季洪石,宋少博

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院, 黑龍江大慶 163413）

隨著大慶油田開(kāi)發(fā)的深入, 報(bào)廢井、低產(chǎn)井和套損井的數(shù)量不斷增多, 影響了油田的整體開(kāi)發(fā)效益。為了有效提高老井、報(bào)廢井等問(wèn)題井的再利用率, 近年來(lái)大慶油田開(kāi)展了大量的攻關(guān)研究, 深層側(cè)鉆開(kāi)窗水平井的相關(guān)研究也成為了關(guān)注的熱點(diǎn)。

1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

20世紀(jì)50年代, 國(guó)外就開(kāi)展了側(cè)鉆水平井的相關(guān)鉆井工藝研究。斯倫貝謝、貝克休斯等國(guó)外油服公司開(kāi)發(fā)出了一系列相關(guān)鉆井工具和鉆井裝備, 形成了配套的施工工藝, 最深的側(cè)鉆深度已經(jīng)達(dá)到7100m, 并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了同一井眼多次開(kāi)窗工藝, 可將一口問(wèn)題井鉆成多分支水平井, 從而大幅度提高了老區(qū)油田整體開(kāi)發(fā)效率[1]。

20世紀(jì)90年代, 我國(guó)也將側(cè)鉆水平井工藝作為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。遼河、大港等油田在九五期間進(jìn)行了上千口的小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆施工, 產(chǎn)量同比增長(zhǎng)5～8倍, 施工成本同比降低40%～50%, 形成了成熟的施工工藝技術(shù), 取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著國(guó)際石油市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的進(jìn)一步加劇, 為了進(jìn)一步降低開(kāi)采成本, 挖潛增效, 深層側(cè)鉆水平井也成為國(guó)內(nèi)研究的重點(diǎn)。為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)大慶油田徐家圍子等深部地層的天然氣資源, 提高老井產(chǎn)量, 有必要對(duì)大慶深層側(cè)鉆水平井的相關(guān)施工技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究, 從而為大慶油田深部氣藏的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)提供更多的技術(shù)支持[2]。

2 深層水平井側(cè)鉆開(kāi)窗工藝研究

深層水平井的側(cè)鉆工藝涉及井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆頭優(yōu)選、鉆具組合優(yōu)化、鉆進(jìn)工藝控制、復(fù)雜事故處理等多個(gè)關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié), 施工過(guò)程較為復(fù)雜, 需要多部門協(xié)同配合。

2.1 開(kāi)窗側(cè)鉆工藝

側(cè)鉆開(kāi)窗需要使用特殊的鉆井工具破壞一部分原有套管, 從而在套管和地層之間形成一個(gè)“人造窗口”, 鉆頭從這個(gè)“人造窗口”穿過(guò), 鉆入新地層實(shí)施后續(xù)的鉆井作業(yè), 這種鉆井方式被簡(jiǎn)稱為“開(kāi)窗側(cè)鉆”?！伴_(kāi)窗”工藝有鍛銑和磨銑兩種選擇。其中鍛銑是將一段套管銑掉, 然后打水泥塞進(jìn)行水泥施工作業(yè), 其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單可以減少套管壁產(chǎn)生的磁干擾, 但缺點(diǎn)是施工時(shí)間較長(zhǎng), 裸露井段較長(zhǎng)（通常大于18m）, 不適于復(fù)雜地層的施工作業(yè)。磨銑開(kāi)窗則僅僅是將指定位置的套管壁磨穿, 所需破壞的套管較少, 但是由于套管本身是金屬制品, 容易影響井下測(cè)量工具的信號(hào)傳輸, 對(duì)井下工具的性能要求較高, 相應(yīng)的使用費(fèi)用也較高。大慶深部地層由于目的地層的硬度通常較大, 鉆井施工較為復(fù)雜, 更適合使用磨銑的側(cè)鉆開(kāi)窗方式。

2.2 側(cè)鉆開(kāi)窗水平井的軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)

相對(duì)于中淺部地層而言, 在深部地層進(jìn)行水平井施工的不可控情況更多、誤差更大。導(dǎo)致實(shí)鉆過(guò)程的入靶難度更大, 而且一旦發(fā)生出靶事故, 會(huì)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此需要在鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)井斜、方位等參數(shù)進(jìn)行更嚴(yán)格的控制[3]。

深層側(cè)鉆開(kāi)窗水平井一般都是三維井眼軌跡, 在設(shè)計(jì)過(guò)程中, 除了要考慮常規(guī)水平井的井眼軌跡設(shè)計(jì)原則, 還需要考慮套管開(kāi)窗對(duì)造斜率的影響、套管尺寸對(duì)鉆具組合的影響、可施工井段的長(zhǎng)度等因素。由于大慶深部地層的巖石可鉆性較差, 還需要考慮因?yàn)榈貙右蛩貙?dǎo)致造斜率不達(dá)標(biāo)時(shí)的后備鉆井措施。此外, 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)地質(zhì)情況, 綜合考慮造斜工具的造斜能力的高低、井下測(cè)量?jī)x器的信號(hào)傳輸受套管壁的影響、鉆具組合在開(kāi)窗處的整體通過(guò)能力, 從而在整體設(shè)計(jì)過(guò)程中保留一定的冗余量。

2.3 鉆頭等井下工具的優(yōu)選

2.3.1 鉆頭優(yōu)選

大慶深部地層礫巖發(fā)育, 巖石可鉆性通常會(huì)達(dá)到8～10級(jí)。此外, 深部地層的部分層位斷層和微裂縫發(fā)育、地層傾角大, 鉆進(jìn)過(guò)程中漏失、掉塊、卡鉆等情況均有可能發(fā)生。在保障安全鉆進(jìn)的同時(shí)還要提高機(jī)械鉆速, 所以鉆頭選型尤為重要。大慶深部地層的開(kāi)窗套管通常為φ215.9mm井眼, 造斜段可考慮使用適合硬質(zhì)地層鉆進(jìn)的PDC鉆頭和馬達(dá), 如果發(fā)現(xiàn)造斜率無(wú)法達(dá)到預(yù)期水平時(shí), 可以考慮使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)幫助提高造斜率[4-5]。水平段考慮使用休斯克里斯公司的定制鉆頭和螺桿, 并配合高速馬達(dá)。

2.3.2 井下動(dòng)力鉆具的優(yōu)選

井下動(dòng)力鉆具可在鉆井液流動(dòng)的沖刷下將鉆井液的動(dòng)能部分轉(zhuǎn)化為鉆進(jìn)過(guò)程中需要的機(jī)械能, 一方面可以達(dá)到提高機(jī)械鉆速的目的, 另一方面還可以減少起下鉆頻率, 從而降低等停時(shí)間, 提高鉆井施工效率。

井下動(dòng)力鉆具主要包括彎螺桿、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、渦輪鉆具和液動(dòng)旋沖工具等。在對(duì)井下動(dòng)力鉆具進(jìn)行優(yōu)選時(shí)重點(diǎn)要考慮的問(wèn)題有：待鉆井眼的尺寸和造斜率要求、選用的鉆井液綜合性能、待鉆地層的地質(zhì)條件和最高井底溫度、循環(huán)排量等。

彎螺桿在深層水平井鉆井過(guò)程中的選用已經(jīng)比較成熟, 在本文不做進(jìn)一步討論。

隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)各大油服企業(yè)和鉆井設(shè)備公司的大力攻關(guān), 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的國(guó)產(chǎn)化歷程大幅度加快, 由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的出現(xiàn), 迫使斯倫貝謝等國(guó)外公司也大幅下調(diào)了服務(wù)價(jià)格, 為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具可以對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整, 鉆進(jìn)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制, 實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于螺桿造斜工具, 目前已經(jīng)逐步在造斜段進(jìn)行推廣使用。斯倫貝謝、貝克休斯等國(guó)外旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 不同旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的性能特點(diǎn)

2.4 其他施工措施優(yōu)化

深層側(cè)鉆水平井施工過(guò)程中要尤其注意井眼的凈化和鉆具的受力情況。重點(diǎn)從提高井眼凈化效果、保持井壁穩(wěn)定、提高鉆井液潤(rùn)滑性等幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

2.4.1 井眼凈化措施

在井斜角發(fā)生變化時(shí), 鉆井液不同的流態(tài)會(huì)產(chǎn)生不同巖屑攜帶效果, 一般來(lái)說(shuō)當(dāng)井斜達(dá)到50°以后, 紊流狀態(tài)的鉆井液可產(chǎn)生更好的攜巖作用；當(dāng)井斜在40°以下時(shí), 層流狀態(tài)的鉆井液可產(chǎn)生更好的攜巖作用。提高鉆井液的粘度, 鉆井液更容易將巖屑攜帶出井筒；在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi), 提高鉆井液的密度可以降低鉆井液和巖屑之間的密度差, 也就是增加了鉆井液對(duì)巖屑的攜帶能力, 同樣有利于將巖屑攜帶出井筒；在造斜井段和水平井段, 根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)間和鉆進(jìn)深度適當(dāng)進(jìn)行短起下鉆, 利用鉆具組合上不同尺寸的鉆具和節(jié)箍來(lái)刮擦井壁, 破壞已形成的巖屑床, 也有利于井筒清潔。

2.4.2 保持井壁穩(wěn)定

鉆井過(guò)程中井壁穩(wěn)定的重要性毋庸置疑, 穩(wěn)定的井壁可以減少井下事故的發(fā)生從而減少鉆井周期, 提高鉆井綜合效率。井壁穩(wěn)定重點(diǎn)從改善泥餅質(zhì)量、降低鉆井液失水、縮短鉆井周期從而減少裸眼井段被浸泡的時(shí)間、提高鉆井液潤(rùn)滑性、避免鉆具長(zhǎng)時(shí)間靜止等方面著手。

3 結(jié)論

（1）深層側(cè)鉆水平井可以修復(fù)報(bào)廢井、低產(chǎn)井和套損井, 提高老井的利用率、延長(zhǎng)油井壽命, 從而達(dá)到降本增效的目的。目前已成為提高油田綜合開(kāi)發(fā)效益的重要手段之一。

（2）深層水平井的側(cè)鉆工藝涉及井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆頭優(yōu)選、鉆具組合優(yōu)化、鉆進(jìn)工藝控制、復(fù)雜事故處理等多個(gè)關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié), 施工過(guò)程較為復(fù)雜, 需要多部門協(xié)同配合。

（3）本文針對(duì)大慶深部地層的地質(zhì)特點(diǎn), 從水平井的軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)、鉆頭優(yōu)選、井下動(dòng)力鉆具的優(yōu)選、井眼凈化措施和井壁穩(wěn)定措施等幾個(gè)方面給出了建議。