盐井大井斜开窗侧钻水平井绕腔连通技术

王治国李根奎杨国杰

1.中国石化华东石油工程公司江苏钻井公司；2. 中国石化华东石油工程公司工程技术公司

盐井大井斜开窗侧钻水平井绕腔连通技术

王治国1李根奎1杨国杰2

1.中国石化华东石油工程公司江苏钻井公司；2. 中国石化华东石油工程公司工程技术公司

盐井水溶开采形成溶腔后，溶腔中的岩盐层，因作用于岩盐层上的支承压力超过其所处应力状态的强度极限而发生塑性破坏，随着开采的继续，破坏形式不变，破坏范围增大。原苏16井组钻井轨迹下穿泥岩造成溶腔通道堵塞，采卤量只有6～7 m3/h，基本处于半停产状态，严重影响了卤水的产量，采用多种工艺均未能解堵。通过引进大斜度开窗工艺、短半径水平井技术，对侧苏盐16-1井进行三维绕障设计，轨道优化，并优化开窗侧钻技术方案，实现侧苏盐16-1井轨迹绕过小腔与苏盐16井大溶腔连通的目。该井在大斜度开窗工艺、高造斜率轨迹控制以及绕腔连通技术方面取得成功，形成大斜度开窗绕腔连通技术，为今后盐井水平连通井开窗侧钻的常态化提供借鉴。

盐井；侧钻水平井；斜向器；轨道设计；三维绕障；溶腔连通

苏盐16井组由苏盐16井及苏盐16-1井水平井组成，主要开发石盐矿层目的层是洪泽凹陷顺河次凹下第三系阜宁组四段上盐亚段［1］，井组投产一年多后在注水提量过程中出现井堵。进行探砂、打压解堵、冲砂割管等作业，均未能解堵。井组自投产共产盐20万t，剩余可采资源量为400多万t，采出率不足5%。本盐矿矿区近年稳产难度越来越大，且矿区内部署新井困难，通过侧钻利用苏盐16井组的资源，可有效缓解矿区产能接替紧张，也可以节约投资，充分利用了石盐资源。侧苏盐16-1井于2016年10月11日在井深1 775 m开窗，2016年10月22日钻至2 081 m处与苏盐16井溶腔连通，恢复对井注采生产。

1 开窗侧钻方案设计

Window sidetracking design plan of side

1.1 技术难点

Technological dif fi culty

苏盐16-1井和苏盐16井组一侧分别形成了溶腔，苏盐16-1井一侧溶腔小，苏盐16井一侧溶腔大，因此确定从苏盐16-1井开窗侧钻，避开小溶腔与大溶腔连通的侧钻方案，分析其苏盐16-1井一侧溶腔未穿过ⅩⅤ、ⅪⅤ与ⅩⅥ、间混夹层ZB7，通过轨道计算，其开窗侧钻点深度1 755 m，侧钻轨迹沿ⅩⅥ矿层前行绕开小溶腔后下行与大溶腔大连通（图1）。其主要技术难点如下。

（1）大斜度井开窗工艺复杂，施工风险大。苏盐16-1井穿过石盐矿层井眼轨迹为46°以上大井斜段，须在盐岩井段（ⅩⅥ2层中部以下）实施侧钻，可选开窗井段1 770～1 850 m井斜超过58°。优选后开窗点1 775 m处井斜59.3°，存在下斜向器中途遇阻卡、摆工具面有线仪器不能准确坐键、斜向器不能摆准高边等问题。

（2）侧钻水平井，轨迹控制要求高，难度大［2-4］。一是为提高矿藏采出效果，轨道造斜后水平段在降斜前沿ⅩⅥ2底前行而不能进入BZ7混层；二是在水平段大幅度降斜施工，并确保与苏盐16井处溶腔连通，50 （º）/100 m以上高造斜率，水平段需降斜近30°，轨道可选的是三维绕障复杂剖面［5-7］；三是初始造斜率50 （º）/100 m，磁干扰情况下确保工具面到位实现全力造斜，易导致轨迹偏差和方位的大幅度调整，致使难度增大［8-9］。

（3）轨道防窜要求高。根据开采量进行估计，要安全避开的苏盐16-1井套管鞋处溶腔，可能高达40 m，溶腔高度不确定存在与小溶腔相串的高风险，特别是图1中所示的小溶腔顶点，处于原老井眼增斜段，新井开窗成功后必须快速增斜避开老井溶腔。

（4）实钻轨迹与苏盐16井溶腔一次连通。轨迹降斜后与苏盐16井处大溶腔正前下边界对接，以实现资源开采最大化。

图1 苏盐16-1井侧钻设计地质剖面图Fig. 1 Geological section for the sidetracking design of Well Suyan 16-1

1.2 轨道优化设计

Trajectory optimization design

侧苏盐16-1井目的是新井眼轨道与已形成大溶腔连通开采剩余矿藏，三维侧钻水平井轨迹设计［2］，经测算其轨道类型为：侧钻调整段－增斜段－水平段－降斜段，第一方案开窗点为1 846 m，设计初始造斜率为60 （º）/100 m。经进一步测算苏盐16-1井处溶腔可能高度，考虑与溶腔相窜、开采后BZ7夹层可能垮塌再次堵塞通道的风险，以及高造斜率轨迹控制难度，将开窗侧钻点调整为1 775 m，避开原井套管接箍及套管外扶正器、达到固井质量良好、地层可钻性好且稳定性好、降低造斜率满足井眼轨迹控制等要求。剖面基本类型不变，初始造斜率降为50（º）/100 m。侧苏盐16-1井设计轨道绕过小溶腔，设计剖面见表1。

1.3 开窗侧钻技术方案

Window sidetracking program

套管开窗技术分斜向器和锻铣开窗2种方式。斜向器开窗是在原井预定位置、方位固定一斜向器，迫使钻头向套管一侧钻铣，在套管壁上形成一个可以向套管外侧钻的窗口［10-11］。目前斜向器经改进后对原井施工条件要求不高，适用范围广，可用于大斜度井开窗，而锻铣套管工艺由于其对井眼的要求及其工艺的特殊性，不适合大斜度井，因此侧苏盐16-1井选用斜向器开窗。针对侧苏盐16-1井井况及大斜度井开窗特点，设计的主要工序有通井、刮管、下桥塞、注灰、修水泥塞面、二次刮管、下斜向器等。其中，井眼准备工序多，增加生产成本。优化开窗侧钻方案，主要围绕苏盐16-1井有溶腔需封隔与大斜度井眼开窗要求，以选择合适工具为方向，以简化工序。

表1 侧苏盐16-1井井身剖面设计数据Table 1 Design data of well profle of Side Well Suyan 16-1

斜向器有3种类型，分别为插入式斜向器、内眼贯通插入式斜向器和卡瓦锚定式斜向器。卡瓦锚定式斜向器固定可靠、施工简单、用时较短，是目前侧钻施工普遍采用的斜向器。选用的SYDXQ型斜向器是一种改进型斜向器，其特点：卡瓦固定坚固，工具共设计了3组（9块）卡瓦，卡瓦上设计有防止径向转动的牙形卡瓦和防止下移的牙形卡瓦，因而，可使斜向器牢固地卡在套管内；卡瓦与活塞心轴间的轴向推力角为3º，因而具有自锁功能；斜向器下端设计密封橡胶环，当活塞心轴向下移动时，其上的锥体表面撑开橡胶环，实现套管封隔作用。由此减少下桥塞、注灰、修水泥塞面、二次刮管等工序。

2 大井斜开窗施工工艺

High angle windowing technology

2.1 井眼准备

Borehole preparation

（1）通井作业。通井作业前，检查好所有的钻具及井口工具，下钻过程中控制好速度，遇阻卡不超过20 kN，防止套管变形造成卡钻事故，下钻至1 810 m（开窗点下30 m），采用饱和饱和盐水钻井液循环正常后，换刮管组合。

（2）通井组合：Ø152.4 mm磨鞋＋Ø89 mm加重钻杆×1根+定向直接头+ Ø89 mm加重钻杆×14根+随钻震击器+ Ø89 mm加重钻杆×3根+ Ø89 mm钻杆。

（3）刮管作业。下入Ø152.4 mm刮管器、Ø152 mm×2 m通井规刮管钻具到侧钻开窗点后，在上下各30～50 m进行刮管作业，循环2周正常后起钻。

2.2 下斜向器及坐挂

Whipstock running and setting

研究大斜度段有线随钻坐键成功的方法，保证坐键成功。在通井钻具组合中加入定向直接头，进行有线随钻试坐键，并对有线随钻测斜仪器外组件进行改进，加工铜质加重杆，以提高大斜度段仪器的下放速度和深度，通过测试证明其可靠性。侧苏盐16-1井采用有线高边工具面方法摆斜向器，按设计斜向器方向高边左20°左右（340°）。从3个方面确认测量准确性及工具摆放方向：一是发挥有线随钻数据传输速度快优势，多次坐键测量数据，与老井数据、每次坐键数据进行对比分析，复核同井深所测井斜角、工具面角确认仪器到位及测量数据真实性，（见表2）；二是通过重复测量工具面的变化值，多次测量值无异常变化，确认工具的方向；三是在仪器引鞋做铅块记号，起出后铅模有明显键刻槽，斜向器坐挂1 774 m（校补心深度）成功。

表2 斜向器摆放工具面所测数据Table 2 Data measured at the surface of laying tools of whipstock

斜向器坐挂施工步骤：

（1）斜向器组合下钻到预计开窗点后，用（陀螺）有线随钻摆工具方向，斜向器组合为：Ø152.4 mm斜向器总成+定向接头+Ø89 mm加重钻杆×14根+随钻震击器+Ø89 mm加重钻杆×3根+Ø89 mm钻杆。

（2）按规定扭矩，将斜向器与上部钻具连接，准确测量斜向器工具面与定向键角差；斜向器入井后应控制下钻速度，遇阻卡不超过20 kN。

（3）确认工具摆放到位后，上提下放钻具，使止推块进入长轨道，止推块到达长轨道顶端推动锁紧装置张开，使卡瓦牙紧紧撑在套管内壁。

任何系统都是在动态变化过程中随发展而不断趋于完善的。社会治理以系统存在的方式存在，以系统运行的方式运行，是一个践行社会治理创新和不断自我完善的过程。在这一过程中，社会治理系统的建构与运行，始终是从社会治理系统的全局出发，是在多元主体的相互关联及其与外部环境之间相互联系、相互作用的关系中综合地、精确地考察对象。社会治理系统主要具有以下特征。

（4）开泵整压20～22 MPa，稳压3 min反复2～3次。（5）加压140 kN，观察斜向器坐挂情况。

（6）上提至原悬重，正转20圈，倒出送入工具。

（7）关封井器，打压15 MPa，检查套管和斜向器封隔密封情况，稳压3 min，压降小于0.5 MPa，斜向器坐好。

2.3 套管开窗及修窗

Casing windowing and window fix

（1）开窗钻具组合：Ø152.4 mm复合铣锥+定向接头+Ø89 mm加重钻杆×15根+随钻震击器+Ø89 mm加重钻杆×3根+ Ø89 mm钻杆。

（2）磨铣参数及要求：①复合铣锥下到井底，先下压80 kN，确认斜向器坐牢，提起后，再慢慢转动转盘，空转缓慢下放，初始磨进轻压慢转，磨出一个均匀的接触面，钻井参数：钻压0～10 kN，转速30～50 r/min，排量 15～18 L/s，磨进 0.1～0.2 m 井下正常后可正式开窗作业；②铣锥出斜向器进行正式开窗：采用高钻压以达到快速切削的目的，钻井参数：钻压 15～30 kN，转速 50～65 r/min，排量 15～18 L/s；③铣锥快出套管进入地层时（进尺为铣锥长度），此段应采用低钻压磨进，钻井参数：钻压5～10 kN，转速50～65 r/min，排量 15～18 L/s；④磨进中注意观察井下返屑情况，正常铁屑为细丝状，若出现水泥或岩屑，再磨进1 m，提起钻具到窗口位置反复划眼，修整窗口，直至上提下放无阻卡为止。一般开窗总进尺3～4 m即可进入地层，开窗完毕。

3 高造斜率轨迹控制与绕腔连通技术

High de flection rate trajectory control and cavity bypassing connection technology

3.1 高造斜率轨迹控制

High de fl ection rate trajectory control

3.1.1 初钻增斜钻进 钻具组合为：Ø152.4 mm牙轮钻头+Ø120 mm 2.25°带垫块单弯螺杆+Ø89 mm无磁承压钻杆×1根+Ø89 mmHWDP×18根+Ø89 mm钻杆。

根据斜向器角度、长度，安全角变化和侧钻后的井斜来反推实际方位和实际开窗装置角，以此为基准进行轨迹控制与调整［12-14］，直到测斜无磁干扰。使用全角计算方法［15-18］，根据斜向器的结构（图2），准确计算开窗侧钻后的井斜方位并修正受磁干扰井段轨迹参数。

图2 斜向器结构示意图Fig. 2 Schematic structure of whipstock

选用Ø154.2 mm牙轮钻头、Ø120 mm 2.15°单弯螺杆，1 778～1 806.51 m最大造斜率34.86 （º） /30 m，达到设计的高造斜率，经实钻轨迹与老井轨迹距离计算［19-20］，夹壁墙已形成，侧钻成功，对待钻轨道进行修正设计，预测后续平均造斜率10 （º）/30m左右，起钻换1.75°单弯螺杆。

3.1.2 二次轨迹调整、水平段 采用Ø154.2 mm PDC钻头、Ø120 mm 1.75°单弯组合实现增斜、稳斜及降斜轨迹控制，实钻轨迹数据见表3。

3.2 绕腔连通技术

Cavity bypassing connection technology

3.2.1 防窜绕腔 随钻MWD系统加入γ参数，动态监测轨迹与小腔的空间关系，以确保轨迹远离小腔，通过γ监测小腔上方的泥岩夹层，让轨迹始终在泥岩夹层上方。实钻过程中，现场地质人员跟踪γ测得数据，判断分析实钻轨迹与泥岩夹层关系，避免轨迹在小腔附近进入该泥岩夹层。实钻轨迹在井深1 966 m、垂深1 739 m处已过（轨迹东西分量330 m）容易与小腔相窜点，轨迹距预测腔顶腔13 m，根据预测可穿过泥岩夹层进入ⅩⅤ、ⅩⅣ产层与大溶腔连通。

表3 侧苏盐16-1井实钻数据Table 3 Actual drilling data of Side Well Suyan 16-1

3.2.2 连通技术 考虑实钻轨迹控制系统误差，实钻轨迹与设计采用降斜段扭方位斜插入腔方式，增大轨迹与腔体的接触概率，以提高连通成功率。侧苏盐16-1井钻至井深2 081 m与溶腔连通，在预计的位置与老井连通，全井在盐层有效穿行270 m，实现设计目的（图3）。

图3 侧苏盐16-1井实钻连通水平投影示意图Fig. 3 Schematic horizontal projection of actual drilling trajectory of Side Well Suyan 16-1

4 结论

Conclusions

（1）开窗侧钻水平井钻井技术可应用到盐硝剩余矿藏开采中，恢复堵塞井生产，实现对剩余矿藏开采。

（2）对于设计轨道需绕腔的复杂井，要与地质、矿藏开发工程师对已开采形成溶腔进行分析计算，实钻轨迹需安全绕腔，才能实现对剩余矿藏有效开采。

（3）大斜度井开窗，选择开窗位置与开窗工具很重要。采用改进型斜向器避免了常规工具需下桥塞、挤灰、候凝、再通井、再刮管等复杂的工艺流程，节约了钻井时间。简化轨迹、优选斜向器、裸眼完井工艺实现了苏盐16对井低成本快速恢复生产。

（4）通过对有线仪器组件改进，发挥有线随钻传输数据快的特点，多次测量比对验证数据，可提高坐键可靠性，在大斜度井可以采用有线随钻测量仪器坐挂斜向器。

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（修改稿收到日期 2017-03-24）

〔编辑 付丽霞〕

Cavity bypassing connection technology for high-angle window sidetracking of brine horizontal well

WANG Zhiguo1, LI Genkui1, YANG Guojie2
1. Jiangsu Drilling Company, SINOPEC East China Petroleum Engineering Company, Suzhou 225261, Jiangsu, China;2. Engineering Technology Company, SINOPEC East China Petroleum Engineering Company, Suzhou 225261, Jiangsu, China

After a cavity is built up by means of solution mining through brine wells, the rock salt bed in the cavity suffers plastic damage for its support pressure is higher than the strength limit corresponding to its stress state. As the exploitation continues, the damage form is unchanged but the damage range is expanded. When running through mudstones along the original drilling trajectory of well group Su 16, cavity passages are blocked, so brine exploitation rate is impacted seriously, only 6-7 m3/h, it is basically at semi production state and the blockage cannot be removed even multiple technologies are adopted. High angle windowing technology and short radius horizontal well technology were introduced to carry out 3D bypass design, trajectory optimization and window sidetracking program optimization on side Well Suyan 16-1 so that its trajectory can bypass small cavities and connect with large cavities of Well Suyan 16. With the successful application of high angle windowing technology, high defection rate trajectory control and cavity bypassing connection technology, the high angle windowing based cavity bypassing connection technology is developed. It provides the demonstration basis for the normalization of window sidetracking of horizontally connected brine wells.

brine well; sidetracking horizontal well; whipstock; trajectory design; 3D bypass; cavity connection

王治国，李根奎，杨国杰.盐井大井斜开窗侧钻水平井绕腔连通技术［J］.石油钻采工艺，2017，39（4）：429-434.

TE21

A

1000 – 7393（ 2017 ） 04 – 0429 – 06

10.13639/j.odpt.2017.04.007

:WANG Zhiguo, LI Genkui, YANG Guojie. Cavity bypassing connection technology for high-angle window sidetracking of brine horizontal well ［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(4): 429-434.

王治国（1980-），2003年毕业于重庆石油高等专科学校涉外钻井专业，2009年毕业于中国石油大学（华东）石油工程专业，现主要从事钻完井技术研究及管理工作，工程师。通讯地址：（225261）江苏省扬州市江都区邵伯镇甘棠路101号。E-mail：wangzhiguo.jsyt@sinopec.com