半潛式鉆井平臺水平井裸眼側(cè)鉆技術(shù)

羅 鳴 顧純巍 杜 威

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

文昌油田群位于中國南海北部海域，距離海南省文昌縣148～185 km，水深超過120 m，油田開發(fā)大部分都是使用半潛式平臺鉆預(yù)鉆井，臨時棄井后安裝導(dǎo)管架，再利用修井機回接完井。文昌某油田設(shè)計3口水平井開發(fā)古近系漸新統(tǒng)珠海組二段，其中一口井因油層砂巖鉆遇率低、油層顯示效果不佳，決定在該井水平段進行側(cè)鉆，由于側(cè)鉆點較深，地層強度高，而且半潛式平臺存在升沉，水平段側(cè)鉆作業(yè)存在較大難度。

1 技術(shù)難點

側(cè)鉆井段老井井眼尺寸?215.9 mm，井斜86.96～91.52°，上層?244.48 mm技術(shù)套管下深2 626 m，在該水平段側(cè)鉆面臨以下難點：（1）側(cè)鉆位置地層強度較高（單軸抗壓強度大于40 MPa），超過回填水泥塞強度（25 MPa）；（2）由于是在水平段注水泥漿側(cè)鉆水泥塞，水泥漿容易混漿；（3）半潛式平臺受潮汐、海況影響，始終存在升沉，會導(dǎo)致側(cè)鉆位置漂移；（4）國內(nèi)首次使用半潛式鉆井平臺進行水平井眼側(cè)鉆作業(yè)，相關(guān)技術(shù)還處于探索階段，技術(shù)措施有效性尚待驗證；（5）側(cè)鉆井是一口難度較大的三維井，井眼軌跡復(fù)雜，鉆具摩阻大，軌跡控制難度大［1］。

2 方案優(yōu)選

2.1 側(cè)鉆方式

常用側(cè)鉆方式分為套管斜向器側(cè)鉆和裸眼水泥塞側(cè)鉆2種方式。套管斜向器側(cè)鉆將裸眼段用水泥回填后在上層套管內(nèi)下斜向器開窗側(cè)鉆，側(cè)鉆成功率高，側(cè)鉆軌跡控制壓力小，但需要進行相關(guān)設(shè)備和人員的準備與動員，作業(yè)環(huán)節(jié)多，時間長，費用高，對后續(xù)完井影響大［2］。裸眼水泥塞側(cè)鉆在裸眼段注水泥塞進行側(cè)鉆，雖存在諸多難點，然而其工藝操作簡單，不需要較大的鉆完井設(shè)計調(diào)整，費用也相對較低。由于是臨時決定側(cè)鉆，套管斜向器等工具無法及時到位，綜合考慮工期、費用、采辦等情況，優(yōu)先采用裸眼水泥塞側(cè)鉆作業(yè)方式。

2.2 定向井工具

側(cè)鉆井井眼軌跡復(fù)雜，鉆具摩阻大，選擇旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具代替導(dǎo)向馬達實施側(cè)鉆，具有以下優(yōu)點：（1）導(dǎo)向馬達在鉆具摩阻大時工具面不穩(wěn)定，而旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向側(cè)向力不受鉆具摩阻影響；（2）旋轉(zhuǎn)鉆進代替滑動鉆進，有利于防止鉆具黏卡，保持井眼清潔［3-4］；（3）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向近鉆頭測量工具可以實時傳遞近鉆頭井斜和方位變化，有利于對側(cè)鉆情況的監(jiān)測；（4）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具鉆出的井眼更平滑，有利于起下鉆及后續(xù)完井篩管的下入；（5）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向?qū)崟r近鉆頭伽馬測井，有利于確保在油層中鉆進。

2.3 鉆頭

側(cè)鉆井段地層強度高，選擇短接頭、短保徑、刀翼短拋物線的?19 mm齒5刀翼PDC鉆頭，確保鉆頭有較強的側(cè)向切削力；同時刀翼微螺旋，能更好地配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，保持鉆具的穩(wěn)定性。

2.4 側(cè)鉆點

選擇合適的側(cè)鉆點是實施側(cè)鉆的關(guān)鍵，老井眼水平段地層巖性以灰色油斑泥質(zhì)細砂巖、粉砂巖為主。側(cè)鉆點選在井深2 640 m，該深度附近機械鉆速相對較高，地層較穩(wěn)定，有利于實施側(cè)鉆。

老井在井深2 640 m處以2 （°）/30 m增斜，且方位基本穩(wěn)定在237°，選擇側(cè)鉆方向216°（左下方），有利于側(cè)鉆井眼與老井眼的分離，也有利于實現(xiàn)側(cè)鉆井眼的靶點要求，老井井眼軌跡數(shù)據(jù)見表1。

2.5 側(cè)鉆水泥塞質(zhì)量控制

（1）嚴格控制水泥漿自由水為0，失水量控制在40 m L（30 m in、7 MPa）以內(nèi)；（2）在固井工藝允許的情況下，盡量降低水泥漿稠化時間；（3）選擇高強度水泥漿體系，控制水泥塞長度150 m；（4）固井泵頂替水泥漿時，控制較快頂替速度（0.95～1.11 m3/min）；（5）鉆具內(nèi)留有一定量水泥漿，控制起鉆速度，防止混漿；（6） 候凝時間超過 20 h。

表1 側(cè)鉆井老井眼部分井段測斜數(shù)據(jù)

2.6 克服半潛式平臺升沉的影響

半潛式鉆井平臺屬于浮動型的移動式平臺，受潮汐、海流、風(fēng)浪影響一直會有升沉，通常情況下半潛式平臺補償器能夠有效平衡平臺的升沉，保持井下鉆具穩(wěn)定。但是在平臺升沉較大時，補償器能力不夠，鉆壓較低時補償器的能力無法發(fā)揮，都會導(dǎo)致鉆頭離開井底，影響側(cè)鉆的成敗。因此要注意天氣變化，選擇海況較好時進行側(cè)鉆；對于側(cè)鉆位置可鉆性差、側(cè)鉆作業(yè)時間長的情況，要提前掌握潮汐變化情況，拉好潮差繩，及時調(diào)整補償器位置，控制好鉆壓；如果海況比較差，還應(yīng)根據(jù)作業(yè)實際情況來調(diào)節(jié)動力氣瓶的個數(shù)，將平臺升沉影響控制到最小。

2.7 井眼軌跡跟蹤及分離監(jiān)測

現(xiàn)場定向井鉆進作業(yè)中，根據(jù)每柱測斜數(shù)據(jù)，應(yīng)用Compass軟件實時計算側(cè)鉆井眼最近距離，判斷老井眼和新井眼的分離程度及與鄰近井眼的防碰情況，根據(jù)預(yù)鉆井斜方位數(shù)據(jù)，設(shè)計新鉆井眼軌跡，確保預(yù)鉆井眼平整光滑［3］。

3 作業(yè)實施

3.1 鉆具組合

?215.9 mm PDC鉆頭+?171.45 mm PD旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具+?171.45 mm Periscope +?171.45 mm Ecoscope隨鉆測井工具+?171.45 mm Telescope 隨鉆測斜工具+ ?171.45 mm 無磁鉆鋌+?203.2 mm 螺旋扶正器+?127 mm 加重鉆桿×2根+?165.1 mm 液壓震擊器 + ? 127 mm 加重鉆桿 ×6 根 + ?127 mm 鉆桿 ×159 根 +?127 mm 加重鉆桿 ×15 根 + ?127 mm 鉆桿。由于鉆具摩阻大，采用了加重鉆桿倒裝結(jié)構(gòu)的鉆具組合，增加鉆具懸重［5］。

3.2 作業(yè)實施要求

（1）鉆井液選擇。選用弱凝膠無固相鉆井液體系，其較高的低剪切速率，確保側(cè)鉆過程中巖屑能夠及時返出；鉆井液良好的潤滑性，確保鉆壓和扭矩平穩(wěn)；鉆井液無固相，確保儲層得以良好保護。

（2）側(cè)鉆水泥塞強度測試。探到水泥面后，鉆水泥塞至2 630 m，做水泥塞強度測試，承壓10～15 t，5 min無下移，視為合格水泥塞。如果水泥塞強度不夠，將鉆具提至套管鞋內(nèi)繼續(xù)候凝。

（3）錄井要求。從一開始側(cè)鉆，在側(cè)鉆的20 m內(nèi)每1 m撈砂1次，20 m之后每2 m撈砂1次，使用酚酞試劑判斷、分析巖屑中水泥含量。

（4）鉆井要求。要求司鉆送鉆均勻，避免溜鉆頓鉆。調(diào)整側(cè)鉆位置立柱方余大于2個單根，同時留有一定上提空間。

3.3 作業(yè)實施過程

在水泥塞滿足側(cè)鉆要求的條件下給旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具發(fā)送定向指令：工具面216°，力度100%，確認定向指令發(fā)送成功后即開始側(cè)鉆作業(yè)的實施。

（1） 劃槽。保持排量2 300 L/m in 、轉(zhuǎn)速120 r/m in，在2 620 ～2 630 m上下反復(fù)劃槽2 h，劃槽上提下放要緩慢，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，每次向下劃盡量下放至同一位置，劃槽結(jié)束前測斜，觀察PD近鉆頭井斜變化，有變化則開始定點造臺階作業(yè)。若井斜沒有明顯變化則需適當增加劃槽時間。

（2） 造臺階。在2 630 m剎住剎把，定點旋轉(zhuǎn)1 h。排量2 300 L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速120 r/m in。

（3）控時鉆進。控時鉆進過程中要求司鉆送鉆一定要均勻，通過在滾筒或鉆桿上用油漆做標記，來有效控制鉆具下放速度，并保持送鉆的連續(xù)性。密切注意旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向近鉆頭井斜，判斷軌跡走向。前10 m，控制機械鉆速1～3 m/h，確保造出有利于側(cè)鉆的臺階；如果撈砂發(fā)現(xiàn)有新地層巖屑，接下來5 m，控制機械鉆速3～5 m/h；地層巖屑含量增加至60%，適當提高機械鉆速至8～10 m/h；當新老井眼的隔墻達到2 m時，可適當提高機械鉆速。

（4）正常鉆進。當返出全部為地層巖屑，而且通過近鉆頭井斜計算新井眼與老井眼的隔墻達到3 m以上，確認側(cè)鉆成功，按照正常參數(shù)鉆進，側(cè)鉆新井眼與老井眼中心距變化見圖1。

3.4 水平井軌跡控制

確定從老井眼側(cè)鉆出去后，為有效控制軌跡，發(fā)穩(wěn)斜降方位指令，并按地質(zhì)要求調(diào)整軌跡，鉆進至完鉆井深，側(cè)鉆井井眼軌跡見表2。

圖1 側(cè)鉆新井眼與老井眼中心距變化

表2 側(cè)鉆井井眼測斜數(shù)據(jù)

4 結(jié)論與建議

（1）半潛式平臺側(cè)鉆，側(cè)鉆位置地層強度高于水泥塞強度時，平臺升沉?xí)饌?cè)鉆點漂移，導(dǎo)致側(cè)鉆失敗，良好的海況是側(cè)鉆成功的重要因素之一。

（2）半潛式平臺水平井側(cè)鉆難度高，經(jīng)驗少，充分的鉆前準備和技術(shù)措施能有效提高側(cè)鉆成功率。

（3）劃槽、造臺階、控時鉆進等操作適用于硬地層水平井側(cè)鉆作業(yè)，是確保側(cè)鉆成功的關(guān)鍵步驟。

（4）水平井側(cè)鉆要關(guān)注水泥塞穩(wěn)定性，防止側(cè)鉆點位置的水泥塞垮塌引起的卡鉆事故。

［1］ 黃濤，許曄，路永明，等.側(cè)鉆水平井鉆柱摩阻力分析［J］.石油鉆采工藝，2000，22（1）：27-30.

［2］ 董星亮.海洋鉆井手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.

［3］ 李龍，邵詩軍，龐炳章，等.分支水平井在半潛式平臺的首次使用［J］.石油鉆采工藝，2009，31（6）：44-46.

［4］ 王永新，朱文良，張立功，等.懸空側(cè)鉆工藝技術(shù)探討［J］.石油鉆探技術(shù)，1997，25（3）：17-18.

［5］ 高德利，覃成錦，代偉鋒，等.南海流花超大位移井摩阻/扭矩及導(dǎo)向鉆井分析［J］.石油鉆采工藝，2006，28（1）：9-12.