套管开窗侧钻技术在贵州地热钻井中的应用

2018-09-06李奇龙张承飞宋继伟朱斗圣

钻探工程 2018年7期

李奇龙，张承飞，宋继伟，李勇，王虎，朱斗圣

(1.贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队，贵州贵阳 550008； 2.贵州地质工程勘察设计研究院，贵州贵阳 550008； 3.贵州省地质矿产勘查开发局112地质大队，贵州安顺 561000)

0 引言

在地热深井钻探施工过程中，由于地质条件复杂或操作不当等，可能会引发埋钻、卡钻或钻具断裂事故。事故发生后，井队一般会采取措施将钻具从孔内取出。但有时打捞“落鱼”难度大，耗时长，成本高，此时果断放弃“落鱼”，侧钻绕过事故段，可以有效控制事故处理成本，缩短事故处理时间。

贵州省地质矿产勘查开发局112地质大队承担的贵州省普安县江西坡地热井，是当地政府为打造旅游实施的地下热水资源探采结合的风险勘查井施工工程。该井在施工过程中发生了卡钻事故，经过解卡、倒扣等处理手段后，仍剩余部分“落鱼”无法打捞。考虑到“落鱼”打捞成本过高，耗时过长，井队决定在套管内开窗侧钻，绕过事故段。套管开窗侧钻的成功应用为钻井后续施工节约了时间和成本，为今后类似的工程作业提供了借鉴和指导。

1 工程概况

该井在钻进到907.91 m时遭遇卡钻(井身结构见图1，地层及岩性见表1)，经过各种措施未能实现解卡，后进行倒扣处理，井内留下75.53 m的管柱，“鱼头”位置井深832.38 m，然后下Ø244.5 mm套管固井封隔“落鱼”，套管底部在井深849.97 m位置，套管底部已经进入“鱼头”位置之下，经研究讨论决定采用套管内开窗侧钻技术进行侧钻，绕过“落鱼”继续后续施工的技术方案。

表1 勘查区地层岩性、电性层对照

图1 普安县江西坡地热井井身结构示意

2 套管内开窗侧钻技术方案

2.1 导斜器选择及原理

经过对比，选用了DXQ210/H型导斜器(图2)，适用于Ø244.5mm套管，外形尺寸Ø210mm×4600 mm(其中有效长度4.18 m,导斜面长2.69 m,座卡部分1.49 m,丢手接头高出导斜面0.53 m)，开窗长度：2.70～3.00 m，造斜斜度4°左右[1]。

图2 DXQ210/H型管内液压悬挂式导斜器

该导斜器由导斜部分和液压部分组成。导斜部分由造斜体和丢手短节组成，丢手短节只在下放导斜器到指定位置及打压座封时起连接和连通作用，在座封完成后，将丢手短节提到地面；造斜体是经过特殊处理的合金钢，并加工成一定斜度。液压部分是打压座封的主要部件，由上下锥体，上下卡瓦及锁紧装置组成，上下卡瓦每组3个，各有纵向和横向的沟槽，分别承受扭矩和上下压力，在打压座封时，上下锥体分别上下运动，从而实现上下卡瓦的伸出，达到锚定在套管内壁上的目的[2]。导斜器工作原理如图3所示。

1—防漏装置；2—钢球；3—活塞；4—主卡瓦；5—液缸；6—锁紧套；7—中心管；8—上卡瓦；9—斜轨；10—扶正块；11—送入管；12—送入接头；13—活塞固定销钉；14—销紧球

2.2 开窗工具选择

开窗工具型号为KCXZ216(图4)，适用Ø244.5 mm套管。该铣锥为组合式，整体分开窗、修窗、稳窗三段，其工具外形、切削刃角、合金块选用及加工工艺进行了优化设计，一次完成开窗、修窗作业，比之前开窗、修窗需要2道工序才能完成有了改进[3]，较好地满足了现场作业要求。

图4 KCXZ216型联合铣锥

2.3 开窗位置选择

套管开窗位置选择应重点考虑3个方面，(1)避免在套管接头位置开窗，开窗位置不能靠套管接头太近，为保险起见选择某根套管中部位置比较合适[4]；(2)开窗位置离“鱼头”位置不能太近，预留30 m左右空间比较合适[5]；(3)应选择地层相对比较稳定的位置[6]。本孔内“鱼头”位置在832.38 m，结合该井前期下套管的数据，最终将开窗位置选择在第6根套管中部位置[7]，即井深797.11～808.29 m，斜向器具体安装位置：801.59～805.77 m。导斜器及开窗孔内位置见图5。

图5 导斜器和开窗孔内位置示意

2.4 前期准备及导斜器座封

2.4.1 前期准备工作

根据选用的导斜器规格，使用直径和长度均不小于导斜器的通径规通井，确保无卡阻现象；使用弹簧式刮管器在座封点上下各5 m处反复刮削5次，确保座封位置清洁光滑[8]；检查泥浆泵和高压管汇，试压到25 MPa保持5 min无刺漏[9]；将导斜器安装在管柱最下端，下到预定位置，接上方钻杆，使用清水进行洗井。

2.4.2 导斜器座封

卸下方钻杆，在钻杆内投入钢球，接上方钻杆，校核深度，记录此时悬重，开泵打压座封，共打压3次，每次压力22～25 MPa。3次打压完成后，参照指重表的显示，对导斜器进行下压校验，下压10～12 t，上提3～4 t，观察管柱有无移动，无移动则说明座封牢固[10]。

座封完成后，上提管柱至座封前悬重，开动转盘正转30圈以上，上提管柱起出丢手短节。

2.5 注意事项

导斜器下井前，应检查钻杆内部无杂物，以防打压时杂物堵塞导斜器，影响座封质量；导斜器下放过程中要匀速、平稳，严禁猛提猛放；正式座封前应使用清水充分洗井，直到出口无杂物；导斜器座封时必须使用清水[11]。

3 侧钻钻进

3.1 开窗修窗工作

将铣锥用钻杆送到导斜器以上2～3 m，接上方钻杆，开泵循环钻井液，低速启动转盘，记录悬重，缓慢下放钻具，直至悬重变化，记录此时深度。按照轻压慢转的原则，钻压控制在10～30 kN，进行开窗工作，开窗完成后，应充分洗井再行起钻[12]。

注意事项如下：

(1)铣锥初铣套管时，参照设计要求(见表2)，要轻压低转速，送钻要平稳，严禁溜钻，避免扭矩突然增大损坏钻具和导致斜向器转动；直至井口返出铁屑后逐步放开钻压和转速。

表2 开窗修窗钻进参数设计

(2)开窗时，同一位置严禁长时间磨铣，同一点在磨铣5 min后仍无进尺，则应考虑改变钻进参数。

(3)开窗过程中用好固控设备，并在泥浆槽出口处放置强磁铁，以清除泥浆中的铁屑。

(4)开窗后要反复上提下放钻具修整窗口，确保转盘停转、停泵状态下钻具上提下放无阻挂；窗口位置为全井施工重中之重，下步施工钻具频繁由此通过，应确保钻具通过窗口时无异常情况发生。

(5)开窗后大排量充分循环2～4 h，以彻底清除井筒内铁屑。由于下步施工铁屑易对螺杆马达造成损坏，所以将井底铁屑清除干净，保证下步施工的正常进行。

(6)开窗完成后，在日后的起下钻中，距窗口20 m处应缓慢起下，严格控制钻压，如在窗口位置遇阻，应开启转盘轻压慢放，严禁直接加压下放上提；窗口如出现遇阻现象，应及时下铣锥进行二次修窗[13]。

3.2 试钻工作

修整窗口结束后，使用牙轮钻头进行试钻10～20 m，钻具运转平稳后，按照正常钻进参数继续钻进，钻进至井深828 m，并使用该套钻具反复上提下放通过窗口无阻挂现象。

4 应用效果

试钻成功后，采用正常钻进参数，使用牙轮钻至井深909.64 m时，转换钻井工艺，采用螺杆钻井工艺钻进，后续钻进起下钻作业中无阻卡现象，导斜器座封无移动迹象，钻至2364.56 m顺利完钻，其钻具组合为：Ø216 mm钻头+5LZ172 7.0L螺杆钻具+Ø159 mm钻铤10根+Ø121 mm钻铤4根+Ø89 mm钻杆+方钻杆[14]。