切削齒。

表2 已施工井隨鉆擴孔方式及擴孔鉆頭使用情況

圖2 已施工井擴孔前后4臂井徑測井井徑曲線

針對在TH12115CH井CK306B型隨鉆擴孔鉆頭鉆遇含礫地層42 m，導致鉆頭領眼復合片脫落和刀翼磨損嚴重的情況，對CK306B鉆頭做如圖3所示的改進：1)保徑部分增加切削齒，數(shù)量由32顆增加至67顆；2)針對含礫地層，加強領眼部分的耐磨性，三個刀翼增加后排齒；3)領眼部分鉆頭刀翼的拋物線角度加大，刀翼更貼近圓；4)提高切削齒等級。

圖3 CK306B擴孔鉆頭及結構

3.3定向隨鉆擴孔螺桿優(yōu)選

隨鉆擴孔鉆頭在定向擴孔作業(yè)時，鉆頭本身存大較大的振動，要確保實現(xiàn)擴孔效果，對配套的動力鉆具性能尤其是轉速性能要求較高。進口PAISANO的475K4570可調式單彎螺桿鉆具和北京石油機械廠的C5ZL120×7.0Ⅰ-G中、高速大扭矩螺桿鉆具均采用7.5級馬達結構設計，在排量11 L/s，壓降2.75 MPa時，螺桿轉速180～185 r/min，輸出扭矩1 490 N·m，可滿足雙心鉆頭定向擴孔的需求。

3.4定向隨鉆擴孔參數(shù)優(yōu)化

定向隨鉆擴孔的鉆進排量必須保證攜巖效果及螺桿提供足夠的轉速和扭矩，并確保地面設備的承壓安全。定向隨鉆擴孔采用復合式鉆具組合減小環(huán)空壓耗，鉆井參數(shù)為：鉆壓20～40 kN、排量13～14 L/s、泵壓20～22 MPa、穩(wěn)斜井段復合鉆進轉盤轉速30 r/min。針對小排量、低泵沖時排量不穩(wěn)定造成井底定向儀器信號弱的問題，泥漿泵采用110 mm缸套進行循環(huán)定向測斜，采用130 mm缸套進行鉆進作業(yè)，同時保證了螺桿的有效工作。采用1.75°單彎螺桿進行增斜段施工，使用1.5°單彎螺桿進行穩(wěn)斜段的施工，確保井眼曲率變化幅度不大于3°/30 m。

4 應用效果分析

TH10233CH井在井深5 538.66 m開窗側鉆，先下入MD517牙輪鉆頭和1.75°單彎螺桿側鉆增斜鉆進至5 569.54 m，井斜僅達到4.5°，造斜率偏低，起鉆更換2.5°單彎進行側鉆。第二趟增斜鉆進至井底井斜達到12°，側鉆成功，起鉆下入隨鉆擴孔鉆頭。在井深5 542.66 m開始進行定向隨鉆擴孔，鉆具組合為：CK306B隨鉆擴孔鉆頭+φ120 mm單彎+單流閥+φ120 mm無磁短鉆鋌+φ120 mm MWD短節(jié)+φ88.9 mm無磁承壓鉆桿1根+φ88.9 mm斜坡鉆桿+旁通閥+φ88.9 mm斜坡鉆桿+φ88.9 mm加重鉆桿45根+φ88.9mm鉆桿+ φ127 mm鉆桿。TH10233CH井在增斜段地層巖性為大段棕褐色泥巖，可鉆性較差，機械鉆速低，施工中1.75°國產螺桿造斜率達不到設計的7°/30m要求，單彎螺桿使用時間短，更換頻繁，鉆進過程中多次出現(xiàn)螺桿問題。鉆進至地層巴楚組底部時，地層中間斷的含有礫石井段較長，雙心鉆頭磨損嚴重。定向隨鉆擴孔井段5 542.66～5 884.00 m，擴孔段長341.34 m，平均機械鉆速1.03 m/h，最大井斜62°，施工數(shù)據(jù)見表3。定向隨鉆擴孔結束后，采用常規(guī)φ149.2 mm牙輪鉆頭復合鉆進至5 886 m起鉆電測，電測井徑均大于165 mm，下入φ139.7 mm實體膨脹管393.19 m，下入井段5 490.78～5 883.97 m，膨脹管順利膨脹固井。二開采用φ130 mm鉆頭增斜及水平段鉆進，完鉆井深6 165 m。

表3 TH10233CH井定向隨鉆擴孔鉆頭及螺桿使用數(shù)據(jù)

4.1剖面符合率分析

TH10233CH井井眼軌跡實鉆數(shù)據(jù)見表4，定向隨鉆擴孔段井斜由0.78°增加到62°，定向隨鉆擴孔增斜段平均造斜率8.4°/30 m(設計值7.5°/30 m)，最大造斜率9.58°/30 m，井眼軌跡與設計井眼軌跡符合率較高，如圖4所示。

4.2定向隨鉆擴孔效果分析

從定向隨鉆擴孔井段的測井井徑曲線可見，1～3臂平均井徑191.52 mm，2～4臂平均井徑230.88 mm，4臂平均井徑211.07 mm，擴孔效果較好，1～3和2～4臂最小井徑均大于165 mm，滿足膨脹管下入和膨脹要求。

圖4 TH10233CH井井眼軌跡垂直投影

在石炭系卡拉沙依組至巴楚組5 542～5 658 m泥巖和泥晶灰?guī)r井段地層機械鉆速低，擴孔效果較好。在石炭系巴楚組至泥盆系東河塘組5 658～5 884 m砂泥巖互層井段機械鉆速較快，采用控時鉆進方式，由于送鉆不均勻的原因，鉆時快時雙心鉆頭未有效擴孔，1～3臂井徑偏小，鉆時慢時雙心鉆頭擴孔效果較好，2～4臂井徑偏大。

4.3定向隨鉆擴孔鉆頭及螺桿使用分析

TH10233CH井使用4只CK306B定向隨鉆擴孔鉆頭，該雙心鉆頭的擴孔井徑、軌跡符合率達到預期目標，隨鉆擴孔效果較好。但在含礫地層4#和5#鉆頭領眼和一二級擴孔部分崩齒、領眼部分磨損嚴重，使用壽命偏短，機械鉆速偏低，見圖5；擴孔鉆頭在砂巖、灰?guī)r地層機械鉆速較高，磨損輕。

圖5 TH10233CH井定向隨鉆擴孔鉆頭磨損情況

該井使用7根螺桿，其中北石C5ZL120×7.0Ⅰ-G中高速大扭矩螺桿4根(兩根修復)、進口PAISANO螺桿2根(1根修復)。北石螺桿平均使用壽命33.5 h，進口PAISANO螺平均使用壽命69.2 h，但是在巴楚組地層定向鉆進時，北石螺桿造斜率偏低，壽命偏短；穩(wěn)斜段復合鉆進時，北石螺桿機械鉆速和使用壽命基本滿足要求。

5 結論與建議

(1)采用牙輪側鉆待井斜達到12°～14°后再下入雙心鉆頭進行定向隨鉆擴孔，有利于擴孔工具面的穩(wěn)定，提高施工效果。

(2)CK306B型隨鉆擴孔鉆頭基本可滿足定向隨鉆擴孔的施工要求，工具面基本穩(wěn)定，擴孔井徑較好，但需針對含礫地層特性進行個性化設計。

(3)隨鉆擴孔效果受鉆時、地層巖性和螺桿鉆具性能影響較大，鉆進過程中應采用均勻送鉆、選擇性控時鉆進和大扭矩螺桿來確保擴孔效果。

(4)通過優(yōu)化鉆井排量及泥漿泵缸套直徑等參數(shù)，可確保深井小井眼螺桿有效工作和定向隨鉆測量，實現(xiàn)定向隨鉆擴孔作業(yè)的順利施工。

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(編輯 謝 葵)

Application of directional reaming while drilling technologyin TH10233CH well of Tahe Oilfield

Qin Chun，Chen Xiaoyuan，Dong Laiming，Huang Zhi’an，Liu Ziyun

(DrillingCompany，SinopecOilfieldServiceJiangsuCorporation，Yangzhou225261，China)

Restricted by formation and requirement of geological water-avoiding in Tahe oilfield，the drilling technology for complex formation plugged by expansion tube was applied in some horizontal wells with φ177.8 mm casing window sidetracking.But the reaming operation to the complex mudstone is crucial to this technology.Based on the analysis of the reaming operation of 5 expansion tube wells，after screening deviation angle of sidetracking well，drilling bit of directional reaming while drilling (DRWD)，and large torque screw with middle to high speed，and optimizing parameters of DRWD and directional measurement while drilling in deep slim hole well，the DRWD technology was implemented in well section from 5 542.66 m to 5 884.00 m of TH10233CH well in Tahe Oilfield.The length of the reaming well section was 341.34 m，the maximum deviation angle was 62°，and the reaming borehole diameter can meet the demands of larger than 165 mm for running expansion tube and the expansion.The drilling technology was successfully applied in the well，providing experiences for the similar wells to carry out the technology.

sidetracking;slim hole;directional reaming while drilling;screw;bi-center bit

TE243

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.01.015

2014-08-10；改回日期2014-09-09。

收稿日期：秦春(1982—)，工程師，從事鉆井技術研究工作。電話：1385279198，E-mail:qinchun.jsyt@sinopec.com。

攻關項目：江蘇石油勘探局“新疆超深井提速提效配套技術研究”(JS13037)。