TP2CX井小井眼开窗侧钻技术的应用

摘要： 为给套管内井眼轨道的设计提供真实的依据，在侧钻施工中运用了斜向器套管开窗侧钻技术、高温Slimpulse仪器无线测量系统以及抗高温高效螺杆、水平井钻井技术，成功地地完成了施工任务。

Abstract： In order to provide real basis for design of the casing within wellbore trajectory， this paper used the whipstock sidetracking technology， high temperature Slimpulse instrument wireless measurement system and anti-high temperature， high efficiency screw and horizontal well drilling technology in side drill construction， and successfully completed the construction tasks.

关键词： 套管开窗侧钻技术；斜向器；铣锥；陀螺测斜

Key words： sidetracking technology；whipstock；milling cone；gyro inclinometer

中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）14-0146-02

0 引言

为进一步评价托甫台地区奥陶系中统一间房组储层发育特征和横向展布规律及含油气性，为油藏基础研究、储量计算和调整下一步勘探部署方案提供依据，西北油田分公司决定对TP2井实施侧钻，井号定为TP2CX。TP2CX井位于沙雅隆起阿克库勒凸起西南斜坡，是一口套管开窗侧钻水平评价井，该井原设计侧钻点井深为6792.00m，完钻井深为7305.33m（垂深6933.00m），设计方位240.13°，靶前位移为465.85m，最大井斜角为80.34°，平均造斜率为23.52°/30m，水平段长为405.03m。为了保证井眼轨道的设计提供真实的依据，通过陀螺测斜技术，确定造斜点处的实际闭合位移和闭合方位后，在开窗位置、靶点坐标不变、垂深都不变的条件下，将设计调整为：造斜点井深6792m，完钻井深为7355.85m（垂深6933.00m），设计方位242.80°，靶前位移为465.85m，最大井斜角为86.2°，平均造斜率为18°/30m，水平段长为396.32m。由于油气显示不好，根据甲方要求又加深至完钻井深7453m，实际井身结构图见图1。

1 开窗侧钻钻井技术的应用

1.1 开窗技术 前期准备完毕后，首先下入7″刮壁器对177.8mm套管内壁进行刮壁，清除原井眼铁屑及附着物，检查套管有无损坏、变形。下入一套Ф146液压斜向器，由于陀螺测斜电缆长度有限，需要分成两段进行陀螺测斜，在下钻至2000m位置进行陀螺测斜，中间接一定向接头以便于下钻到位，再进行陀螺测斜，配合陀螺定向技术，找准方位后，通过开泵憋压、下压、正转、斜向器丢手成功，斜向器座封在6792.00m处，下入一个Ф150开窗复式铣锥进行开窗作业，开窗位置6792.00m（避开套管接箍），开窗进尺4m，上窗口6792m，下窗口6794.47m。

开窗组合：Φ150mm开窗复式铣锥+Φ88.9mm斜坡加重钻杆*10柱+Φ88.9mm斜坡钻杆*70柱+Φ127mm斜坡钻杆。开窗参数：钻压0-70KN，转速20-60r/min，排量15l/s，泵压16-19MPa。开窗井段：6792.00-6796.00m，开窗进尺：4.00m。更换同规格的另一个开窗复式铣锥进行修窗作业，在窗口处需要反复划眼，一般需要3-5次，修窗口标准，达到钻具上提下放无阻卡，转动无扭矩波动即可。

1.2 侧钻直井段 施工该井段的主要作用是使新井眼离开套管发生横向位移，在定向增斜时不受套管磁性的干扰，以便于准确的按设计轨迹定向钻进。侧钻施工中，由于仪器测斜零长为14m左右，且仪器在套管内工作时受磁干扰现象比较严重，不利于侧钻定向施工，因此在开窗（开窗位置：6792.00m）成功后，先用常规钻具试钻进至井深6814.55m，以便仪器下井后能出套管工作，降低一定程度的磁干扰；然后下入单弯动力钻具侧钻，严格按设计要求进行施工，保证造斜工具面稳定，根据实际情况调整施工措施，实现了侧钻一次成功。

钻具组合：Φ149.7mmHJS517G+Φ88.9mm斜坡加重钻杆*10柱+Φ88.9mm斜坡钻杆*70柱+Φ127mm斜坡钻杆；

钻进参数：钻压60-80KN，转速40-60r/min，排量17l/s，泵压20MPa；

施工井段：6796.00-6814.55m，进尺18.55m。

1.3 增斜井段钻井技术

1.3.1 钻具组合：Φ149.2mmHJS517G+Φ120mm单弯（单弯度数根据造斜率而定）+回压凡尔（311×310）+定向接头（311×310）+Φ88.9mm无磁承压钻杆+限流短节（311×310） +Φ88.9mm斜坡钻杆*X柱（斜坡钻杆的数量根据井斜大小以及井段长短确定）+Φ88.9mm加重钻杆*10柱+Φ88.9mm斜坡钻杆。

1.3.2 施工井段：6814.55-6953.00m，段长：138.45m。

1.3.3 增斜井段施工总结 增斜井段是本井施工的难点。在实际施工中，为了确保造斜率不落后，一开始采用了牙轮钻头加螺杆钻具的组合，以确定地层的实际造斜率。掌握了地层的造斜率后，可以很方便的更换钻具及钻头，在实际造斜率高的情况下，可以用底数度螺杆钻具进行滑动钻进和复合钻进相结合的钻进方式，调整轨迹，改善井下条件，达到变曲率的目的，有效地降低了摩阻和扭矩。在快到达水平段时有意识的略微提高垂深，降低井斜，为水平段复合钻进留下足够的余地。由于增斜施工井段较短，造斜率较高，准确判断井底的井斜大小是保证中靶的关键，也是水平段良好施工的开始。施工中定向技术服务人员认真及时分析实测的轨迹数据，总结出井下造斜工具的造斜率，及时预测中靶情况，卡准钻进井深，合理选择下一部施工所需的满足预测造斜率的螺杆钻具，制定合理有效的技术措施，与施工井队明确交底，密切配合，顺利完成了增斜段的施工。

1.4 水平段钻井技术

1.4.1 钻具组合：Φ149.2mmPDC+Φ120mm单弯（1.5°） +回压凡尔（311×310）+定向接头（311×310）+Φ88.9mm无磁承压钻杆+限流短节（311×310）+Φ88.9mm斜坡钻杆*25柱+Φ88.9mm加重钻杆*10柱+Φ88.9mm斜坡钻杆。

1.4.2 施工井段：6953.00-7453.00，段长：500.00m。

1.4.3 水平段的施工是该井的重点。水平段施工中，由于水平段比较长、扭矩比较大，后期摩阻也变大，为确保井下安全，严格按照设计轨迹钻进，尽可能的不用滑动钻进调整井斜和方位，多采用复合钻进，做到了轨迹平滑，同时强化钻井液管理工作，保证其具有良好的性能，通过短起下作业，大排量循环洗井，消除岩屑床，最大限度地保证了井下的安全，满足了施工的需要。

TP2CX井在水平段的施工中主要采取的措施包括：

①借鉴水平井在轨迹控制施工方面的成功经验，钻进方式和钻进参数要根据测斜数据随时调整，努力提高控制井眼轨迹控制的精确度。②根据井眼所处的实际位置，确定合适的钻进井斜范围，调整井眼在要求的轴线附近。③在施工中使用度数相同的螺杆钻具，这样不仅能够测算出精确的造斜率，还可以提高方位预测的可靠性。④使用小度数螺杆钻具，采用小钻压（40-60KN）、低转盘转速（小于26r/min）联合推进，这种方式不仅可以提高机械钻速，还能够避免粘卡及钻具事故的发生。⑤加强钻具倒换，进入水平段之前全部使用钻具探伤，最大限度的降低钻具的危险性。⑥根据实际情况，做好井下短起下钻工作，及时消除岩屑床，净化井眼。根据实际情况，做好井下短起下钻工作。⑦最大可能的简化钻具组合。⑧强化关于钻井液的管理工作，提高钻井液及净化的能力，尽量提高排量，充分携岩，确保井眼畅通、井下安全。

2 施工技术措施

2.1 TP2CX井是在原直井TP2井的基础上，施工的一口侧钻小井眼水平井，在施工中要按照设计控制好井身轨迹，确保井下安全，必须控制好增斜率。因此，选择合适的弯壳体螺杆和准确的预计井底的实际井斜，是增斜段成功的关键。如果要验证预计的井底数据，可采用通井时测多点的方法。

2.2 精确控制井眼轨迹，保障井下安全是斜井段阶段工作的重点，它为进入水平段提供了良好的施工条件。为了保证井眼畅通，防止卡钻和下钻遇阻划出新井眼，施工中必须严格按照设计方案进行，制定有效的技术保证措施。在实际的操作中针对出现的新情况，要及时采取行之有效的措施和方法，逐一解决，这样能够有效地提高中靶精度，为水平段的施工奠定良好的基础。

2.3 因造斜率的需要，在增斜井段的施工过程中，要全部使用螺杆钻具滑动钻进，因此井下易出现复杂情况。为了有效应对这些复杂情况，需要采取的主要措施包括：①在用螺杆钻具钻进时，尽量简化钻具结构，少用接头，用加重钻杆替代钻铤，全井全部采用一级斜台肩钻杆。②在井眼轨迹控制上，既要保证斜井段造斜率的需要，又要合理控制井眼曲率。③坚持定期倒换钻具，定期检测、检查、更换各种接头。一旦发现井下出现异常情况，要及时起钻检查，查明造成异常情况的原因。总的原则是在能够满足井眼轨迹所需的造斜率的前提下，以使用简单钻具组合及采用低度数的螺杆钻具为宜。

2.4 短半径水平井钻井，由于造斜需在很短的井段内完成，井眼曲率变化大，钻柱在造斜井段会产生较大的弯曲应力，容易造成钻具的疲劳损害；特别在钻柱旋转时，受交变应力影响，弯曲井段的钻柱极容易发生疲劳破坏，因此，施工中主意的问题主要有：每趟钻倒换弯曲井段的钻柱位置，避免了钻柱长时间上受交变应力作用，避免钻柱的疲劳失稳破坏；造斜段和水平段全部使用斜坡钻杆，加重钻杆放在直井段，减小钻柱磨擦，增加钻柱的抗压失稳能力。钻井过程中坚持短程起下钻和分段旋转洗井作业，以达到破坏岩屑床和携岩洗井的要求。

2.5 保证钻井液有足够的性和良好的携带岩屑性能，尽可能地满足施工的要求，在保证螺杆钻具及仪器正常工作的前提下，尽可能的使用大排量，钻进期间不做大幅度的钻井液性能调整。在水平段钻进时，岩屑反复研磨导致岩屑很细，要求除沙器24小时运转，及时使用离心机，除去泥浆中的有害固相。

3 结论与建议

①在该井工作中必须强调井下安全。该井的特点是增斜井段较长、造斜率偏高，为避免出现井下事故，准确控制井眼轨迹，应根据井下实际情况，及时采取短起下钻或通井的措施。②施工钻井队实际使用的Φ149.2mmHJS517G牙轮钻头寿命有限，其寿命平均为20个小时，这就增加起下钻次数，延长了钻井周期，增加了钻井难度。建议采用适合动力钻具使用的长寿命的高效钻头。③钻井液性能尤为重要，在保证钻井液性能的同时，还应注意泥浆的固相含量，因此，一定要使用并维护好固控设备。同时要根据井下的实际情况，及时进行短起下钻作业，消除岩屑床，保证起下钻作业的顺利进行。④在该井中使用了高温Slimpulse仪器无线测量系统，它的高可靠性、及时性、准确性，极大的方便了轨迹的控制，节约的大量时间，极大的提高了生产时效。高可靠性的仪器是现代钻井的利器，是现代钻井的必要装备，也是科学钻井的重要体现。⑤钻井液性能不但要满足携带岩屑，保证井下安全的要求，同时，还要做好油气层保护工作。⑥本井循环地层温度高达159°C，给施工带来了很大的难度，采用抗高温螺杆，保证了施工的顺利。

参考文献：

[1]闫德宝.小井眼开窗侧钻水平井钻井技术[J].西部探矿工程，2010（09）.

[2]龚雅明，张所生，杨龙，张庆华.小井眼开窗侧钻绕障水平井的施工工艺[J].钻采工艺，2006（03）.

[3]蒋海涛，山，韩振强，刘永峰.小井眼开窗侧钻井固井工艺技术[J].石油钻采工艺，2003（02）.