达深CP302开窗侧钻水平井钻井实践与认识

2014-07-13孙庆仁郭盛堂孟祥波

钻探工程 2014年4期

孙庆仁，郭盛堂，孟祥波

(大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江大庆 163411)

小井眼套管开窗侧钻水平井钻井技术能使一大批停产井、报废井、套损井、低产井等复活，提高油气藏开采效率，使各类油气藏有效开发，提高采收率和油气井单井产量，降低综合开发成本，提高综合经济效益。为了改造低产井、实现产能上有所突破，大庆油田在松辽盆地东南断陷区徐家围子断陷安达凹陷部署了达深CP302小井眼套管开窗侧钻水平井。

1 套管开窗侧钻水平井技术难点

小井眼套管开窗侧钻水平井钻井技术在世界各地已经成为开发套损井、停产井、报废井、低产井的一项有效的技术手段。在大庆油田深层钻套管开窗侧钻水平井具有以下技术难点:

(1)达深CP302套管开窗侧钻水平井是以营城子组为主力气层的深层天然气井，在钻井过程中面临着地温梯度高，钻遇地层可钻性级值高、研磨性强，机械钻速慢等难题;

(2)套管开窗侧钻水平井造斜井段短，只有160 m，造斜率高，达到15°/30 m，井眼轨迹控制难度大;

(3)仪器测量信息滞后(测点距钻头15 m)，预测钻头处井斜角、方位角与实际存在偏差，很难实现精确轨迹控制;

(5)由于造斜需在很短的井段内完成，井眼曲率变化大，钻柱在造斜井段会产生较大的弯曲应力，易造成钻具的疲劳损害;特别在钻柱旋转时，弯曲井段的钻柱受交变应力作用，钻柱极易发生疲劳破坏，造成钻具事故。

2 套管开窗侧钻水平井方案优选

2.1 套管开窗位置优选

套管开窗的最终目的是如何在原有套管的基础上建立新的侧钻窗口，为后续的施工提供稳定、安全的通道，因此套管开窗侧钻点的选择尤为重要，必须系统综合考虑多方面因素。

(1)开窗点位置原有套管的固井质量要好:套管开窗点尽量选择在水泥环分布均匀、固井质量好的井段，力争避开水泥窜槽、套管外无水泥井段。因此在确定套管开窗点前要参阅老井的固井声幅资料。

(2)开窗点处地层的岩性稳定:开窗点应选在岩性稳定的井段，避开易缩径、易垮塌的地层，岩性的可钻性也要考虑，最好选择在岩性可钻性好的井段，这样开窗的难度会大大降低。

(3)窗口以上井段要密封良好:窗口以上井段的老井套管在以后的钻井施工中要作为技术套管使用，必须保证开窗点以上套管能够承受较高的套管内压。

(4)为后续钻井施工创造有利条件:尽可能多选几个开窗位置，分别对每个开窗点模拟做出开窗后小井眼的井眼轨迹剖面图。比较剖面曲线，从中优选出钻进裸眼井段较短，钻井施工简单、安全的开窗点，作为最佳开窗位置。

根据地质靶点的要求，综合考虑以上套管开窗侧钻位置优选基本原则，结合井眼轨迹优化设计要求[1]，达深CP302井最终将开窗侧钻位置确定在2999.22 m。

2.2 套管开窗方式与工具优选

目前国内侧钻水平井套管开窗方式主要有锻铣开窗和磨铣开窗[4]2种，如图1所示。

锻铣侧钻:即在设计侧钻位置将一段套管用锻铣工具铣掉，然后在该井段注水泥，再用侧钻钻具定向钻出新井眼。优点是:工艺易掌握，可靠性好;避免了套管的磁干扰，可用磁性测斜仪器定向钻井。缺点是:套管锻铣段长，有时需多次锻铣才能完成，费时费力。

磨铣侧钻:即利用斜向器和铣锥开窗，在设计位置将套管磨穿而形成窗口，然后再用侧钻钻具钻出新井眼。优点是:一趟钻完成斜向器定向坐放，复式锥的应用可使开窗和修窗一趟完成，节省起下钻时间，易侧钻出新井眼，侧钻所需井段短。缺点是:套管对测量仪器有磁干扰，需要使用陀螺仪定向。

虽然磨铣开窗方式磁干扰井段长，由于斜向器可产生3°左右的初始井斜，有利于有磁环境下的定向施工，根据达深CP302井地质及现场施工特点，经过充分的工艺论证，选择复式铣锥磨铣的开窗方式。

3 套管开窗侧钻水平井钻井技术

3.1 套管开窗技术

3.1.1 斜向器的坐封

(1)斜向器下至井深2999.26 m时，缓慢下放至井底并下压20～30 kN，缓慢开泵(泵冲5SPM)，时刻注意观察泵压变化(泵压≯2 MPa)，仔细观察井口是否有钻井液，钻井液返出后，缓慢开泵至MWD测量所需最小排量，测量斜向器斜面的初始方位，并算出需要调整的角度后，停泵，井口无返出后，上提钻具，逆时针转动钻具调整方位，缓慢将斜向器下放至井底并压20～30 kN，再次开泵测量方位以至斜面方位与设计相同;方位调整好后，锁紧转盘上提斜向器至2999.26 m准备坐挂。

(2)缓慢开泵憋压至21 MPa，稳压5 min，压降≯1 MPa，缓慢释放泵压归零。

(3)下放钻具加压20～30 kN确认斜向器是否坐住，确认后开泵憋压2～3 MPa，正转24圈以上，丢手起出送入工具。

3.1.2 开窗工艺技术

套管开窗的关键是开窗工具的选择使用和开窗时钻、铣、磨三参数的合理配合[5]。

(2)磨铣参数及磨铣要求。

第一阶段:从复式铣锥探到斜向器到球形体柱体段接触导斜器。此段要轻压慢转，使之磨铣出一个均匀的接触面，磨铣参数一般为:钻压0～10 kN，转速40～50 r/min，排量8～10 L/s。

第二阶段:从球形体柱体段接触导斜器到复合铣锥底圆中心线出套管外壁。此段应采用大钻压、中转速磨铣，以达到快速切割的目的。磨铣参数一般为:钻压20～40 kN，(根据返出铁屑的大小、形状、转盘负荷、憋钻程度等适当调整钻压)，转速50～60 r/min，排量8～10 L/s。

第三阶段:从复合铣锥底圆中心线出套管外壁到铣锥头铣过套管进入地层，此段铣锥头一部分出套管外壁，大钻压磨进易使铣锥提前滑到井壁，造成死台阶，影响后续钻井作业，因此此段是保证下窗口圆滑的关键井段，易采用轻压、中转速磨进。磨铣参数一般为:钻压5～10 kN，转速50～60 r/min，排量8 ～10 L/s。

第四阶段:从铣锥头出套管到铣锥最大外径段出套管，此段采用小钻压、中转速磨进，进尺为一个铣锥长度。

第五阶段:修窗。自窗口至窗底采取加压0～5 kN，中转速修整窗口，并钻进地层1.5～2 m，反复多次修整窗口，直到窗口畅通。

3.2 井眼轨迹控制技术

3.2.1 增斜段轨迹控制

本段施工的目的是增井斜和调整方位[2]，钻具组合:118.00 mm BIT+95.00 mm LZ(1.75°～1.25°)+105.00 mm 箭型止回阀 +88.90 mm MWD+73.00 mm DP。施工中详细记录每个单根工作状况，每钻进1～2 m测斜一次，计算井下螺杆钻具的实际造斜率，预测井底井斜角和方位角，为下一步施工做好准备，该段整体平均造斜率为3.06°～14.53°/30 m，能够保证按照设计轨迹进行施工，钻进至井深3337.58 m时准确命中A靶点。

3.2.2 水平段轨迹控制

水平段施工要求钻具具有很好的稳平能力[3]，所以在施工中采用0.75°单弯双扶螺杆配合LWD随钻地质导向钻井技术，钻具组合:118.00 mm BIT×0.15 m+95.00 mm LZ×4.04 m+105.00 mm箭型止回阀×1.04 m+113.90 mm STB×0.51 m+88.90 mm MDP×18.96 m+73.00 mm DP。钻进过程中必须坚持每个单根测量井斜角和方位角一次，如果有异常要加密测斜。采用滑动和复合钻进方式调整井斜角和方位角，保证水平段在靶区范围内穿行，钻进至井深3600.00 m应地质导向要求井斜增加到95°，直至完钻。