钻井侧钻技术研究与应用

钻井侧钻技术研究与应用

田敏李楠

田敏李楠（西南石油大学）

中图分类号：TE21文献标识码：A

摘要：目前国内外十分重视通过套管开窗侧钻使老井恢复生产，开窗侧钻也已成为一项增油上产的重要手段，并见到了显著的经济效益。在老井恢复生产钻井作业中开窗定向侧钻是一个非常重要的工艺过程，它直接关系着重钻作业的成败。包括开窗方式的选择、侧钻位置的确定以及工具仪器的选择等。

关键词：套管开窗定向井斜向器工艺技术

随着开窗侧钻钻井技术及工具的不断发展，侧钻工艺技术在实践中应用逐渐增多，通过技术攻关和在实践中的不断探索，侧钻工艺技术水平日趋成熟。本文结合侧钻井设计实例，总结侧钻工艺技术及今后的努力方向。

一、国内外侧钻研究与应用现状

套管开窗侧钻技术特别适合低效井和报废井改造，通过侧钻使油气井恢复正常生产，有利于提高油气井利用率和开发效果，并且显著提高采收率，同时可节约钻井费用和地面建设费用，因而可取得很好的社会效益和经济效益。其中代表侧钻井新技术的短半径水平井和连续油管侧钻井所占比例在逐年增加。

（一）连续油管开窗侧钻水平井技术

连续油管钻井是侧钻现有井发现新油藏的一门工艺技术。而连续油管过油管开窗侧钻技术亦有着巨大的优势，可以不起下油管，直接通过油管进行开窗侧钻，即过油管侧钻，加上连续油管无接头以及连续油管钻机固有的结构特点，使连续油管侧钻能显著节约钻井成本。连续油管过油管开窗侧钻技术虽然综合经济效益好，竞争力较强，但由于过油管斜向器系统目前对大套管井尚不能使用，所以对于许多油管衬管组合井来说水泥侧钻技术是唯一选择。

（二）侧钻短半径水平井技术

短半径水平井是钻井领域最新发展技术之一，与常规水平井技术相比，该技术的特点在于造斜段井眼曲率明显增加，由此带来一系列优点为油田开发提供新的手段，也受到各油田的普遍重视。套管开窗侧钻短半径水平井集短半径水平井技术、开窗侧钻井技术和小井眼钻井技术的优越性于一体。

（三）套损井侧钻修井技术

该技术是将取套技术和套管开窗侧钻技术进行优化组合并加以发展，其原理是通过浅层取套将原井内一部分套管取出，然后在原井裸眼井段一定深度利用定向工具及钻具，按照预定的方位进行钻进，避开下部井眼和套管，重新开辟出新井眼，根据井的轨迹钻进，控制井眼轨迹中靶，下入新套管固井。采用该项修井技术进行套损井的修复可利用一段原井眼，能保证固井质量，保持原井套管尺寸，井眼位移小，不影响原来的井网部署和开发方案。

二、侧钻工艺技术

（一）井眼准备

1.井眼准备的目的

侧钻油水井在完成打捞、修套等其它作业工序后，侧钻前井眼应作好充分准备。井眼准备的目的是使侧钻各阶段以及下尾管顺利，实现侧钻目的，恢复油水井生产。因此，侧钻前井眼准备也是侧钻作业的关键环节和主要步骤。

2.井眼准备程序及要求

（1）挤封油层

侧钻前挤封原油藏的目的：一是防止油水互窜，影响分采注效果；二是对用水泥固定定斜器准备一个准确而坚固的井底，以便控制侧钻开窗位置。

（2）上部套管试压

上部套管试压一般是在挤封油层后，在水泥塞面盖住油层的基础上进行的。其目的是了解套管完好情况，为开窗高度和下尾管长度提供依据，为下尾管固井试压及投产后分采分注打好基础。因此，如上部套管试压达不到标准要求，就要找出原因和位置，根据位置的井段，确定是否封堵或提高开窗深度与尾管长度。原则是尽量把漏失井段控制在窗口以下或采用其它措施，使上部套管能满足要求。

(3)通井

通井可以了解套管是否有缩径和变形等情况，为侧钻开窗位置选择和固井位管下入深度提供依据。为顺利下入定斜器和其它工具创造条件。

(二)开窗技术

钻井工艺技术就是在选定的套损井的套损点以上某一合适深度位置固定一专用斜向器,利用斜向器的导斜和造斜作用，使专用工具(如铣锥等)在套管侧面或裸眼井筒中开窗，然后由侧钻钻具(包括钻头)钻开油层至设计深度，下人套管固井、射孔完井。侧钻方式主要有两种：其一是固定专用斜向器，并用铣锥在51/2″套管内开窗,通过钻具钻开油层至设计深度，下小直径套管完井；其二是将原51/2″套管从水泥返高以上拔出，在原裸井眼中,用81/2″钻头钻至设计深度重新下51/2″套管固井完井。

（三）侧钻事故预防与处理技术

1.井漏的分析与预防

发生井漏必须具备两个条件：一是有足够大的岩层缝隙应大于钻井液中最大固相颗粒的粒径；二是有比地层孔隙压力大的井眼液柱压力，小井眼侧钻井在这两方面都存在都比常规井更易发生井漏的因素。因此，钻进时保持钻井液密度不高于钻井液设计密度下限，或与地层压力系数相近，既能够在一定程度上减少井漏的发生，利于快速钻进，又可以满足井控要求，不至于压力失控。

2.卡钻预防

钻具与井壁间的摩阻过大，是引起压差卡钻的根本原因，对钻井液提出了较高的防卡要求，压差卡钻的预防措施有以下几点：

（1）注意钻井液选用，控制固相含量

甲酸盐钻井液体系在小井眼钻井领域是较为适应的，该体系不需要膨润土，用可溶性甲酸盐加重基本做到无固相，因此循环压耗低、激动压力小、钻井速度快、润滑性能好、页岩抑制力强并利于保护油气层。

（2）控制合适的压差

钻具与井壁间的摩阻随液柱压力的增加而增加，同时重晶石的加入也会增加摩阻，因此在井下正常情况下，保持较低的钻井液密度有利于防止压差卡钻，钻井过程中不可随意提高钻井液密度。

(3)保持良好的流型，提高洗井效率

实验表明“低切力、中粘度、高排量”对于安全快速钻井较为有利。

考虑到井径扩大率、井眼斜度、钻井液性能浮动等对带砂的影响及水眼破岩冲击力要求等因素，可适当提高返速。当然钻井液性能的确定应以满足钻井需要为第一标准，并无一个固定的指标，具体实施时需要灵活掌握。

(4)加强工程措施

侧钻井一般井斜较大，岩屑床的形成是很难完全避免的，加强工程措施是防止压差卡钻的重要一环。同时，要注意邻井的注采影响。

三、侧钻井设计实例

(一)地质概况

根据迪那2、迪那11、东秋5井实钻资料，结合过井地震剖面，预测迪那22井自上而下将钻遇第四系、上第三系库车组、康村组、吉迪克组、下第三系。迪那2井钻遇第四系354.5m，岩性以灰黑色、褐灰色砾石为主夹黄灰色、黄褐色泥岩。预计迪那22井比迪那2井稍厚，钻厚约430m。本区下第三系岩性变化较大，横向上自北部山前往南具粒度变细、厚度增大的特点，往西则相变为巨厚的膏(盐)岩及膏质泥岩层。根据迪那11、吐孜3等井钻探资料，本区下第三系自上而下可分为4个岩性段，预计本井钻厚约440m。

（二）工程设计

由测井数据可知，该井在下第三系（约5000米处）发生落鱼卡钻事故，经过现场专家协商，需进行开窗侧钻作业。下面根据地层及套管工程要求进行开窗工程设计。

由地质数据可知吉迪克组(N1j)第五岩性段可钻性良好，属于区域对比标志地层，且分布较稳定，符合开窗侧钻的要求。为了保证套管开窗侧钻成功，选择坐封式斜向器开窗,并采用陀螺定向，使开窗侧钻方位准确。斜向器坐放位置应避开套管接箍,选择固井质量好、地层可钻性好的井段。

（三）技术难点

1.开窗侧钻点深。由于侧钻点深，钻具长度超过4500m，对扭矩传递造成一定困难，给井下情况判断造成较大困难；增加了斜向器坐封和顺利开窗的难度。

2.地层垮塌掉块严重、小井眼施工风险大。从原井眼实钻情况看，英买32井油层经开采和作业，油层压力变化大，发生井漏的可能性大，而高密度钻井液的防漏堵漏难度大，对碳酸盐岩裂缝性油气层更是如此；井眼尺寸小、环空间隙小，钻具与井壁接触面积大，增大了钻柱的上提下放的摩阻，易黏附卡钻，需降低钻井液的摩擦系数。

3.井底压力、温度高。根据老井实钻情况分析，预计该井井底高温高压，定向工具的工作条件十分恶劣，保证开窗侧钻中工具及定向仪器的正常工作，是侧钻成功的关键。

（四）开窗侧钻作业

1.开窗点选择

根据迪那22井的老井资料可知，开窗点选择在垂直井深4600米即吉迪克组(N1j)第五岩性段是。设计井的垂深5300m；侧钻造斜点深4600m；目的层位：下第三系(E)；完钻层位：下第三系(E)；开窗侧钻方法：采用斜向器开窗侧钻技术。

2.下封隔器

下入封隔器的目的在于封堵老井眼，替代原始方法打水泥塞。封隔器下到预定设计位置，用陀螺仪测定封隔器导向键的方位。测完方位后，投球、接方钻杆，小排量开泵。立管泵压超过一定压力时剪断销钉，泵压下降，卡紧套管，以一定压力慢慢下压钻具，使封隔器橡胶膨胀坐封。

3.下导斜器

根据测出封隔器导向键的方位来确定固定锚与导斜面的偏转角，目的是找准导斜面的方位，使之与设计方位相同。下到离封隔器3～5ｍ时，上下活动几次钻具，导斜器与封隔器自然找正连接并自锁。导斜器已坐入导斜键内，起出钻杆，坐封完成。

4.下领眼磨鞋

下领眼磨鞋的目的是为开窗磨鞋制造一个切削面。

领眼磨鞋下钻至导斜器顶部1m，开泵循环，缓慢送钻，通过计算在磨鞋开始切削套管的位置，加压，然后压住刹把开始磨铣，直到钻压为0，使窗口规则。

5.启始磨铣阶段

从铣锥磨铣导向器顶部上方某一点到磨铣底部直径圆周与套管内壁接触段。在施工中启始铣鞋均应采用较大刚度的钻具组合，要注意轻压、慢转，使铣锥先铣出一个均匀接触面。

6.开窗磨铣阶段

从铣锥底圆接触套管内壁到底圆刚出套管外壁。为增大开窗铣鞋对窗口的侧向切削力，采取柔性钻具组合。但开窗至下半窗口时，要减少钻压或起钻更换大刚度的钻具组合。

7.窗口加长、修整与保护阶段

从铣锥底圆出套管到铣锥最大直径全部出套管。实际开出的窗口往往不规则、不光滑，需进行修整，使之成为标准窗口。下部钻进过程提下钻时，井下钻具组合通过窗口也应注意不能转动，因钻头或扶正器很可能挂住造斜器边沿使造斜器转动或磨坏造斜器。

四、结论

（一）各级侧钻技术的选择与井身结构及地层等因素密切关系。

（二）不同的开窗方式有着其各自的特点，应当依据不同地层条件及施工要求认真分析,采用最合理的侧钻方法。

（三）侧钻井一般井斜较大，岩屑床的形成是很难完全避免的,加强工程措施是防止压差卡钻的重要一环。同时，要注意邻井的注采影响。

（四）斜向器坐放位置应避开套管接箍,选择固井质量好、地层可钻性好的井段。

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