小井眼侧钻技术在大港油田的应用与发展

2013-08-16罗永庆周新华张志立彭明昌

科技视界 2013年1期

罗永庆周新华苏川张志立彭明昌

（中油大港油田集团公司井下作业公司，中国天津300283）

0 引言

国外从20 世纪60 年代开始进行侧钻技术研究，在侧钻方法、工艺措施、井下工具及完井方法等方面技术已经成熟，能够完成各种曲率半径的水平井，还能在一个井筒中侧钻出多个分支井。国内胜利、辽河、中原油田开窗侧钻工艺发展较快，其中，1997 年开始，辽河油田侧钻技术与采油技术进行配套研究，侧钻技术成为改善井网、挖掘储层潜力、解决底水锥进、油井水淹的重要手段。 2000 年运用老井侧钻技术完成三分支井。至2005 年辽河油田完成各式侧钻井2383 口，侧钻总进尺64.4×104m，成为国内完成侧钻井最多、运用侧钻技术增储上产效果最显著的油田。大港油田在1992 年开始实施套管内开窗侧钻，截至2008 年完成小井眼开窗侧钻井301 井次，其中自由侧钻井53 井次，定向侧钻井196 井次，侧钻水平井52 井次，完成双层套管开窗5井次，2008 年￠139.7mm 套管内开窗侧钻平均机械钻速2.5m/h，较2007 年提高了12.8%。目前大港油田小井眼侧钻井技术不断完善，规模也在不断扩大。

1 大港油田小井眼侧钻技术现状

1.1 开窗工具

大港油田￠177.8mm 和￠139.7mm 套管内开窗方式均主要以钻铰式复合铣锥，一次性完成开窗、修窗作业。 2001 年Weatherford 公司在大港油田采用开窗铣鞋带西瓜铣，可以实现一次性开窗修窗，斜面为凹槽式设计，开窗铣鞋对导斜面不磨损因此开窗效率高、速度快，但施工费用较高。近几年随着双层套管开窗的增多，我们对钻铰式复合铣锥的顶部进行了钨钢颗粒加厚，使其直径由73mm 加大至95mm，整体长度由0.95m 加长至1.2m。

导斜器从原始简易的地锚固定式导斜器，经过改进，目前普遍采用卡瓦液压锚定式导斜器；双层套管开窗为确保导斜器固定牢靠，发展出了卡瓦液压双缸锚定式导斜器，而导斜面的硬度设计选择与2 层套管中强度较大的那层套管相当[2]。导斜器前采用小直径陀螺测斜仪校正井眼轨迹，并确定导斜器斜面方位。

表1 双层套管开窗钻压、转速推荐值

1.2 开窗侧钻程序

选井-套管内通井，清洗井筒-注水泥封堵老井眼-套管刮削-套管试压-下导斜器，定向-固定导斜器-开窗修窗-试钻-裸眼钻进-测井-下套管、固井-测声幅、井筒试压完井-射孔投产[3]。

1.3 井眼轨迹控制与优快钻井

小井眼裸眼侧钻钻进时，定向钻具外径尺寸小、柔性大、抗扭转变形能力弱、抗地层力的能力弱，钻井参数、地层等因素对井眼轨迹控制效果非常敏感[3]，通常在某些井段，无法用常规经验判断控制效果，只能加强实时检测来确定。

常规钻具结构为：

A: 造斜钻具组合：￠120.6mm 单牙轮钻头＋￠95mm 单弯马达＋止回阀＋定向接头＋￠89mm 无磁钻铤（内装MWD 仪器）＋￠78.6mm 加重钻杆＋￠73mm 钻杆

技术参数：WOB:10-20kN Q:8-10l/s R:马达转速

B:稳斜钻具组合：￠120.6mm 钻头＋￠118mm 稳定器＋止回阀＋￠105mm短钻铤＋￠118mm 稳定器＋￠89mm 无磁＋￠78.6mm 加重钻杆＋￠73mm 钻杆

技术参数：WOB:20-50KN R:70－80rpm Q:9-12l/s。

目前在小井眼侧钻中，采用多个或单个螺旋稳定器组成的常规钻具结构来控制井眼轨迹是行不通的，在钻遇砾岩层、玄武岩等可钻性差的地层时，采用带稳定器的常规钻具组合，利用大钻压、大排量的钻进参数优势，实现井眼轨迹调整性的快速钻进是可行的，但要视剖面要求及造斜段长度适时采用。

单弯螺杆是各油田小井眼侧钻控制井眼轨迹普遍采用的井下工具，现场使用以￠95mm 的5、7、9 头螺杆居多，大多是3 级马达；过去大港油田侧钻受井身质量（主要是狗腿角控制）影响，单弯螺杆角度基本选择1.25°，这就造成了滑动钻进井段较长，工具面需要多次调整，遇到硬质地层造斜率低，机械钻速低等问题。近几年，我们通过优化轨迹剖面，适当增大了全角变化率，单弯螺杆角度基本选择了1.5°和1.75°，这样就有效的缩短了滑动钻进井段，相应增长了复合钻进井段，起到了提高机械钻速的作用。在工艺上为保证井身质量采用了短井段、勤调整、小调整和复合钻进等措施，有效控制了井眼曲率变化，提高了机械钻速。应用中1.75°单弯螺杆复合钻进有别断螺杆的风险，使用时要注意。

进入稳斜钻进要视具体井况选择钻具组合，一般常规单稳定器增斜钻具在小井眼侧钻中只能起到微增效果，而常规双稳定器稳斜钻具基本能保证稳斜钻进，如钻压小，会有微降现象。

1.4 钻头选择

小井眼钻头选型范围狭窄，主要是单牙轮钻头和PDC 钻头，经过现场不断实践应用，PDC 钻头与螺杆钻配合，受螺杆扭矩小的影响，对钻压较敏感，当钻压不合适时容易造成工具面漂移或进尺缓慢[3]，另外，PDC 钻头对地层适应性差，造成机械钻速较单牙轮钻头低，近几年已基本不使用该类型钻头了。

单牙轮钻头经过不断发展已逐步系列化了，目前有YA437、YA517、GYD517、GYD537、GYD617、GYD737A，基本具备了从软-硬各种地层岩性的钻进，牙轮顶部的聚晶金刚石复合齿，加强了抗研磨性能，齿径、齿高、齿形及排列布齿都改进了很多，主副水眼的设计也更加趋于合理，钻头结构上开发了金属密封钻头，使入井纯钻时间由80小时提高至120 小时。实践证明，单牙轮钻头适于小井眼定向滑动钻进和复合钻进，水平钻进也能适用，目前大港油田小井眼侧钻钻头首选单压轮钻头。

表2 钻头适应性分析

近几年，硬质地层如砾岩层、玄武岩、含黄铁矿岩层等可钻性差的地层，机械钻速很低（小于1m/h），牙齿磨损较为严重；另外，机械钻速慢也会造成牙轮壳体发生严重冲蚀，如不及时更换钻头，会出现因壳体冲蚀造成牙齿脱落的现象，下一步，应该建立钻头使用档案，进一步强化钻头齿的抗研磨性及牙轮壳体的材质硬度。

1.5 泥浆体系选择

钻井液的性能对井壁的稳定、井眼清洁、减阻防卡、防漏堵漏和油气层保护等方面有着重要的作用。套管开窗侧钻井的钻井液体系与一般生产井相同，只是对钻井液的抑制性、携砂性和剪切稀释性提出更高的要求，防漏是小井眼钻井的主要内容，因为地层在小井眼中井漏的几率是常规井眼的几倍甚至十几倍。

大港油田套管开窗侧钻井经过多年的研究摸索和现场应用，基本上形成了几套比较成熟的钻井液体系，如聚合物泥浆体系、抑制性泥浆体系、硅基防塌泥浆体系、硅酸盐体系等；侧钻水平井泥浆性能要求除要具有侧钻定向井要求的泥浆性能外，还要具有更好的润滑性和携砂能力，大港油田采用有机正电胶泥浆体系。

2 提高小井眼固井质量的举措

大港油田小井眼固井关键瓶颈是环空间隙小，造成循环压耗大，注水泥过程中更容易发生漏失和水泥浆窜槽现象；另外，水泥环薄，水泥石强度无法保证。为解决上述问题，曾试图通过扩眼来增大环空间隙，达到提高固井质量的目的，但效果不理想，主要原因是扩眼工具不成熟卡钻风险大，扩出的井眼受地层可钻性影响大，容易出现“糖葫芦”井段，另外扩眼机械钻速慢，油气层浸泡时间长，不利于油气层保护；为此重点在水泥浆体系、管材尺寸、套管居中等方面进行了改进，效果较好。

2.1 优化水泥浆体系

小井眼固井水泥浆体系性能要求：密度可调、具膨胀性、低虑失量、零析水、流变性好、触变性强。大港油田目前研制开发了三种不同性能的水泥浆体系，应用效果较好。

2.1.1 纤维微膨胀水泥浆体系配方油井水泥+BCE-200S 防漏增韧剂+BXF-200L 降失水剂+CF40S分散剂+G603 高效消泡剂+BXR-200L 中温缓凝剂

2.1.2 低密高强度水泥配方油井水泥+BCE-200S 防漏剂+漂珠减轻增强材料BXE-600S+降失水剂+分散剂+消泡剂+缓凝剂。

2.1.3 胶乳防窜水泥浆体系配方

油井水泥+BCE-200S 防漏剂+BXE-600S+BXF-200L 降失水剂+CF40S 分散剂+高效消泡剂+BXR-200L 中温缓凝剂+胶乳

以上三种水泥浆体系基本满足了大港油田各类地质特点的固井需要，另外针对清水隔离液暴露出的密度低、易漏失、不利于平衡压力、隔离效果差等问题，开发了BCS 系列隔离液作为小井眼小间隙固井专用隔离液，基本组成为：由BCS-020S 悬浮剂、BCS-021L 稀释剂和BCW-600S 加重剂等组成，密度可以在1.0-1.9g/cm3之间可调。