雙套壓力體系側鉆井尾管及懸掛器段銑技術

孫振旭

中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程技術研究院

沈301S井是位于遼河油田古潛山區塊的一口雙套壓力體系側鉆井。側鉆的目的是研究該區塊潛山儲層剩余油分布情況及其含油性。遼河潛山區塊油藏具有埋藏深、壓力層系多且變化大、地層硬、研磨性強等特點，特別是潛山油藏和上部地層分屬于兩套壓力體系，原井完井時，為保護潛山儲層，防止上部地層坍塌，技術套管均下至潛山頂部，油層套管懸掛在技術套管內完井。隨著開采時間的推移，一些油井由于產能不足等原因需要通過側鉆挖掘剩余油，但對于這類井，若在懸掛器上方開窗，由于存在兩套壓力體系，作業難以實施；若在?127 mm尾管內部開窗，又面臨井深、小井眼、泵壓高、鉆具細小、定向困難、復雜情況多等難題；實施新鉆井經濟方面又不允許，致使這類井長期處于待處理狀態。采用高效段銑技術，將?177.8 mm技術套管內的?127 mm尾管段銑至技術套管鞋以下，不僅可有效解決上述問題，而且成本也較為合理，從而使得這類井側鉆挖掘剩余油成為可能。

1 沈301S原井基本情況

沈301S井井身結構如圖1所示。

圖1 沈301S井井身結構Fig. 1 Casing program of well Shen 301S

該井目前處于關井狀態，井內無生產管柱，但注有灰塞，灰面位置420.26 m，全井僅有一段射孔，射孔井段 3254.00～3286.00 m，32.00 m/4層。

2 鉆井液體系選擇

沈301S井的設計段銑段較長，段銑過程中產生的鐵屑多達4000 kg以上，既有魚鱗狀、條狀鐵屑，又有大塊套管接箍及扶正器片，為了將段銑產生的鐵屑攜帶出井眼，需要鉆井液具有適當的黏度和切力，以便在正常循環時能很好地攜帶鐵屑，在靜止時又能很快形成較強的結構，防止鐵屑下沉。

為滿足施工要求，對5種鉆井液配方進行了性能評價。1#配方：10%膨潤土+純堿；2#配方：15%膨潤土+純堿；3#配方：6%膨潤土+0.3%抗高溫增黏劑+0.5%黃原膠+0.3%淀粉+0.1%PAC+0.03%銨鹽；4#配方：8%膨潤土+純堿+0.4%正電膠+0.8%黃原膠+0.5%NPAN +0.3%改性淀粉+0.1%PAC；5#配方：6%膨潤土+純堿+0.8%正電膠+0.5%黃原膠+0.3%改性淀粉+銨鹽+0.2%PAC。表1是純膨潤土漿、聚合物鉆井液和正電膠鉆井液實驗結果。

表1 高效段銑鉆井液體系性能室內實驗結果Table 1 Laboratory test results of high-ef ficient section milling drilling fluid

從表1可以看出，在懸浮能力相同的情況下，純膨潤土漿黏切較高，易憋泵；聚合物鉆井液具有弱凝膠特性，但觸變性和剪切稀釋性不理想，當黏度較高時，泵壓上升較快，且振動篩易跑漿；正電膠觸變性和剪切稀釋性相對好，符合現場要求，因此，選擇正電膠鉆井液體系作為本次施工的鉆井液體系［1］。

3 施工要點及注意事項

（1）段銑所使用的鉆井液體系必須具有優良的攜巖、懸浮及耐高溫性能，這是段銑工作安全進行的關鍵［2］。必須及時監測、維護鉆井液性能，環空上返速度需達到1.1 m/s，黏度在100 s以上。

（2）段銑工具入井時采用小鉆壓段銑5 min，工具工作平穩后，再緩慢調整鉆壓、轉速至合理的段銑速度。段銑過程中應間斷加壓，嚴格送鉆速度，確保段銑形成的鐵屑成片狀或短條狀。

（3）每次工具入井，先緩慢探底，一旦遇阻，應停止探底，上提鉆具1～2 m后開泵循環，正常后，低速小鉆壓反復劃眼處理，直至原段銑井深為止。

（4）?88.9 mm鉆桿和?101.6 mm鉆桿復合管柱的使用，能較好地解決深井小井眼段銑泵壓高和攜屑困難的問題。

（5）必要時使用打撈杯定期打撈大塊鐵屑，以減少卡鉆風險。

（6）每段銑3 m或5 h上下活動鉆具一次；每段銑5 m大排量循環10 min，接單根或起鉆前需要大排量循環20 min。

（7）定時對振動篩返出的鐵屑進行收集、稱重，初期振動篩鐵屑返出量需達到所段銑尾管質量的70%以上，中后期要達到80%以上。當鐵屑返出率達不到要求時，應定期打稠塞將井底鐵屑攜帶上來。若鐵屑返出異常，要及時調整段銑參數，確保段銑鐵屑為容易攜帶的片狀或短條狀。

（8）當扭矩值比正常段銑時扭矩值增大20%時，應停止段銑，緩慢多次上提下放鉆具，同時增大循環排量，直至扭矩值恢復正常。遇卡后嚴禁硬提，避免造成卡鉆［3］。

（9）段銑施工過程中，當鉆井泵出現故障時，應盡快將鉆具提離一個單根以上，并不間斷活動鉆具，以防止快速下沉的鐵屑造成卡鉆，同時盡快啟動另一個泵建立循環［4］。

（10）在鉆井泵、地面管匯等設備允許的情況下，盡可能加大排量。

（11）當段銑進入裸眼段時，應避免鉆具大幅度擾動，以避免裸眼環空水泥環損壞造成的卡鉆。

（12）段銑懸掛器、接箍、扶正器時，要嚴格控制鉆壓和段銑速度，以避免段銑工具的損壞。

（13）利用振動篩、除砂器、除泥器和強磁鐵充分清除鉆井液中的鐵屑，以減少由于鐵屑磨損造成的修泵時間。

（14）當工具托壓嚴重時，可適當加大鉆壓進行段銑，若仍不能有效解決問題，可考慮下磨鞋處理段銑后的井段。

（15）段銑到后期，工具因磨損會產生縮徑，應及時更換工具，否則會留下大塊套管、接箍皮，增加卡鉆風險，給安全施工帶來隱患。

4 現場實施

沈301S井在段銑之前，需鉆開420.26 m位置的灰塞，并對?177.8 mm技術套管及?127 mm尾管進行通井，通井后打灰塞封死射孔段，試壓合格后可進行段銑。

設計段銑起點位置為3016.31 m，段銑終點位置在技術套管鞋以下20 m—井深3188.32 m處，段銑段長172.01 m。

由于該井較深，且井眼較小，滿足段銑有效攜屑要求的泵壓較高，設計使用復合鉆具：?88.9 mm加重鉆桿×300 m+?88.9 mm鉆桿×500 m+?101.6 mm鉆桿，以解決深井小井眼攜屑、防卡、高泵壓等問題。

段銑到預定位置后，通井后下封隔器試壓15 MPa，穩壓30 min，壓降不超過0.5 MPa為合格。

4.1 段銑懸掛器

鉆具組合：?156 mm懸掛器銑鞋+ ?120 mm鉆鋌×3根+ ?88.9 mm加重鉆桿×1根+ ?88.9 mm鉆桿×51根+311×4A20變扣+ ?101.6 mm鉆桿。

段銑參數：鉆壓20～70 kN、轉速90 r/min、排量15.5 L/s、?88.9 mm鉆具環空返速1.12 m/s、泵壓21 MPa、鉆井液密度 1.02 g/cm3、黏度 102 mPa·s。針對該井懸掛器類型［5］，設計懸掛器銑鞋如圖2所示。該井使用懸掛器銑鞋1只，進尺7.88 m，純段銑時間0.55 d，懸掛器銑鞋使用情況見表2。

圖2 懸掛器銑鞋Fig. 2 Milling shoes of the hangers

表2 懸掛器段銑情況Table 2 Section milling of hangers

4.2 段銑尾管

鉆具組合：?148.5 mm尾管銑鞋+ ?120 mm鉆鋌×3根+ ?88.9 mm加重鉆桿×30根+ ?88.9 mm鉆桿×51根+311×4A20變扣+ ?101.6 mm鉆桿。

段銑參數：鉆壓10～90 kN、轉速110 r/min、排量15.5 L/s、?88.9 mm鉆具環空返速1.12 m/s、泵壓22～25 MPa、鉆井液密度 1.02 g/cm3、黏度 110～150 s。

該井共使用尾管銑鞋2只，段銑?127 mm尾管175.26 m，段銑至井深3199.45 m，技術套管鞋以下31.13 m，然后側鉆開窗，解決了小井眼兩套壓力體系易上塌下漏的難題，節省了一套鉆井液體系。純段銑時間6.08 d，段銑工具如圖3所示，尾管銑鞋使用情況如表3所示。

圖3 尾管銑鞋Fig. 3 Milling shoes of the liners

表3 尾管銑鞋使用情況Table 3 Use of liner milling shoes

4.3 應用效果

該井包括懸掛器與尾管在內，理論鐵屑質量4171.3 kg，去除水分后的實際返出鐵屑質量為3420.5 kg，鐵屑返出率為83.6%，大大超過了傳統認為的70%的安全線，有效地保證了段銑施工的安全進行。

沈301S井實際段銑段長183.14 m，段銑周期12.4 d，其中純段銑時間6.63 d，該井段銑周期內未發生任何復雜情況。

5 結論

針對深井小井眼段銑施工，優選了適配的鉆井液體系，設計了專門的段銑工具，成功地完成了沈301S井的段銑施工，為潛山區塊多套壓力體系老井側鉆、有尾管懸掛的水平井調層、鉆井阻卡管柱處理等提供了一種經濟高效的技術手段。