羅 翰，牟星潔，李 衡

（1.中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院，四川德陽618000；2.中石化西南石油工程有限公司井下作業(yè)分公司，四川德陽618000）

1 概述

川西氣田由中石化西南油氣分公司部署于四川盆地川西凹陷龍門山構(gòu)造帶，主力層位雷口坡組，共部署鉆井平臺6個、30口井[1]。PZ6-4D井位于四川省成都市彭州市葛仙山鎮(zhèn)文林村7組，是PZ6號平臺所部署的4口井中實施的第一口井，設(shè)計為四開制直井，主要目的層為雷三段、雷四段，完鉆層位雷二段（井身結(jié)構(gòu)如圖1所示），于2019年3月28日開鉆，12月8日鉆至井深6446m鉆穿雷三段進入雷二段頂部完鉆。PZ6-4D井直導(dǎo)眼完鉆后，結(jié)合雷口坡組巖芯分析數(shù)據(jù)和測井解釋數(shù)據(jù)，決定對該井實施大斜度鉆井。

圖1 PZ6-4D直導(dǎo)眼井實鉆井身結(jié)構(gòu)圖

2 套管開窗側(cè)鉆技術(shù)

2.1 難點分析

（1）斜向器下入存在一定的風(fēng)險。套管存在形變可能，斜向器下送過程中在套管內(nèi)可能出現(xiàn)阻卡等情況。

（2）開窗套管鋼級高、套管壁厚，開窗時磨銑套管困難，不容易開出窗口，而斜向器的斜面容易磨損及被磨出臺階。

（3）開窗后復(fù)合銑錐進入地層困難。開窗地層為須家河，該地層巖石硬度比水泥環(huán)高，側(cè)鉆時易使銑錐沿環(huán)空中水泥環(huán)鉆進，側(cè)鉆形成新井眼比較困難。

2.2 側(cè)鉆點選擇

根據(jù)川西氣田三開制大斜度定向井PZ4-2D井實鉆使用?241.3mm鉆頭于須家河組開始造斜的實鉆井身結(jié)構(gòu)，結(jié)合本井實鉆地層巖性、套管接箍和扶正器下深，以充分利用原井眼減少側(cè)鉆進尺為原則，選擇在井深4210m處對?273.1mm套管進行開窗，地層為須家河組三段，井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 PZ6-4D井側(cè)鉆井身結(jié)構(gòu)表

2.3 開窗工具優(yōu)選

常用套管開窗工具為斜向器+銑錐和套管緞銑兩種，其中使用銑錐開窗具有施工速度快、井下安全性高、套管切屑量小的優(yōu)點，結(jié)合四川元壩氣田超深側(cè)鉆井大量采用斜向器+銑錐方式開窗的經(jīng)驗，決定選用斜向器+銑錐方式開窗[2-4]。

開窗點處套管外徑為?273.1mm、內(nèi)徑為?247.96mm、鋼級為110S和三開鉆頭尺寸為?241.3mm的實際情況，選擇使用外徑?236mm斜向器和外徑?245mm復(fù)合銑錐進行套管開窗作業(yè)。

2.4 技術(shù)措施[5-6]

2.4.1 斜向器下入和座封

（1）下斜向器前使用?246mm彈簧刮管器對遇阻點至人工井底井段刮管，保證井壁干凈，避免下入斜向器時因井壁問題造成遇阻。

（2）使用直徑大于50mm、長度大于300mm對入井鉆具進行通徑，避免投球時鋼球無法到位。

（3）下鉆過程中鎖止鉆盤，嚴禁轉(zhuǎn)動鉆具，避免斜向器提前丟手或松扣；每柱下放速度控制為5min，遇阻不能超過20kN。

（4）下鉆過程中鉆具內(nèi)不能灌漿、壓帽和正循環(huán)，下放到位后進行反循環(huán)，調(diào)整鉆井液性能。

（5）斜向器到位后使用電纜車下送陀螺儀至定位接頭定方位，連續(xù)坐鍵3次每次磁性工具面誤差在±5°內(nèi)則坐鍵完成。測量斜向器方位如與設(shè)計不符，井隊配合使用轉(zhuǎn)盤進行逆時針轉(zhuǎn)動鉆具，調(diào)至設(shè)計位置，上下活動鉆具2個單根的距離3次后繼續(xù)陀螺測量，測量結(jié)果與目標方位要求相差±5°，斜向器定位完成。根據(jù)歷史側(cè)鉆施工經(jīng)驗，斜向器定位時可將定位方位較設(shè)計方位小10°，以為開窗時銑錐順時針高速旋轉(zhuǎn)造成的方位右漂預(yù)留空間，避免扣方位。

（6）定位完成后投球，靜待1h至鋼球到位，期間根據(jù)鉆桿方入準確計算和設(shè)置斜向器底深，后緩慢開起泥漿泵，打壓25MPa穩(wěn)壓3min，反復(fù)3次。泄壓后下放鉆具60~80kN，上提30~40kN，若鉆具位置無變化則確定斜向器坐封成功。

（7）確定斜向器坐封后，在原懸重基礎(chǔ)上上提5~10kN，先正轉(zhuǎn)5圈觀察反扭矩，正常則繼續(xù)正轉(zhuǎn)35~40圈倒扣，上提40~60kN剪斷扶正環(huán)丟手銷釘后方可正常起鉆。

2.4.2 銑錐下入及開窗

（1）若復(fù)式銑錐在下鉆時遇阻，禁止連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，以免損傷上部套管。下放速度不大于10柱/h，下鉆具至斜向器以上2~3m，在鉆桿內(nèi)放置鉆桿濾清器后小排量開啟鉆井泵；

（2）銑錐下到斜向器頂尖0.5m左右時，緩慢旋轉(zhuǎn)下放到頂尖位置，開始開窗。開窗按三個階段進行：

①起始段：低鉆壓低轉(zhuǎn)速，鉆壓：5~10kN，轉(zhuǎn)速：50~60r/min，排量：28~33L/s；

②騎套段：中鉆壓中轉(zhuǎn)速，鉆壓：20~80kN，轉(zhuǎn)速：60~80r/min，排量：28~33L/s；

③出套段：低鉆壓高轉(zhuǎn)速，鉆壓：80~120kN，轉(zhuǎn)速：60~80r/min，排量：28~33L/s；

（3）開窗作業(yè)過程中鉆井液性能要滿足攜帶鐵屑的要求，開窗和修窗作業(yè)循環(huán)時，應(yīng)在過流槽內(nèi)放置強磁鐵塊吸附掉通過震動篩的鐵屑；開窗結(jié)束后，反復(fù)循環(huán)清洗井底，直到出口不返鐵屑為止；

（4）開窗結(jié)束后在窗口附近上下轉(zhuǎn)動鉆具進行修窗，直至上提下放過窗口無阻掛，摩阻小于20kN可起鉆結(jié)束開窗作業(yè)。

2.5 施工經(jīng)過

2.5.1 斜向器座封

（1）鉆具組合：?236mm斜向器+?165mm定向接頭+?127mm加重鉆桿×44根+?139.7mm鉆桿；

（2）2020年1月10日22:00下入?236mm斜向器，11日14:30下鉆至井深4210m，23:40測井絞車送陀螺儀器，斜向器定位完成，12日3:30投鋼珠，斜向器底部井深調(diào)整至4213.5m座封憋壓25MPa3次，穩(wěn)壓5min立壓無變化，卸壓后分別下壓40kN、80kN、120kN，上提40kN穩(wěn)3min斜向器位置無變化，證明斜向器座封成功。后將鉆具上提20kN正轉(zhuǎn)35圈，斜向器丟手成功，起鉆至13:30斜向器送入桿出井。

2.5.2 套管開窗

（1）鉆具組合：?245mm復(fù)式銑錐+回壓閥+?127mm加重鉆桿×1根+打撈杯+?127mm加重鉆桿×43根+?139.7mm鉆桿；

（2）2020年1月12日14:30下入?245mm復(fù)式銑錐，13日5:30下鉆探至井深4210m上窗口位置，上提鉆具至4209.5m開始套管開窗作業(yè)，開窗過程中根據(jù)扭矩的大小來確定鉆壓的大小（扭矩限額設(shè)置為12kN·m）,至14日18:00開窗至井深4214m（開窗時間32h），實際套管開窗進尺3.50m（斜面2.50m，銑錐1.00m），返出巖屑中鐵絲和水泥含量較低，判斷銑錐已經(jīng)完全進入地層。經(jīng)修窗、驗窗銑錐上提下放進出窗口摩阻不超過20kN，確定開窗作業(yè)完成，決定起鉆進行試鉆進，至15日8:00銑錐出井，量得出井銑錐最大外徑為243mm，滿足鉆頭出窗尺寸。

2.5.3 試鉆進

（1）鉆具組合：?243.1mm PDC鉆頭+雙母接頭+回壓凡爾+?127mm加重鉆桿×1根+打撈杯+?127mm加重鉆桿×43根+?139.7mm鉆桿；

（2）2020年1月15日8:00下入試鉆進組合，于16日3:00下鉆到底，鉆頭進出窗口順利，摩阻在20kN內(nèi)，確定套管開窗完成，10:30鉆進至井深4224m，已經(jīng)滿足下入螺桿鉆具的條件，決定起鉆更換造斜鉆具；17日1:00起鉆完成，轉(zhuǎn)入定向造斜鉆進工序。

3 裸眼側(cè)鉆技術(shù)

PZ6-4D井鉆至井深5638.05m遇小唐子組高壓油氣顯示，在處理過程中發(fā)生井下復(fù)雜故障。后因故障處理難度較大，甲方?jīng)Q定回填側(cè)鉆。

3.1 難點分析

（1）本井為套管開窗側(cè)鉆井，井深4210~4212.5m為套管開窗窗口，鉆具通過性能低于其它井段。裸眼側(cè)鉆鉆具組合帶有1.75°單彎螺桿或2.25°彎接頭，通過該處時摩阻大，可能無法出窗。

（2）本井實際鉆達井深5638.05m，設(shè)計側(cè)鉆點4310m，下部老井眼長1328.05m，防碰難度大。

（3）老井眼內(nèi)有1035.17m鉆具，可能改變地層磁場強度，對MWD測斜數(shù)據(jù)準確性帶來不利影響。

3.2 技術(shù)措施

根據(jù)PZ6-4D井?241.3mm井眼裸眼側(cè)鉆實際井況，設(shè)計了“?241.3mm混合鉆頭+?185mm 1.75°彎螺桿+MWD”彎螺桿側(cè)鉆鉆具組合和“?241.3mm混合鉆頭+?185mm直螺桿+?185mm 2.25°彎接頭+MWD”彎接頭側(cè)鉆鉆具組合兩套方案。綜合考慮側(cè)鉆點上部存在如圖2所示的套管開窗點，對下部鉆具通過性有一定影響，結(jié)合前期螺桿鉆具過窗口時的遇阻情況，決定使用彎螺桿鉆具組合，并制定技術(shù)措施如下：

圖2 套管窗口示意圖

（1）掃塞起鉆前做好水泥石承壓試驗（承壓能力在150kN以上），調(diào)整好鉆井液性能，循環(huán)清洗井底，保證井眼干凈，記錄鉆水泥塞鉆時，并撈1~2包水泥石；

（2）在控時側(cè)鉆前進行靜粘試驗，3min、5min、10min、15min、30min各一次，以提供側(cè)鉆施工的防粘數(shù)據(jù)；

（3）下鉆到底開泵正常后，采用增方位的方式進行側(cè)鉆（工具面85R~95R），先進行定點循環(huán)1h造臺肩，再進行嚴格的控時鉆進，具體時間為：前6m控制時間為6h/m，再8m控制時間為5h/m，再3m控制時間為4h/m；然后根據(jù)巖屑返出情況，判斷側(cè)鉆是否成功，若確認側(cè)鉆成功后，在鉆頭使用時間許可的情況下繼續(xù)控時鉆進5m；

（4）開始控時鉆進前接好整立柱，側(cè)鉆施工中每側(cè)鉆1m撈1包巖屑，清洗干凈，排放好，進行對比、分析側(cè)鉆效果，以確定下一步側(cè)鉆技術(shù)措施；

（5）結(jié)合巖屑情況和MWD測量數(shù)據(jù)，判斷側(cè)鉆情況：當巖屑含量達95%以上、夾壁墻達0.5m以上可確認側(cè)鉆成功，循環(huán)起鉆更換常規(guī)定向鉆具。

3.3 施工情況

（1）鉆具組合：?241.3mm混合鉆頭+?185mm 1.75°螺桿+回壓閥+?177.8mm無磁鉆鋌+?165mm MWD短節(jié)+?127mm加重鉆桿×12根+?178mm隨鉆震擊器+?127mm加重鉆桿×33根+旁通閥+?127mm鉆桿×120根+?139.7mm鉆桿。

（2）2020年3月30日15:50按側(cè)鉆設(shè)計工具面滑動鉆進掃水泥塞造趨勢至井深4304.00m后開始側(cè)鉆作業(yè)。先將鉆頭提離井底0.1m按33L/s排量沖臺階1h，后按照6h/m控時鉆進6m至井深4310.00m，后按5h/m控時鉆進6m至井深4318.00m，再按4h/m控時鉆進至井深4323.00m。在控時鉆進過程中每米撈取了1次巖屑，錄井分析新地層巖屑已出現(xiàn)，但水泥含量呈現(xiàn)出不穩(wěn)定變化的趨勢，在50%~90%中反復(fù)變化，無法依靠巖屑中的水泥含量判斷是否側(cè)鉆成功，決定采用MWD數(shù)據(jù)計算井眼軌跡分析，從井底每2m向上連續(xù)測量三個點的測斜數(shù)據(jù)表明自側(cè)鉆點后方位數(shù)據(jù)按側(cè)鉆設(shè)計增大，預(yù)測數(shù)據(jù)表明新井眼井底已與老井眼完全分離進入地層。現(xiàn)場判斷水泥石為上部井眼擴大率較大而在掃塞后留存的水泥被泥漿沖下[2]而來，同時混合鉆頭使用時間已到，決定結(jié)束側(cè)鉆作業(yè)，起鉆更換常規(guī)定向鉆具組合。

4 定向段井眼軌跡控制技術(shù)

4.1 多層多增式井眼軌道優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

（1）根據(jù)彭州海相地層巖石力學(xué)參數(shù)、可鉆性和多壓力系統(tǒng)分布和井身結(jié)構(gòu)，并結(jié)合傳統(tǒng)“直—增—穩(wěn)”三段式和“直—增—穩(wěn)—增—穩(wěn)”五段式等井眼軌道剖面設(shè)計在長穩(wěn)斜段施工中存在的不利影響，以“一地層一方案”的設(shè)計思想對PZ6-4D井造斜率進行優(yōu)化：將整個造斜井段根據(jù)地層縱向分布劃分為多個小段，?243.1mm井眼第一造斜段（井斜0°~10°）為避免初期造斜不足，設(shè)計造斜率為10°/100m，以滑動鉆進和復(fù)合鉆進相結(jié)合實現(xiàn)；?243.1mm井眼第二造斜段根據(jù)地層可鉆性極值差異，利用地層自然增斜趨勢實現(xiàn)2°~3°/100m造斜率，以復(fù)合鉆進為主提高機械鉆速，直至馬鞍塘組底部本開完鉆；?165mm井眼第三造斜段（井斜60°至設(shè)計井斜）設(shè)計造斜率10°~16°/100m，在保證矢量入靶前提下降低造斜率，以利于目的層垂深調(diào)整，滿足地質(zhì)目的[7]，最終形成如表2所示的多層多增式井眼軌道設(shè)計。

表2 PZ6-4D井側(cè)鉆多層多增式井眼軌道優(yōu)化設(shè)計表

（2）在第二次側(cè)鉆中，根據(jù)第一次側(cè)鉆鉆遇裂縫的垂深提前預(yù)留1°井斜調(diào)整余地，工程和地質(zhì)相結(jié)合卡準垂深，在裂縫前起鉆更換會降斜的“牙輪鉆頭+光鉆桿”鉆具組合主動揭開裂縫層，以同時實現(xiàn)井眼軌跡有效控制和井下安全。

4.2 超深大斜度定向井定向鉆井提速技術(shù)

根據(jù)PZ6-4D井身結(jié)構(gòu)設(shè)計、多層多增式井眼軌道優(yōu)化設(shè)計和地層巖石力學(xué)參數(shù)剖面等，建立了不同工具造斜和破巖的力學(xué)模型，并結(jié)合機械鉆速、安全性和經(jīng)濟性，優(yōu)選出與多層多增式軌道適用配套的第一造斜段“混合鉆頭+1.5°大扭矩等壁厚螺桿”和第二造斜段“混合鉆頭/PDC鉆頭+1.25°大扭矩等壁厚螺桿”破巖工具與井下動力鉆具組合，結(jié)合元壩地區(qū)超深高溫高壓井儀器入井成功率數(shù)據(jù)，搭配進口APS高溫高壓MWD進行井眼軌跡隨鉆監(jiān)測；在第三造斜段使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，形成彭州超深大斜度定向井定向鉆井提速技術(shù)[1]。

5 結(jié)論

PZ6-4D井于5月29日22:00鉆達中完井深5971m，后套管順利通過側(cè)鉆井段下至井底；7月26日7:30鉆達完鉆井深6696m順利完鉆，全井軌跡滿足設(shè)計要求。在該井的側(cè)鉆施工過程中取得了以下認識：

（1）PZ6-4D井作為川西氣田第一口實施側(cè)鉆施工的超深井，在須三段地層100m井段內(nèi)先后兩次運用“斜向器+銑錐”套管開窗和裸眼側(cè)鉆技術(shù)進行側(cè)鉆作業(yè)，克服了井深大、地層研磨性強、井眼尺寸大等技術(shù)難點，其側(cè)鉆技術(shù)對川西氣田的下一步施工具有參考價值。

（2）由于?271.3mm套管鋼級大、開窗地層有薄煤層存在等原因，PZ6-4D井套管開窗作業(yè)時間明顯長于元壩氣田開窗作業(yè)，銑錐頂端磨損更大。下步后續(xù)井若進行套管開窗作業(yè)，應(yīng)加強現(xiàn)場技術(shù)人員配置和現(xiàn)場銑錐備份，確保開窗一次成功。

（3）1.75°彎螺桿側(cè)鉆組合可以滿足彭州超深井裸眼側(cè)鉆要求，不必使用“2.25°彎接頭+直螺桿”鉆具組合。