侧钻井技术的现场应用

张长清

摘要：随着油田的不断开发，增产上效成为了主课题，能否充分利用现有的条件，把资源利用最大化成为首要工作。侧钻井就是其中的解决办法之一，边缘区块井的钻探落空、井下事故和老井的再利用等等，迫使我们选择利用原井眼侧钻。本文简单介绍侧钻井的发展、种类、以及施工的难点，，采取的成功措施等等。

关键词：侧钻;裸眼回填;套管开窗;斜向器;套管段铣

1前言：

侧钻技术在国外起始于三十年代，于八十年代得到深入发展。我国于八十年代开始研究侧钻技术。该项技术在全国各油田得到了广泛的推广应用，并取得了明显的经济效益和社会效益，成为油田特别是老油区节支增效、节约挖潜的重要手段和措施。

侧钻技术是在普通定向钻井技术的基础上发展起来的，除具有普通定向井和水平井的共性之外，也有其自己的独特性，正是这些独特性才形成了专门的侧钻工艺技术。侧钻技术主要应用于：

（1）钻井过程中套管内有落鱼或落物而无法打捞不能继续进行钻井、完井作业。

（2）钻井过程中因目标靶区调整，实钻轨迹难以实现地质勘探目的。

（3）钻井及采油过程中套管变形，影响生产。

（4）采油过程中砂堵砂埋严重，通过修井作业无法恢复生产的井。

（5）直井落空，偏离油层位置，经勘探其周围还有开采价值油藏。

（6）有特殊作业要求的多底分支井等。

（7）油田开发后期，已无开采价值的井，为了节约钻井成本，充分挖掘潜力，利用原井眼开窗侧钻成定向井开采边角油气藏。

2侧钻井技术分类

侧钻就是为了特殊的工艺需要，在原有井眼轨迹（直井、定向井、水平井等）的基础上，使用特殊的侧钻工具使钻头的钻进轨迹按照预先的设计偏离原井眼轨迹的过程。

井眼的侧钻技术一般分为两种类型：

一是裸眼井内侧钻技术，即在裸眼井内打入水泥造成人工井底然后侧钻或条件允许时直接进行悬空侧钻形成侧向井眼的工艺技术。

二是套管开窗技术，即依据设计要求，在套管内某位置开一窗口或铣掉一段套管，侧向钻出一新井眼，实现重新完井的工艺技术。

2.1裸眼内侧钻技术分类

2.1.1裸眼侧钻方式：

侧钻方式的确定主要考虑侧钻目的、井眼轨迹控制要求、完井与采油作业要求等。

（1）壓弯钻杆法：在井斜较小的上部软地层且井身质量要求宽松的情况下侧钻可采用此法。

（2）钟摆吊打降斜法：主要于井斜较大的侧钻井。

（3）悬空侧钻法：主要用于分支井

（4）井下动力钻具定向侧钻：广泛应用。

通常的裸眼侧钻方法是在井眼中注一个水泥塞，通过这个水泥塞侧钻出新井眼。为了能顺利侧出新井眼，水泥塞作为支撑台面必须要有足够的强度，否则不能为侧钻提供必需的支撑力。这一点对硬地层尤为重要，因为若水泥塞的强度不够，钻头得不到足够的支撑就将钻掉水泥塞，造成侧钻的失败;特别是在深井中，由于出现了异常地层高温以及井眼缩径和大肚子，均会造成水泥塞质量不好。作为特殊应用，像多底分支井鱼骨井则采用悬空侧钻。

2.1.2侧钻点位置的选择：

（1）满足侧钻侧钻井段的条件下，最大限度减少返工进尺的原则。

（2）宜选择在井眼曲率较小的井段。

（3）侧钻点附近地层应相对稳定，可钻性好。

2.1.3夹壁墙厚度的确定：

在侧钻井裸眼水泥塞候凝过程中，水泥浆中的自由水沿井眼高边向上运移，造成水泥塞与地层胶结强度降低，并随着井斜角增大，胶结强度呈下降趋势。为有效封固井下落鱼、防止新井眼垮塌，要求原井眼与侧钻新井眼之间有一强度及厚度均比较稳定的夹壁墙。一般要求夹壁墙厚度不小于原井眼直径的1.5倍。

2.1.4裸眼侧钻轨迹设计

侧钻位置确定后，根据井下动力钻具造斜率，利用井眼轨迹分析预测程序进行下部井眼轨迹修正设计，并利用井眼轨迹防碰分析软件计算夹壁墙厚度。根据夹壁墙计算厚度重新校核侧钻点、修正侧钻轨迹，直至夹壁墙厚度满足要求，方可正常钻进。

2.1.5裸眼侧钻注意事项：

（1）水泥质量要求：

水泥的强度是侧钻的前提，只有能够提过足够强度的水泥才能给钻具一个支持，提供一个侧向的力，打磨井壁，进而造出个新眼。

（2）选择一个合适的侧钻马达工具：

大井斜井段、相对松软地层可考虑合适角度单弯马达侧钻;直井或坚硬地层可考虑弯接头+直马达侧钻。

（3）控时钻进：

这点是侧钻的重点。侧钻大体分为两个阶段，第一个阶段是造台阶，在这个阶段需要钻具慢慢地打磨井壁，在井壁造个台阶，需要控制比较慢的钻时，大概在3-4h/m。在这个阶段的砂子含量要达到70-80%才能成功。第二个阶段是造新眼，这个阶段根据地层的软硬程度选择提速与否。地层较软建议提速，钻时大约控制在1-2h/m，直到含砂达到100%。所以在整个侧钻过程控时钻进是必须遵守的一项要求。

2.2套管开窗侧钻技术

套管开窗侧钻即是在套管某一部位采用铣削工具在套管上磨铣一个窗口然后定向侧钻出一新井眼的钻井工艺。

套管开窗工具主要有两种，一种就是采用斜向器，使用磨铣工具在套管上开一窗口，直接侧钻。另外一种是采用水力套管切割器，将套管磨铣掉一段（20—30米），然后采用常规的造斜方法进行侧钻。斜向器定向开窗成本小、周期短、开窗准确的优势得到广泛应用，作为主要阐述内容。

2.2.1 开窗点的选择：

（1）侧钻位置的选择应能满足地质设计及完钻目的的要求;

（2）选择老井套管水泥封固质量良好的井段;

（3）斜向器的座封位置避开套管接箍和套管扶正器。

（4）窗口应避开复杂地层和套损井段。

（5）要尽可能利用老井眼，减少裸眼钻进长度以缩短钻井周期，节约成本。

（6）开窗位置应依据井史资料选择地层稳定、可钻性好的井段。

（7）避开断层和地层软硬交错的井段。

（8）井径规则且变化不大。

2.2.2斜向器定位：

（1）定位仪器选择：

开窗点处井斜小于或等于4°时，须采用陀螺仪器定位。开窗点处井斜大于4°时，可采用随钻仪器（重力高边法）或陀螺仪器定位。

（2）斜向器定位工具准备：

根据选用斜向器的连接扣型匹配与之配套的定向直接头，并检查定向键的固定情况确保牢固。

（3）斜向器入井前操作：

①地面试座健。地面验证仪器引鞋与斜向器或定向直接头定向键是否匹配、座键良好。

②钻具水眼检查，对入井钻具进行通径检查，保证所有入井钻具内径大于陀螺仪器（有线随钻仪器）保护筒及引斜外径4mm。

③角差测量，斜向器和定向直接头连接后，定向井工程师与开窗工程师共同测量定向键与斜向器导斜面的角度差，并记录。

④斜向器下入，钻具组合：斜向器+定向接头+加重钻杆+18?正扣钻杆。

将该组合下至预计开窗深度。下钻过程中应控制钻具下放速度并禁止开泵。下钻遇阻时，应起钻甩掉斜向器后进行通井。

⑤下入注意事项：

a下钻前通井刮壁，大排量清洗井底，净化泥浆（循环1周半至两周）;

b 起吊时不要磕碰导斜器送入杆及坐挂卡瓦;

c 连接过程中打好背钳，检查中心杆内是否有杂物，用钻具连接好导斜器向下输送，下钻要平稳。

d匀速下钻，严禁中途摆钻、顿钻、溜钻，控制下放速度，要求下钻10～12柱钻具。

e 遇阻不能强下，遇阻不能超过10kN。

f 下钻上扣时备钳一定要打死，严禁钻具转动，防止工具丢手。

g下钻时严禁转动钻具和中途开泵，避免中途坐挂。

h 井口周围收拾干净，防止下钻时有东西落入井内。

i 下钻时每根钻杆都要使管规进行通径，钻具外螺纹抹油。

⑥座键，斜向器下到预定位置后，下入仪器座键，上提下放3次且显示工具面数值一致（指陀螺测斜仪和有线随钻测斜仪）。

⑦安放工具面，将工具面摆至所需位置，反复活动钻具（9m～10m）至工具面稳定为止，做好原始记录，锁住转盘（顶驱），斜向器定位工作结束。

2.2.3斜向器坐封

斜向器开窗侧钻中需要使用测量仪器完成斜向器的定向工作。以陀螺仪器坐封为例：在井口配接钻具时需要测量定向直接头与斜向器斜面方向的角差;陀螺测工具面时需要反复坐键三次，以验证坐键是否成功;根据测量值调整工具面，并在钻杆上做记号;锁住转盘等待扭矩释放后大幅度活动钻具，观察记号位置是否变化，再次利用陀螺测量校准工具面;确认无误后锁住转盘坐封。

（1）坐封步骤：

①斜向器下钻到底后反循环洗井，冲洗直接头循环套，防止陀螺坐键困难;

②斜向器下到位，陀螺定位，按工程设计调整斜向器工作面，陀螺的下放必须严格按照陀螺施工方的要求施工。

③陀螺儀器起出后，投球，接好方钻杆，下放至设计深度.

④开泵打压，第一次打压22Mpa 稳压5min，然后增加到26Mpa稳压5min后泄压。

⑤丢手：在原悬重基础上下压60-80kN，确认斜向器是否坐死，上提10kN正转20～50圈，上提钻具2～3m，然后回探20-40kN，确认丢手成功，起钻。

（2）技术要求：

①当侧钻点处井斜小于4°时，必须采用陀螺仪器定位;当侧钻点处井斜大于等于4°时，可采用磁性测量仪器定位;

②地面验证仪器引鞋与斜向器或定向直接头定向键是否匹配、座键良好;

③丈量或了解入井钻具内径，保证入井所有钻具内径大于陀螺仪器（有线随钻仪器）保护筒外径4mm以上;

④定向井工程师、仪器工程师和开窗工程师共同测量定向键与斜向器导斜面的角度差;

⑤下入斜向器。下钻过程严格控制钻具下放速度（小于20m/min），并且每下入钻具500m灌钻井液1次至井口返出;下钻遇阻严禁猛冲、硬压，应起钻甩掉斜向器后进行通井，以防止封隔器提前座封。

2.2.4开窗施工

下入开窗钻具组合：铣锥+加重钻杆若干+18?正扣钻杆或铣锥+钻铤2～4根+18?正扣钻杆。开窗铣锥下至距斜向器顶部3～5m时，缓慢下放钻具探到底方入，确定开窗井深并记录，在方钻杆上打好记号，每0.1m一格，以便开窗时根据铣锥所处位置调整钻压等参数。

斜向器开窗主要分为四个阶段：

（1）初铣套管：

从铣锥接触到导斜器至铣锥底部与套管壁接触为开窗初始阶段，在该井段应采用低压慢转磨铣出均匀的接触面，磨铣施工参数：钻压控制在5kN以内，转速在30～50r/min。直至井口返出铁屑后方可按正常钻压和转速磨铣。

（2）磨铣套管：

从铣锥底部接触到内壁至铣锥底部与套管外壁接触为磨铣套管阶段，在该井段应轻压快转，均匀磨铣，磨铣施工参数：钻压控制在10～20kN，转速在50～60r/min。并记录正常的磨铣速度、观察返出铁屑数量。

（3）出套开窗：

从铣锥底部出套管至铣锥最大直径部位完全出套管为开窗的出窗阶段，该阶段施工参数：钻压应控制在10～20kN，转速在50～60r/min。当磨铣速度明显低于正常磨铣速度时，更换开窗工具。开窗过程中用好净化设备，并在泥浆槽出口处放置铁屑吸附装置，以清除钻井液中的铁屑！

（4）修窗验窗：

铣锥完全出套管后，将钻具上提至开窗点以上，提高轉盘（顶驱）转速反复修整窗口，直至转盘（顶驱）停转、停泵状态下钻具上提下放无阻挂，即为开窗合格。施工参数：钻压应控制在5～20kN以内，转速50～80r/min。

（5）循环起钻：

起钻前大排量充分循环，以彻底清除井筒内铁屑。

（6）数据校核：

开窗工具起出后，确认外径磨损小于或等于3mm，开修窗作业结束。否则再下入修窗工具修窗。应使用非磁性仪器验证窗口处井斜角、方位角数据。依此做为下步待钻轨道设计和定向侧钻的依据。

（7）通井试钻：

开窗修窗结束后，下入钻头通井试钻，试钻进尺大于或等于10m，并大排量循环充分洗井，直至井内无铁屑为止。

（8）开窗注意事项：

①为保证铁屑充分携带反出泥浆黏度不低于80s。

②铣锥与钻杆连接要牢固，防止铣锥脱落。

③开窗时要求司钻加压、送钻要均匀，防止突然溜钻，以免破坏窗口。

④开窗完成后，铣锥进出窗口时要放慢速度，防止别坏或挂坏窗口。

⑤开窗完成后，下其他工具进出窗口时要缓慢，防止刮坏或别坏窗口，影响后期施工。

⑥井口周围收拾干净，防止下钻时有东西落入井内。

⑦井口高架槽或振动筛前段放置强磁打捞器，清除铁屑，每2～3小时清理一次。

（9）起下钻注意事项，起下钻过程中，钻头至距窗口50m左右，应控制起下钻速度，防止破坏窗口。

3裸眼侧钻的现场应用：

3.1施工背景：

SN3井是西部某油田一口探井（直井），241.3mm井眼钻进至二开中完井深后，通井在井底盐层段进行划扩眼施工，不慎将钻头倒开落井导致回填侧钻。采取从5320m裸眼回填侧钻绕开落鱼并与老井保值10以上防碰距离。

3.2施工过程：

（1）注水泥，预计在鱼顶以上封固水泥约150～200m，关井侯凝12小时，开井侯凝36小时。

（2）下入常规钻具扫塞以及做承压试验。动承压一次120kN，五分钟，钻具无位移，钻压未下降;静承压一次120kN，五分钟，钻具无位移，钻压未下降。下侧钻工具前，保证井眼通畅，井下无复杂情况;侧钻钻具组合下到底后能保持6m以上方余，方便侧钻

（3）下入侧钻钻具：241.3mm牙轮钻头+185mm直马达+178mm弯接头（2°）+浮阀+231mm稳定器+176mm无磁钻铤*1根+176mmMWD悬挂短节+178mm钻铤*1根+139.7mm加重钻杆*5柱+139.7mm钻杆

（4）下钻到底摆好侧钻工具面，划槽作业1-2小时，同时调整泥浆参数减轻托压现象;减少泥浆中的气泡，避免影响仪器信号;

（5）控时3-4小时一米，保持工具面稳定，第二米开始可保持3小时一米速度侧钻，勤放少放。每1小时捞砂一次及时分析对比砂样，若新砂样逐步增多，水泥含量减少可相应加快钻时，需定向井工程师、地质师或地址监督、钻井工程师三方确认;由5320m侧钻至5332m，纯钻33小时，返出砂样占比逐步上升到98%以上顺利侧钻成功。

3.3施工总结：

安全、准确、快速开窗侧钻成功要做好以下几点工作：

（1）确定合理的开窗位置;做好侧钻、开窗前准备：裸眼侧钻之前保证水泥塞强度;井眼通畅，开窗工具能够顺利到底。

（2）侧钻钻具下井前调整好钻井液性能（钻完水泥塞后钻井液会和水泥反应发生污染，造成性能下降），符合侧钻、开窗条件;侧钻钻具到底后，利用划槽时间，提高钻井液润滑性，避免托压活动钻具的现象发生，保证能够连续侧钻钻进。

（3）选择符合实际施工需求的开窗工具。

（4）严格执行侧钻或开窗施工程序，不能冒然省工序、抢时间。

（5）做好每一步施工过程记录，如出现异常情况及时分析，现场相关方协商共同制定可行方案。