大庆深层侧钻水平井钻井工艺技术研究

王春青

（大庆钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

1 概述

侧钻水平井技术可以有效修复套损井、报废井等失去开采价值的老井，在国际油价持续低迷的情况下，使用侧钻水平井技术挖潜增效、恢复老区产能成为行之有效的方法。20世纪50年代，国外的斯伦贝谢、贝克休斯等大型石油公司就开展了侧钻水平井的钻完井技术研究。随着近年来钻井新工艺、新技术的逐步应用，侧钻水平井技术在国外已经成为比较完善和成熟的钻井技术。20世纪90年代国内将小井眼侧钻水平井技术列为国家“九五”攻关计划，并在大庆探区、新疆探区、辽河探区等多地进行了实验及推广，形成较为成熟的工艺技术[1-2]。

大庆油田的中浅层侧钻开窗水平井技术已经较为成熟。为了适应国际油价持续下降、钻探费用逐步被压缩的问题，大庆油田也加大了对深部地层老井开发的力度。大庆深部地层具有地温梯度高、岩石可钻性差、部分层位易坍塌等特点，钻井施工周期相对较长，钻井成本相对较高，所以对一些老井进行开窗侧钻，从而使其从直井变成水平井，具有良好的挖潜增效意义。

2 大庆深层侧钻水平井钻井工艺

深层侧钻水平井的钻井工艺相对较为复杂，主要包括前期设计、老套管开窗、新井眼侧钻、修整钻井设计、钻进至着陆点、钻穿目的层、完钻电测及完井施工等步骤。整个钻井过程中需要多个环节密切配合，各个环节之间相互关联和制约，只有进行统一规划才能优质高效的完成钻井施工任务[3-4]。

2.1 开窗侧钻工艺选择

开窗侧钻要“破坏”一部分已有的井筒套管，相当于在井筒套管上打开一扇“窗户”，然后使钻具通过这扇窗户进入地层进行后续的钻井作业。开窗作业一般有锻铣和磨铣两个方式。锻铣是在指定的开窗位置处使用专用工具将该部分套管铣掉，然后打水泥塞进行封固，该方法的施工较为简单，形成的窗口可以避免套管的磁干扰，有利于后期定向施工，但缺点是锻铣施工井段较长（通常超过18m），而且锻铣结束后还要进行相应的水泥塞作业，增加了施工成本。磨铣则是在指定位置放置斜向器，然后使用铣锥在预定位置将套管铣穿开窗，通过这个“窗口”进行后续的新井眼钻进。该方法的优点是，多个工序可以配合完成，节省大量的起下钻时间，侧钻需要破坏的井筒也较少。缺点是套管会产生磁干扰，需要使用较为昂贵的陀螺测斜仪；误差较大，容易因为前期下钻过程中产生的误差导致的转角使斜向方位和设计方位之间产生误差。大庆深层由于岩石硬度大、侧钻施工难度大、深部地层情况较为复杂，应该首选磨铣工艺进行施工。

2.2 造斜情况分析

因为深层钻探的过程中，不可控因素相对较多，会产生更多的人为误差和系统性误差，所以深层开窗侧钻的施工难度要远大于中浅层施工。因为是侧钻开窗，所以开窗位置和目的层位置都已经被限定了，留给后续施工过程中调整轨迹的可用垂深相对较少，所以在设计过程中要适当增大靶区半径并加强控制，避免出现提前着陆或者延后着陆问题。同时由于是从人工井筒进行侧钻，使用的钻具组合的尺寸均小于常规钻井使用的尺寸，相应的钻具强度也必然有所降低，在同样的钻压下，小尺寸钻具发生变形的几率也更大，增加了施工的不确定性。为了确定所钻层位的实际造斜率，通常会在定向施工的前期连续定向两个单根，从而根据测得的实际井斜数据来获得所钻层位的造斜率，这盲打的20m左右的定向段会进一步造成指标失控。在实钻过程中，要结合现场数据对造斜情况进行认真分析，从而做出适当调整。

井眼轨迹优化。为了最大幅度地开采剩余储层，目前的大部分侧钻水平井都采用三维轨道设计，所以在设计井眼轨迹时还要额外考虑到井眼小、可控井段短、造斜难度大等问题。在深部地层进行施工时还要考虑由于地层坚硬而导致造斜率不达标引起的一系列问题。所以在设计过程中，通常使用三增轨迹，并将中间造斜段作为调整段，用于弥补其他造斜段在实钻时产生的误差。如何在设计过程中根据地质情况、造斜工具的实际造斜情况、井下仪器及钻具的通过能力来确定适合的造斜率是井眼轨迹优化的关键，因此要在设计中留出充分的造斜余量并对钻具组合和地层情况有深刻的理解和掌控。此外，还可以通过井眼轨迹的渐进控制，并对井斜和方位进行预测来提高对井眼轨迹的控制能力，进一步降低施工误差。

2.3 事故预防处理

2.3.1 侧钻水平井的安全隐患分析

（1）造斜和定向钻进过程中，钻具贴近井壁，致使受力情况发生了变化。在造斜段和定向段，受重力影响钻具组合与直井段有明显不同。造斜过程中钻具受到斜向拉力，使钻具在起下钻过程中与井壁的摩阻增大，并随着井深的增加会产生键槽；在造斜段钻进过程中，扶正器或其他钻具会对钻头产生一个支点作用，给予钻头侧向的分力，从而偏离预定井眼；此外，在造斜过程中，由于钻具组合一直受到重力影响产生向下的分力而有降斜的趋势，这就需要进一步提高钻具组合的刚性；在水平钻进过程中，钻具相当于躺在井壁上，会大幅度增加摩擦力和扭矩。

（2）偏心环空和岩屑床。在造斜段和水平段，下部钻具会因为重力影响而更贴近下部井壁，从而在环空形成了“偏心环空”，这对钻井液的流动性产生了很大影响，由于钻具周围的流速不均匀，会造成岩屑的返出不畅甚至堆积在不规则井壁处形成岩屑床。

2.3.2 施工应对措施

（1）钻井液方面：①通过适当调整钻井液排量来提高钻井液对岩屑的携带能力，从而破坏和减少岩屑床的形成；②适当增加钻井液粘度，从而提高钻井液对岩屑的悬浮性，以便快速地将岩屑排除井筒；③提高钻井液的动塑比，增大井筒清洁能力；④适当提高钻井液密度，保障钻井液可以更有效地平衡地层压力从而对井壁有足够的支撑作用；⑤降低钻井液的失水并提高泥饼质量，从而减少井壁因失水而发生失稳的概率和粘附卡钻等意外事故的发生；⑥保证充足的润滑性，降低摩阻和扭矩；⑦保证四级固控的使用效率，避免岩屑再次入井情况的发生。

（2）工程方面：①在造斜段和水平段施工过程中，定期进行短期下、正划眼和倒划眼等钻井作业，从而对岩屑床进行破坏，使岩屑能顺利排出井筒，在等停期间也要经常活动钻具，避免钻具在井筒内长时间静止不动；②钻进过程中适当地增加旋转钻进的频率，通过产生紊流来改善岩屑的流动形态达到清洁井眼的效果；③适当的控制钻速，从而控制岩屑的产生速度，避免岩屑的大量堆积而造成返屑不畅；④在造斜段由于井眼的约束会对钻具组合产生一定的应力，易发生因钻具疲劳导致的钻柱损坏，因此在该井段应尽量降低钻具复杂性提高钻具的刚性；⑤尽量使用顶驱进行施工，因为顶驱可以减少接单根的时间，并且当井下发生复杂情况时可以立即开泵，并可以使用倒划眼措施来破坏岩屑床的形成，尤其适用于深层侧钻水平井这种特殊工艺井的使用。

3 结论及建议

（1）大庆深部地层具有地温梯度高、岩石可钻性差、部分层位易坍塌等特点，钻井施工所需周期相对较长，钻井成本相对较高，所以对老井进行开窗侧钻，从而使其从直井变成水平井，具有更好的挖潜增效意义。

（2）深层钻探的过程中，不可控因素相对较多，会产生更多的人为误差和系统性误差，所以深层开窗侧钻的施工难度要远大于中浅层施工，实钻过程中，要结合现场数据对造斜情况进行认真分析，从而做出适当调整。

（3）本文针对大庆深层的地质特点，从开窗侧钻工艺选择、造斜情况分析、井眼轨迹优化、事故预防处理等几个方面进行了分析研究，并给出了相应的建议。