王春青

（大慶鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

側(cè)鉆水平井技術(shù)可以有效修復(fù)套損井、報廢井等失去開采價值的老井，在國際油價持續(xù)低迷的情況下，使用側(cè)鉆水平井技術(shù)挖潛增效、恢復(fù)老區(qū)產(chǎn)能成為行之有效的方法。20世紀(jì)50年代，國外的斯倫貝謝、貝克休斯等大型石油公司就開展了側(cè)鉆水平井的鉆完井技術(shù)研究。隨著近年來鉆井新工藝、新技術(shù)的逐步應(yīng)用，側(cè)鉆水平井技術(shù)在國外已經(jīng)成為比較完善和成熟的鉆井技術(shù)。20世紀(jì)90年代國內(nèi)將小井眼側(cè)鉆水平井技術(shù)列為國家“九五”攻關(guān)計劃，并在大慶探區(qū)、新疆探區(qū)、遼河探區(qū)等多地進(jìn)行了實驗及推廣，形成較為成熟的工藝技術(shù)[1-2]。

大慶油田的中淺層側(cè)鉆開窗水平井技術(shù)已經(jīng)較為成熟。為了適應(yīng)國際油價持續(xù)下降、鉆探費(fèi)用逐步被壓縮的問題，大慶油田也加大了對深部地層老井開發(fā)的力度。大慶深部地層具有地溫梯度高、巖石可鉆性差、部分層位易坍塌等特點(diǎn)，鉆井施工周期相對較長，鉆井成本相對較高，所以對一些老井進(jìn)行開窗側(cè)鉆，從而使其從直井變成水平井，具有良好的挖潛增效意義。

2 大慶深層側(cè)鉆水平井鉆井工藝

深層側(cè)鉆水平井的鉆井工藝相對較為復(fù)雜，主要包括前期設(shè)計、老套管開窗、新井眼側(cè)鉆、修整鉆井設(shè)計、鉆進(jìn)至著陸點(diǎn)、鉆穿目的層、完鉆電測及完井施工等步驟。整個鉆井過程中需要多個環(huán)節(jié)密切配合，各個環(huán)節(jié)之間相互關(guān)聯(lián)和制約，只有進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃才能優(yōu)質(zhì)高效的完成鉆井施工任務(wù)[3-4]。

2.1 開窗側(cè)鉆工藝選擇

開窗側(cè)鉆要“破壞”一部分已有的井筒套管，相當(dāng)于在井筒套管上打開一扇“窗戶”，然后使鉆具通過這扇窗戶進(jìn)入地層進(jìn)行后續(xù)的鉆井作業(yè)。開窗作業(yè)一般有鍛銑和磨銑兩個方式。鍛銑是在指定的開窗位置處使用專用工具將該部分套管銑掉，然后打水泥塞進(jìn)行封固，該方法的施工較為簡單，形成的窗口可以避免套管的磁干擾，有利于后期定向施工，但缺點(diǎn)是鍛銑施工井段較長（通常超過18m），而且鍛銑結(jié)束后還要進(jìn)行相應(yīng)的水泥塞作業(yè)，增加了施工成本。磨銑則是在指定位置放置斜向器，然后使用銑錐在預(yù)定位置將套管銑穿開窗，通過這個“窗口”進(jìn)行后續(xù)的新井眼鉆進(jìn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，多個工序可以配合完成，節(jié)省大量的起下鉆時間，側(cè)鉆需要破壞的井筒也較少。缺點(diǎn)是套管會產(chǎn)生磁干擾，需要使用較為昂貴的陀螺測斜儀；誤差較大，容易因為前期下鉆過程中產(chǎn)生的誤差導(dǎo)致的轉(zhuǎn)角使斜向方位和設(shè)計方位之間產(chǎn)生誤差。大慶深層由于巖石硬度大、側(cè)鉆施工難度大、深部地層情況較為復(fù)雜，應(yīng)該首選磨銑工藝進(jìn)行施工。

2.2 造斜情況分析

因為深層鉆探的過程中，不可控因素相對較多，會產(chǎn)生更多的人為誤差和系統(tǒng)性誤差，所以深層開窗側(cè)鉆的施工難度要遠(yuǎn)大于中淺層施工。因為是側(cè)鉆開窗，所以開窗位置和目的層位置都已經(jīng)被限定了，留給后續(xù)施工過程中調(diào)整軌跡的可用垂深相對較少，所以在設(shè)計過程中要適當(dāng)增大靶區(qū)半徑并加強(qiáng)控制，避免出現(xiàn)提前著陸或者延后著陸問題。同時由于是從人工井筒進(jìn)行側(cè)鉆，使用的鉆具組合的尺寸均小于常規(guī)鉆井使用的尺寸，相應(yīng)的鉆具強(qiáng)度也必然有所降低，在同樣的鉆壓下，小尺寸鉆具發(fā)生變形的幾率也更大，增加了施工的不確定性。為了確定所鉆層位的實際造斜率，通常會在定向施工的前期連續(xù)定向兩個單根，從而根據(jù)測得的實際井斜數(shù)據(jù)來獲得所鉆層位的造斜率，這盲打的20m左右的定向段會進(jìn)一步造成指標(biāo)失控。在實鉆過程中，要結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)對造斜情況進(jìn)行認(rèn)真分析，從而做出適當(dāng)調(diào)整。

井眼軌跡優(yōu)化。為了最大幅度地開采剩余儲層，目前的大部分側(cè)鉆水平井都采用三維軌道設(shè)計，所以在設(shè)計井眼軌跡時還要額外考慮到井眼小、可控井段短、造斜難度大等問題。在深部地層進(jìn)行施工時還要考慮由于地層堅硬而導(dǎo)致造斜率不達(dá)標(biāo)引起的一系列問題。所以在設(shè)計過程中，通常使用三增軌跡，并將中間造斜段作為調(diào)整段，用于彌補(bǔ)其他造斜段在實鉆時產(chǎn)生的誤差。如何在設(shè)計過程中根據(jù)地質(zhì)情況、造斜工具的實際造斜情況、井下儀器及鉆具的通過能力來確定適合的造斜率是井眼軌跡優(yōu)化的關(guān)鍵，因此要在設(shè)計中留出充分的造斜余量并對鉆具組合和地層情況有深刻的理解和掌控。此外，還可以通過井眼軌跡的漸進(jìn)控制，并對井斜和方位進(jìn)行預(yù)測來提高對井眼軌跡的控制能力，進(jìn)一步降低施工誤差。

2.3 事故預(yù)防處理

2.3.1 側(cè)鉆水平井的安全隱患分析

（1）造斜和定向鉆進(jìn)過程中，鉆具貼近井壁，致使受力情況發(fā)生了變化。在造斜段和定向段，受重力影響鉆具組合與直井段有明顯不同。造斜過程中鉆具受到斜向拉力，使鉆具在起下鉆過程中與井壁的摩阻增大，并隨著井深的增加會產(chǎn)生鍵槽；在造斜段鉆進(jìn)過程中，扶正器或其他鉆具會對鉆頭產(chǎn)生一個支點(diǎn)作用，給予鉆頭側(cè)向的分力，從而偏離預(yù)定井眼；此外，在造斜過程中，由于鉆具組合一直受到重力影響產(chǎn)生向下的分力而有降斜的趨勢，這就需要進(jìn)一步提高鉆具組合的剛性；在水平鉆進(jìn)過程中，鉆具相當(dāng)于躺在井壁上，會大幅度增加摩擦力和扭矩。

（2）偏心環(huán)空和巖屑床。在造斜段和水平段，下部鉆具會因為重力影響而更貼近下部井壁，從而在環(huán)空形成了“偏心環(huán)空”，這對鉆井液的流動性產(chǎn)生了很大影響，由于鉆具周圍的流速不均勻，會造成巖屑的返出不暢甚至堆積在不規(guī)則井壁處形成巖屑床。

2.3.2 施工應(yīng)對措施

（1）鉆井液方面：①通過適當(dāng)調(diào)整鉆井液排量來提高鉆井液對巖屑的攜帶能力，從而破壞和減少巖屑床的形成；②適當(dāng)增加鉆井液粘度，從而提高鉆井液對巖屑的懸浮性，以便快速地將巖屑排除井筒；③提高鉆井液的動塑比，增大井筒清潔能力；④適當(dāng)提高鉆井液密度，保障鉆井液可以更有效地平衡地層壓力從而對井壁有足夠的支撐作用；⑤降低鉆井液的失水并提高泥餅質(zhì)量，從而減少井壁因失水而發(fā)生失穩(wěn)的概率和粘附卡鉆等意外事故的發(fā)生；⑥保證充足的潤滑性，降低摩阻和扭矩；⑦保證四級固控的使用效率，避免巖屑再次入井情況的發(fā)生。

（2）工程方面：①在造斜段和水平段施工過程中，定期進(jìn)行短期下、正劃眼和倒劃眼等鉆井作業(yè)，從而對巖屑床進(jìn)行破壞，使巖屑能順利排出井筒，在等停期間也要經(jīng)?；顒鱼@具，避免鉆具在井筒內(nèi)長時間靜止不動；②鉆進(jìn)過程中適當(dāng)?shù)卦黾有D(zhuǎn)鉆進(jìn)的頻率，通過產(chǎn)生紊流來改善巖屑的流動形態(tài)達(dá)到清潔井眼的效果；③適當(dāng)?shù)目刂沏@速，從而控制巖屑的產(chǎn)生速度，避免巖屑的大量堆積而造成返屑不暢；④在造斜段由于井眼的約束會對鉆具組合產(chǎn)生一定的應(yīng)力，易發(fā)生因鉆具疲勞導(dǎo)致的鉆柱損壞，因此在該井段應(yīng)盡量降低鉆具復(fù)雜性提高鉆具的剛性；⑤盡量使用頂驅(qū)進(jìn)行施工，因為頂驅(qū)可以減少接單根的時間，并且當(dāng)井下發(fā)生復(fù)雜情況時可以立即開泵，并可以使用倒劃眼措施來破壞巖屑床的形成，尤其適用于深層側(cè)鉆水平井這種特殊工藝井的使用。

3 結(jié)論及建議

（1）大慶深部地層具有地溫梯度高、巖石可鉆性差、部分層位易坍塌等特點(diǎn)，鉆井施工所需周期相對較長，鉆井成本相對較高，所以對老井進(jìn)行開窗側(cè)鉆，從而使其從直井變成水平井，具有更好的挖潛增效意義。

（2）深層鉆探的過程中，不可控因素相對較多，會產(chǎn)生更多的人為誤差和系統(tǒng)性誤差，所以深層開窗側(cè)鉆的施工難度要遠(yuǎn)大于中淺層施工，實鉆過程中，要結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)對造斜情況進(jìn)行認(rèn)真分析，從而做出適當(dāng)調(diào)整。

（3）本文針對大慶深層的地質(zhì)特點(diǎn)，從開窗側(cè)鉆工藝選擇、造斜情況分析、井眼軌跡優(yōu)化、事故預(yù)防處理等幾個方面進(jìn)行了分析研究，并給出了相應(yīng)的建議。