劉子松

（中國煤炭地質(zhì)總局 第二水文地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概 況

側(cè)鉆是為了特殊的工藝需要，在原有井眼軌跡（直井、斜井、水平井均可） 的基礎(chǔ)上，使用特殊的側(cè)鉆工具，使鉆頭的鉆進(jìn)軌跡按照預(yù)先的設(shè)計(jì)偏離原井眼軌跡的過程。側(cè)鉆井一般分為兩類，即裸眼側(cè)鉆和套管開窗側(cè)鉆。裸眼側(cè)鉆又分為兩類，分別是水泥回填側(cè)鉆和懸空側(cè)鉆。一般來說，鉆孔事故處理、設(shè)計(jì)分支鉆孔以及油田的老舊及低產(chǎn)油井都需要側(cè)鉆。本文對(duì)鉆井過程中為避開落魚（圖1） 而進(jìn)行的水泥回填側(cè)鉆提出一些見解。

圖1 避開落魚側(cè)鉆Fig.1 Sidetracking avoiding falling fish

2 側(cè)鉆技術(shù)

2.1 選擇側(cè)鉆點(diǎn)

要在一口井內(nèi)側(cè)鉆，首先要測量鉆孔井斜。有條件的可以下入帶無磁鉆鋌的常規(guī)鉆具，用電子多點(diǎn)投測儀投測；沒有電子多點(diǎn)投測儀，可在裸眼中用常規(guī)測井儀器進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)處理后確認(rèn)井眼的真實(shí)狀態(tài)。根據(jù)測量鉆孔井眼軌跡，結(jié)合鉆孔地層層位，選擇最佳側(cè)鉆點(diǎn)。一般選擇地層相對(duì)較軟，鉆時(shí)較快的層段，并且要依據(jù)測斜數(shù)據(jù)做出待鉆井眼設(shè)計(jì)。

2.2 注入水泥

側(cè)鉆點(diǎn)選定后，可根據(jù)鉆孔井眼尺寸及需注水泥塞長度，計(jì)算需要水泥量。為保證水泥塞的硬度，一般選擇42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，將水泥漿比重調(diào)至1.9 g/cm3，注入孔內(nèi)，高出側(cè)鉆點(diǎn)10 m左右。候凝72 h，下鉆修塞至側(cè)鉆點(diǎn)深度，靜壓10 t 以上不掉鉆，說明水泥塞質(zhì)量很好，滿足側(cè)鉆要求。起出鉆具，準(zhǔn)備下入側(cè)鉆鉆具。

2.3 側(cè)鉆鉆具組合

側(cè)鉆鉆具組合沒有固定的組合模式，可根據(jù)側(cè)鉆的難易程度科學(xué)合理應(yīng)用。一般情況下，在側(cè)鉆點(diǎn)井斜較大時(shí)，用反摳側(cè)鉆會(huì)相對(duì)容易；如果在井斜不大的孔內(nèi)側(cè)鉆，例如在事故鉆孔內(nèi)避開落魚側(cè)鉆，要鉆出新井眼相對(duì)來說就要困難很多。

根據(jù)實(shí)際情況的不同，常用的側(cè)鉆組合一般有2 種，即彎接頭+直螺桿鉆具組合和定向直接頭+單彎螺桿鉆具組合，例如采用1.5°彎接頭+直螺桿的鉆具組合，或者采用直接頭+1.75°或者2°單彎螺桿的鉆具組合。

如果以上2 種鉆具組合側(cè)鉆效果均不理想，那么考慮第三種組合方法，即彎接頭+單彎螺桿鉆具組合。如采用1.5°彎接頭+1.25°單彎螺桿鉆具組合，彎接頭和單彎螺桿的角度可根據(jù)需要選擇。但角度過大會(huì)產(chǎn)生2 個(gè)后果，一是彎度過大下鉆會(huì)造成困難；二是鉆出的新井眼全角變化率較大，給下步鉆探施工造成困難，因此建議彎接頭和彎螺桿角度不大于2°。這種鉆具組合在側(cè)鉆時(shí)孔內(nèi)有2 個(gè)支點(diǎn)，側(cè)鉆成功率要高很多。但是這種鉆具組合必須滿足一個(gè)要求，就是彎接頭所在的工具面和單彎螺桿所在的工具面，在鉆具上緊后，這2 個(gè)工具面不能存在比較大的角差，最好控制在30°以內(nèi)，而且越小越好（圖2），保證2 個(gè)彎朝向同一個(gè)方向。

圖2 鉆具角差示意圖Fig.2 Drilling tool angle difference

調(diào)整角差的辦法是在彎接頭和單彎螺桿間加入墊片，墊片為厚度小于1 mm 的不銹鋼板，現(xiàn)場臨時(shí)制作。開始先不加墊片，鉆具上緊后，看2 個(gè)工具面角差差多少，如果角差在30°以內(nèi)，不加墊片更好；如果角差超過30°，必須加墊片，則把墊片表面擦干凈，墊片之間不要夾雜任何硬質(zhì)顆粒物，加入墊片后，用液壓大嵌緊扣，墊片壓實(shí)；若角差仍不合適，可增減墊片作為調(diào)整，直至鉆具角差合適為止。

由于側(cè)鉆過程需鉆壓很小，而且鉆具剛性越小，側(cè)鉆越容易成功。因此，側(cè)鉆鉆具組合除1 根無磁鉆鋌以外，不需要再增加鉆鋌，無磁鉆鋌以上全部為加重鉆桿或者普通鉆桿均可。

以216 mm 孔徑為例。

彎接頭+直螺桿鉆具組合：φ216 mm 牙輪鉆頭+φ172 mm 直螺桿+φ172 mm 1.5°彎接頭+φ172 mm 定向直接頭+φ172 mm 無磁鉆鋌×1 根+φ114 mm 鉆桿若干。

直接頭+彎螺桿鉆具組合：φ216 mm 牙輪鉆頭+φ172 mm 1.75°單彎螺桿+φ172 mm 定向直接頭+φ172 mm 無磁鉆鋌×1 根+φ114 mm 鉆桿若干。

彎接頭+彎螺桿鉆具組合：φ216 mm 牙輪鉆頭+φ172 mm 1.25°單彎螺桿+φ172 mm 1.5°彎接頭+φ172 mm 定向直接頭+φ172 mm 無磁鉆鋌×1 根+φ114 mm 鉆桿若干。

2.4 下入側(cè)鉆鉆具

無論是哪種側(cè)鉆鉆具組合，因?yàn)榻嵌榷己艽?，下鉆過程都不一定很順利，尤其彎接頭+彎螺桿鉆具組合。在下鉆之前，確保鉆孔暢通無阻，還要保證鉆具水眼清潔干凈，在井口開泵測試螺桿鉆具及定向儀器，確認(rèn)一切正常后方可下鉆。下鉆過程中如遇阻，不得用螺桿鉆具劃眼，不能開泵硬壓，可慢慢轉(zhuǎn)幾個(gè)方向，緩慢試下。如果仍然下不去，則起出鉆具，改用常規(guī)鉆具通井，正常后重新下側(cè)鉆鉆具。

2.5 擺放工具面

工具面的擺放有兩種，磁北工具面（Magnetic Mode） 和高邊工具面（High Side Mode） （圖3）。一般情況下，當(dāng)側(cè)鉆點(diǎn)井斜角α＜6°時(shí)，選擇磁北工具面；當(dāng)側(cè)鉆點(diǎn)井斜角α＞6°時(shí)，選擇高邊工具面。目前使用的無線隨鉆測斜儀MWD，以井斜角α＝6°為臨界點(diǎn)，能夠在2 個(gè)工具面間自動(dòng)切換。無論選擇哪種工具面，在實(shí)際側(cè)鉆過程中，每種工具面仍然有2 種側(cè)鉆方式。

圖3 高邊工具面示意圖Fig.3 High edge tool surface

2.5.1 斜面法扭方位

在扭方位過程中保持裝置方位角不變，采用反摳的方法，這樣鉆出的井眼處在空間一個(gè)斜平面上，這種扭方位方法稱為斜面法扭方位，斜面法扭方位較容易鉆出新井眼。例如，在一口井中，側(cè)鉆點(diǎn)井斜角α＝4.5°，方位角θ＝112°。因?yàn)榫苯铅粒?°，所以用磁北工具面定向。如果用斜面法扭方位，定向角為磁北ω＝112°+180°，儀器顯示為MT292°，即向井斜相反的方向反摳。

如果側(cè)鉆點(diǎn)井斜角α＝8.5°，因?yàn)榫苯铅粒?°，這時(shí)無論方位角多大，都用高邊工具面定向。如果用斜面法扭方位，定向角為高邊180°，儀器顯示為HT180°，為全力降井斜，也就是反摳，這時(shí)新井眼的方位角不改變（圖4）。這種斜面法扭方位鉆出的新井眼處在空間的一個(gè)斜平面上。

圖4 全力降斜Fig.4 Full force declination

2.5.2 柱面法扭方位

在扭方位過程中保持裝置角不變，這樣鉆出的井眼是處在空間的柱面上，既有井斜角的變化，又有方位角的變化，這種扭方位方法稱為柱面法扭方位。

在上例中，側(cè)鉆點(diǎn)井斜角α＝4.5°，方位角θ＝112°。如果用柱面法扭方位，定向角為磁北工具面角ω＝112°+（90°～180°之間任意角度），如MT247°，這時(shí)新井眼為降斜、增方位；還可以為磁北工具面角ω＝112°+（180°～270°之間任意角度），如MT23°，這時(shí)新井眼為降斜降方位。如果側(cè)鉆點(diǎn)井斜角α＝8.5°，用柱面法扭方位，高邊工具面為高邊工具面角ω＝90°～180°之間任意角度，如HT135°（圖5 高邊0～180°），這時(shí)新井眼為降斜增方位；或者高邊工具面角ω＝180°～270°之間任意角度，如HT225°，這時(shí)新井眼為降斜降方位。新鉆出的井眼在井斜角α 減小的同時(shí)，方位角θ 也在增大或減小，新井眼處在空間的柱面上。

圖5 高邊工具面0～180°變化情況Fig.5 High edge tool surface change of 0~180°

在擺放工具面之前，還需明確2 個(gè)概念，即安置角和反扭角。安置角是安置工具面角的簡稱，在定向造斜和扭方位作業(yè)時(shí)，當(dāng)啟動(dòng)井下動(dòng)力鉆具之前，將工具面安置的位置，以工具面角表示，即為安置工具面角。反扭角是使用井下馬達(dá)進(jìn)行定向造斜或扭方位時(shí)，因動(dòng)力鉆具反扭矩的作用，啟動(dòng)前的工具面與啟動(dòng)后的工具面之間的夾角，反扭角總是使工具面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（圖6）。因此，安置角＝定向角+反扭角，這里定向角與上面提到的裝置角是同一個(gè)概念。因?yàn)樵谡麄€(gè)側(cè)鉆過程中，要求給動(dòng)力鉆具加很小的鉆壓，所以反扭角不會(huì)很大，根據(jù)鉆具的長度及剛度，適當(dāng)考慮5°～10°即可。

圖6 反扭角產(chǎn)生示意圖Fig.6 Diagram of anti-torsion angle

鉆具下到孔底后，如果余尺較短，最好加入一短鉆桿，使余尺大于10 m，目的是盡量避免在側(cè)鉆過程中間加尺。因?yàn)閭?cè)鉆中間加尺需提起鉆具，然后再下放鉆具，這一過程可能導(dǎo)致裝置角發(fā)生改變，而且下鉆過程中還可能導(dǎo)致好不容易鉆出的臺(tái)階垮塌，延長側(cè)鉆時(shí)間，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致側(cè)鉆失敗。

2.6 側(cè)鉆過程

工具面擺好后，就可以開泵側(cè)鉆施工了，側(cè)鉆過程是靠控制鉆時(shí)來完成的。如果是在第四系、第三系等較軟地層中側(cè)鉆，側(cè)鉆成功率會(huì)很高，整個(gè)控制過程也會(huì)簡單的多。如果在硬地層側(cè)鉆，對(duì)鉆時(shí)的控制是相當(dāng)嚴(yán)格的。

在堅(jiān)硬地層側(cè)鉆施工，常規(guī)的做法是開始的2 m，每米鉆時(shí)5 h；第3、4、5 m，每米鉆時(shí)4 h；第6、7、8 m，每米鉆時(shí)3 h；第9、10 m，每米鉆時(shí)2 h；鉆進(jìn)10 m 共計(jì)35 h。當(dāng)然，鉆時(shí)并不是一成不變的，可根據(jù)側(cè)鉆出新井眼情況及時(shí)加以調(diào)整，總之不可操之過急。

側(cè)鉆過程中，送鉆一定要均勻，可在鋼絲繩卷筒側(cè)板上用粉筆均勻的畫上標(biāo)記，在方鉆桿上也畫上標(biāo)記。這樣，司鉆可以兩面兼顧，緩慢均勻送鉆。同時(shí)每10 min 撈一次巖粉，洗凈查看，根據(jù)巖粉中水泥顆粒與沙子顆粒比例的變化，判斷新井眼的鉆出情況，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)鉆時(shí)（圖7）。

圖7 巖粉中水泥顆粒及沙子顆粒的變化Fig.7 Changes of cement and sand particles in rock powder

在側(cè)鉆過程中，如果遇到突然停電，或者泥漿泵突然損壞等意外情況，短時(shí)間內(nèi)不要拉動(dòng)鉆具。因?yàn)閭?cè)鉆過程進(jìn)尺是非常緩慢的，尤其在前半段，泥漿中的含沙量非常少，不可能造成埋鉆事故，因此不要輕易拉動(dòng)鉆具。如果中途必須提鉆，如中間需要加尺，或者螺桿鉆具損壞需更換等，那么下鉆時(shí)最后接近孔底的0.5 m，一定要在10～30 min 放到孔底，然后才能開泵，以免下鉆過急造成新臺(tái)階坍塌而前功盡棄。

至于側(cè)鉆出新井眼的深度，由于鉆頭到測斜儀器測點(diǎn)有超過12 m 的長度是測不到的，這時(shí)要準(zhǔn)確判斷側(cè)鉆井底井斜，在保證側(cè)鉆成功的前提下，控制全角變化率（俗稱狗腿嚴(yán)重度） 是關(guān)鍵，以利于下部定向和鉆井作業(yè)的順利實(shí)施。一般來講，當(dāng)巖粉中沙子的比例超過90%，標(biāo)志著側(cè)鉆已經(jīng)成功，再按規(guī)定鉆時(shí)鉆進(jìn)5～6 m 就可以起鉆了。

2.7 起鉆卸掉彎接頭

側(cè)鉆結(jié)束，鉆具慢慢提起，起過側(cè)鉆點(diǎn)后，可正常起鉆。起出鉆具，只卸掉彎接頭，還用原來的單彎螺桿鉆具，螺桿鉆具上緊后，重新測量鉆具角差，井口開泵測試螺桿鉆具及儀器正常后下鉆。下至接近側(cè)鉆點(diǎn)時(shí)，開泵，將工具面調(diào)整到側(cè)鉆時(shí)的工具面，關(guān)泵，然后緩慢下至孔底。

為鞏固側(cè)鉆成果，仍按原側(cè)鉆工具面，以每米不小于1 h 的鉆時(shí)再定向鉆進(jìn)2 m，然后改為復(fù)合鉆進(jìn)。這時(shí)可以適當(dāng)加壓，如果加壓后鉆具跳動(dòng)很大，且進(jìn)尺緩慢，說明鉆具在新井眼中，查看巖粉全為沙粒，說明側(cè)鉆成功。復(fù)合鉆進(jìn)一單根后，測量井斜，這時(shí)的測斜數(shù)據(jù)就是新井眼的井斜數(shù)據(jù)，同原井眼井斜數(shù)據(jù)相比較，井斜角α 和方位角θ 將有不同的變化。然后再復(fù)合鉆進(jìn)一單根，起鉆，根據(jù)正常的鉆井需要，可以加入鉆鋌，開始正常鉆探施工。

3 結(jié) 語

側(cè)鉆前選擇最佳側(cè)鉆點(diǎn)，高質(zhì)量做好水泥塞，根據(jù)實(shí)際需要，科學(xué)、合理組合側(cè)鉆鉆具，做好待鉆井眼設(shè)計(jì)，做到精準(zhǔn)控制鉆時(shí)，注意每一個(gè)施工細(xì)節(jié)，才能有效提高側(cè)鉆效率，更好為鉆探施工服務(wù)。