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(bào)廢井等失去開(kāi)采價(jià)值的老井，在國(guó)際油價(jià)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(guó)外的斯倫貝謝、貝克休斯等大型石油公司就開(kāi)展了側(cè)鉆水平井的鉆完井技術(shù)研究。隨著近年來(lái)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(guó)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(guó)內(nèi)將小井眼側(cè)鉆水平井技術(shù)列為國(guó)家“九五”攻關(guān)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(kāi)窗水平井技術(shù)已經(jīng)較為成熟。為了適應(yīng)國(guó)際油價(jià)持續(xù)下降、鉆探費(fèi)用逐步被壓縮的問(wèn)題，大慶油田也加大了對(duì)深部地層老井開(kāi)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(duì)較長(zhǎng)，鉆井成本相對(duì)較高，所以對(duì)一些老井進(jìn)行開(kāi)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(duì)較為復(fù)雜，主要包括前期設(shè)計(jì)、老套管開(kāi)窗、新井眼側(cè)鉆、修整鉆井設(shè)計(jì)、鉆進(jìn)至著陸點(diǎn)、鉆穿目的層、完鉆電測(cè)及完井施工等步驟。整個(gè)鉆井過(guò)程中需要多個(gè)環(huán)節(jié)密切配合，各個(gè)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(kāi)窗側(cè)鉆工藝選擇

開(kāi)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(kāi)一扇“窗戶”，然后使鉆具通過(guò)這扇窗戶進(jìn)入地層進(jìn)行后續(xù)的鉆井作業(yè)。開(kāi)窗作業(yè)一般有鍛銑和磨銑兩個(gè)方式。鍛銑是在指定的開(kāi)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(jiǎn)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(zhǎng)（通常超過(guò)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(kāi)窗，通過(guò)這個(gè)“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(gè)工序可以配合完成，節(jié)省大量的起下鉆時(shí)間，側(cè)鉆需要破壞的井筒也較少。缺點(diǎn)是套管會(huì)產(chǎn)生磁干擾，需要使用較為昂貴的陀螺測(cè)斜儀；誤差較大，容易因?yàn)榍捌谙裸@過(guò)程中產(chǎn)生的誤差導(dǎo)致的轉(zhuǎn)角使斜向方位和設(shè)計(jì)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?yàn)樯顚鱼@探的過(guò)程中，不可控因素相對(duì)較多，會(huì)產(chǎn)生更多的人為誤差和系統(tǒng)性誤差，所以深層開(kāi)窗側(cè)鉆的施工難度要遠(yuǎn)大于中淺層施工。因?yàn)槭莻?cè)鉆開(kāi)窗，所以開(kāi)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(guò)程中調(diào)整軌跡的可用垂深相對(duì)較少，所以在設(shè)計(jì)過(guò)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(wèn)題。同時(shí)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(shí)際造斜率，通常會(huì)在定向施工的前期連續(xù)定向兩個(gè)單根，從而根據(jù)測(cè)得的實(shí)際井斜數(shù)據(jù)來(lái)獲得所鉆層位的造斜率，這盲打的20m左右的定向段會(huì)進(jìn)一步造成指標(biāo)失控。在實(shí)鉆過(guò)程中，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)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(kāi)采剩余儲(chǔ)層，目前的大部分側(cè)鉆水平井都采用三維軌道設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)井眼軌跡時(shí)還要額外考慮到井眼小、可控井段短、造斜難度大等問(wèn)題。在深部地層進(jìn)行施工時(shí)還要考慮由于地層堅(jiān)硬而導(dǎo)致造斜率不達(dá)標(biāo)引起的一系列問(wèn)題。所以在設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)鉆時(shí)產(chǎn)生的誤差。如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)地質(zhì)情況、造斜工具的實(shí)際造斜情況、井下儀器及鉆具的通過(guò)能力來(lái)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(jì)中留出充分的造斜余量并對(duì)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(guò)井眼軌跡的漸進(jìn)控制，并對(duì)井斜和方位進(jìn)行預(yù)測(cè)來(lái)提高對(duì)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(guò)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(guò)程中鉆具受到斜向拉力，使鉆具在起下鉆過(guò)程中與井壁的摩阻增大，并隨著井深的增加會(huì)產(chǎn)生鍵槽；在造斜段鉆進(jìn)過(guò)程中，扶正器或其他鉆具會(huì)對(duì)鉆頭產(chǎn)生一個(gè)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(guò)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(shì)，這就需要進(jìn)一步提高鉆具組合的剛性；在水平鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆具相當(dāng)于躺在井壁上，會(huì)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(huì)因?yàn)橹亓τ绊懚N近下部井壁，從而在環(huán)空形成了“偏心環(huán)空”，這對(duì)鉆井液的流動(dòng)性產(chǎn)生了很大影響，由于鉆具周圍的流速不均勻，會(huì)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(duì)措施

（1）鉆井液方面：①通過(guò)適當(dāng)調(diào)整鉆井液排量來(lái)提高鉆井液對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)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(rùn)滑性，降低摩阻和扭矩；⑦保證四級(jí)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(guò)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(duì)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?dòng)鉆具，避免鉆具在井筒內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間靜止不動(dòng)；②鉆進(jìn)過(guò)程中適當(dāng)?shù)卦黾有D(zhuǎn)鉆進(jìn)的頻率，通過(guò)產(chǎn)生紊流來(lái)改善巖屑的流動(dòng)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(huì)對(duì)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?yàn)轫旘?qū)可以減少接單根的時(shí)間，并且當(dāng)井下發(fā)生復(fù)雜情況時(shí)可以立即開(kāi)泵，并可以使用倒劃眼措施來(lái)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(duì)較長(zhǎng)，鉆井成本相對(duì)較高，所以對(duì)老井進(jìn)行開(kāi)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(guò)程中，不可控因素相對(duì)較多，會(huì)產(chǎn)生更多的人為誤差和系統(tǒng)性誤差，所以深層開(kāi)窗側(cè)鉆的施工難度要遠(yuǎn)大于中淺層施工，實(shí)鉆過(guò)程中，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)大慶深層的地質(zhì)特點(diǎn)，從開(kāi)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(gè)方面進(jìn)行了分析研究，并給出了相應(yīng)的建議。