鉆水平井工藝

1、側鉆水平井工藝技術一、 套管開窗技術1.1開窗方式首先開窗點的選擇應保證軌跡能夠實現，開完窗后需穩(wěn)斜試鉆2030m，因為這一段受套管磁性干擾。套管開窗的方式有斷銑式開窗和斜向器開窗兩種。斜向器開窗是在套管內預定位置下入帶有卡瓦錨定功能的導斜裝置。斜向器下入預定井深，用陀螺定向儀器使斜面朝著設計方位，然后打壓坐封錨定卡瓦與套管固定在一起。錨定后斜向器不能上下移動和左右轉動。最后借助斜向器的斜面用銑錐在套管內開出一個具有一定長度而且平滑的窗口。圖1.斜向器開窗示意圖1.2開窗鉆具選擇一般在工程設計的開窗鉆具組合形式為：118.0mm鉆絞式銑錐+73.0mm加重鉆桿×20m+73.0mm鉆

2、桿+76.2mm方鉆桿表1.2008年井下作業(yè)公司開窗效果統計井號鉆具組合開窗耗時開窗趟鉆窗口地層作業(yè)井隊C1061118mm鉆絞式銑錐+73mm加重鉆桿2根+73mm普通鉆桿約80h2西山窯C08343LU3107118mm鉆絞式銑錐+73mm加重鉆桿3根+73mm普通鉆桿約48h2呼圖壁C12340LU3057118mm鉆絞式銑錐+73mm加重鉆桿20根+73mm普通鉆桿18h1呼圖壁C08343LU9164118mm鉆絞式銑錐+73mm加重鉆桿20根+73mm普通鉆桿29h1K1h2 7C08340LU1154118mm鉆絞式銑錐+73mm加重鉆桿10根+73mm普通鉆桿27h1K1h1

3、 5C08340從上表中不難看出，使用20m加重鉆桿的效果并不是很理想，中和點在剛性較小的普通鉆桿上的話，容易使鉆具受交變應力而同時出現公轉與自轉，影響開窗作業(yè)的順利進行以及擾亂開窗方位的準確性。因此，推薦在開窗時底部多加加重鉆桿。一方面，保障開窗作業(yè)的順利進行和開窗穩(wěn)定；另一方面，可以一次性將需要使用的加重鉆桿拉上鉆臺，以免分多次拉鉆桿（就陸梁作業(yè)區(qū)側鉆情況來說，基本上加重鉆桿的使用都是10-20根）。1.3開窗參數的選擇將銑錐下入預訂位置后，應先使用配置好的泥漿提出井內的清水，確保在進行開窗作業(yè)時有足夠的粘度和切力達到懸浮鉆屑的目的，保證鉆屑順利攜帶出井筒。開窗初期，為了有效的在套管內壁磨

4、出窩狀接觸面，控制鉆壓510KN，轉盤速度40r/min左右，輕壓慢放，避免蹩跳。當銑錐磨穿套管，進入地層（首先接觸水泥環(huán)，根據鉆屑判斷），該階段為銑錐騎套管階段，可逐步增加鉆壓至1525KN，鉆速提高至5060r/min，磨銑至銑錐完全進入地層。之后再將鉆壓降至1020KN,轉速為60 r/min，繼續(xù)鉆進至設計開窗井深，需要強調一點的是：如果原井固井質量不是很好，可以根據實際情況適當增加鉆進深度，因為銑錐鉆進的穩(wěn)斜效果加之使用PDC鉆頭鉆進要好，繼續(xù)鉆進一段距離有利于軌跡迅速遠離原井套管。開窗結束后，鉆壓降為510KN，轉盤鉆速提高到8090 r/min來回反復修窗至上提下放鉆具無碰掛現象

5、后大排量洗井干凈，提鉆。1.4注意事項1.開窗作業(yè)之前，一定要先做好替漿作業(yè)，并且在開窗過程中保證泥漿排量、泥漿泵工作正常，避免鉆屑無法及時攜帶出造成重復磨銑、卡鉆、蹩跳等復雜情況；2.開窗過程中密切關注鉆屑情況，若大部分鉆屑為粉狀，則表示鉆壓過小，需適當增加鉆壓；若大部分鉆屑為塊狀，則表示鉆壓過大，需適當降低鉆壓；正常開窗時，大部分鉆壓為長絲狀。同時，要注意鉆壓的使用要避免嚴重蹩跳。3.開窗作業(yè)對定向方位的影響。開窗的時候，銑錐和斜向器、套管相互摩擦，期間的摩擦力肯定相當大。這與銑錐和斜向器摩擦后分析所得結果一致。當銑錐與斜向器摩擦時，由于銑錐為正轉，兩者之間的摩擦力有使斜向器正轉的趨勢，當

6、斜向器固定不夠牢固時，就偏離原方向并向方位增大方向移動。如圖2。開窗方位設計方位銑錐轉動方向設計方位在銑錐摩擦的帶動下斜向器的移動趨勢銑錐圖2 開窗過程對斜向器方向的影響因此，在開窗過程中一定要避免過大鉆壓的出現，鉆壓越大，銑錐與斜向器之間的摩擦力越大，越容易造成斜向器旋轉。另外，在陀螺定向時可以通過一個較設計開窗方位小的角度修正值來平衡開創(chuàng)過程中造成的影響。根據現場經驗，這個修正值一般選擇30-40°。4.雙層套管開窗、套管外無水泥或者固井質量不合格的套管開窗等特殊情況，可根據實際情況與分公司相關領導與技術人員分析討論后選擇合適的工具和方式進行開窗作業(yè)。二、軌跡控制技術2.1軌跡設

7、計的分析與優(yōu)化拿到設計的第一步，是認真分析和了解設計情況，掌握設計中的重點要求和難點問題，做到胸有成竹，然后才可以在施工過程中做到游刃有余。由于設計軟件的局限性，在進行側鉆井軌跡設計時，難免出現一些不利于實鉆過程中軌跡控制的因素。表2.LU2034工程設計軌跡數據井深井斜方位角垂深位移北坐標東坐標井眼曲率段長(m)(°)(°)(°)(m)(m)(m)(°/30m)(m)1275.002.49189.571274.953.96-1.02-3.830.000.001305.002.49189.571304.924.66-2.31-4.050.0030.001

8、309.440.55320.761309.364.72-2.38-4.0819.474.441449.1890.43189.571398.1091.97-89.89-19.4819.49139.741529.2090.43189.571397.50171.94-168.79-32.790.0080.02圖3.LU2034井軌跡設計垂直投影圖如上表所示：使用的北京鑫磊時代的軌跡設計軟件設計軌跡時，為了實現精確中靶，軟件會自動生成一段降斜井段，若不能及時發(fā)現，則會對后續(xù)的軌跡控制帶來很大的麻煩。表3.使用別的軟件進行優(yōu)化設計后的軌跡數據圖4.優(yōu)化后的軌跡垂直投影圖對比可以看出，使用軌跡優(yōu)化設計能夠

9、有效的消除降斜段，使得現場技術人員能夠更加直觀的進行軌跡控制和預測。優(yōu)化設計方法：以原設計為基礎，進行軌跡優(yōu)化設計。可以采取延長試鉆段或者進行軌跡分段設計來消除該降斜段。2.2螺桿鉆具的選擇在軌跡控制段，鉆具組合的優(yōu)選就更加重要了，首先要進行動力鉆具的選擇，動力鉆具的造斜能力要與設計相符合，現場上一般選用的螺桿的造斜能力應該在設計造斜率的1.11.2倍，這樣可以達到較少的趟鉆完鉆，縮短鉆井時間，避免了一些裸眼段長時間暴漏產生復雜情況的可能。為了滿足現場需要，建議準備系列造斜率的螺桿鉆具，這樣避免高造斜率螺桿鉆具和低造斜率鉆具頻繁交替使用，影響軌跡預測、儀器的測量精度、局部過大的狗腿度、鍵槽的產

10、生和作業(yè)周期增長等。2.3鉆桿的選擇在小井眼中，巖屑床影響更加嚴重，摩擦阻力更加突出，為了解決這些問題，除了從鉆井液著手外，還得考慮鉆具使用是否合理。結合國內外經驗，目前一般要求現場必須配備一定量的加重鉆桿和斜坡鉆桿。兩者的接箍都是具有坡度的，從而鉆壓傳遞易，能降低移動中的摩阻和巖屑的局部集中，保護井壁的穩(wěn)定，同時具有很好的抗壓抗扭作用，現在在側鉆井施工中廣泛應用?，F場施工中，通常要求在小角度鉆進階段（現場一般以50°左右劃分），加重鉆桿配在下面，有利于向鉆頭加壓，而在大角度時候，鉆桿的重量主要表現為井壁上的壓力，傳遞鉆壓的能力明顯降低或沒有了，因此必須進行鉆具倒裝，這樣可以達到降低

11、摩阻的目的，降低鉆井風險。下面所介紹的鉆具組合分別應用于小角度和大角度井段117.5mm PDC鉆頭+95.0mm單彎外殼螺桿鉆具+定向接頭+無磁加重鉆桿+73.0mm加重鉆桿+73.0mm斜坡鉆桿+73.0mm鉆桿+76.2mm方鉆桿117.5mmPDC鉆頭+95.0mm單彎外殼螺桿鉆具+定向接頭+無磁加重鉆桿+73.0mm斜坡鉆桿+73.0mm加重鉆桿+73.0mm鉆桿+76.2mm方鉆桿在現場實際施工當中，如果全井造斜率高，現有螺桿鉆具造斜能力相對富余較少，則可直接使用倒裝鉆具組合。2.4造斜過程中的軌跡監(jiān)控與實時調整確定好造斜方案之后，現場軌跡控制技術人員必須實時做好監(jiān)控工作，以便在發(fā)

12、生異常情況時及時作出調整，保障造斜作業(yè)按照設計順利進行，避免出現復雜情況。首先，要求司鉆人員嚴格按照技術人員給定的工具面及其他參數進行鉆進作業(yè)，嚴禁在工具面異常或者工具面未能及時更新時盲目鉆進。第二，按照要求及時做好測斜工作，必要時需進行加密測斜。技術人員要根據測斜數據及時做出預測與計算，以確定下步施工措施。第三，作為現場技術人員需要有大局觀，需實時考慮整個鉆進過程的實施。2.5合理選擇電測位置，減少起下鉆趟數根據地質設計要求，陸梁地區(qū)側鉆水平井一般要求對開窗點至靶前20米進行包括連續(xù)井斜、伽馬、自然電位、雙側向在內的四項電測。在現場軌跡控制當中，現場技術人員應根據實際造斜情況來決定電測井深。

13、電測井深選擇依據：1、以地質設計要求為基準，圍繞在中靶前20米左右選擇；2、由于電測儀器的滯后影響，電測井深應滿足在垂深上能夠滿足電測后的圖紙分析要求；3、由于設計造斜率與螺桿鉆具實際造斜率之間的差異，電測井深應當考慮電測前后的造斜率要求，盡量減少提下鉆趟數。2.6.注意事項2.6.1調整工具面以正轉轉盤為主。對于砂巖等可鉆性好的地層，應采用控時鉆進技術，有進尺即可，以盡量減少無控進尺。鉆進過程中采用帶壓微調技術，轉盤轉動角度左右30°為限，通過微調轉盤，調整工具面的變化趨勢，使工具面在所期望值20°左右擺動。帶壓倒轉一次不超過30°，連續(xù)倒轉不超過90°

14、;。若帶壓倒轉效果不明顯，可上提鉆具，根據實際情況，可再倒轉后在加壓，也可直接加壓。多次微調后擺正工具面。工具面擺正后盡量控制好鉆壓，不要使扭矩過大而使鉆具反轉。調整工具面經常要耗費大量時間，造成一些無控進尺。2.6.2 鉆完一單根后需劃眼順暢后再加單根繼續(xù)鉆進。及時消除巖屑堆積，井眼不規(guī)則的情況。2.6.3井眼環(huán)空小，控制井漏、卡鉆等工程事故難度比較高 井眼環(huán)空小，使得井內相對大井眼來說比較微小的壓力變化也可能給井壁造成比較大的傷害，影響井壁的穩(wěn)定；而在如此小的環(huán)空內，井壁稍微不穩(wěn)定就可能導致卡鉆、井漏等事故的發(fā)生。在現場實踐中，總結出來一些預防工程事故的方法，簡要介紹如下：（1） 加強對泥

15、漿的動態(tài)監(jiān)控。根據所鉆遇的地層，及時調整泥漿的性能，以確保地層的穩(wěn)定性；（2） 確保固控設備的正常運轉，保證泥漿的固相含量處于一個比較低的水平，減少對井壁的沖刷；（3） 精細劃眼，在情況允許的情況下采用動轉盤劃眼，增加井眼直徑，提高井眼質量；（4） 平穩(wěn)開泵；井內靜止時間比較長時先小排量洗井循環(huán)泥漿，使泥漿的粘度達到設計值后在增加到正常排量，這個過程應該密切監(jiān)控；（5） 采用適當降低脈沖主閥頭直徑（以減小脈沖幅度，使脈沖幅度從鉆井中的1000kpa以上降低到800kpa以下），適當降低脈沖檢測門限等手段減小井內壓力變化幅度。（6） 在做工程設計時，盡量避免大斜度井段通過疏松地層，如煤層等。2.

16、6.4復合劃眼鉆具比較容易疲勞損害相比一般情況下的裸眼水平井，側鉆水平井所用的螺桿角度都比較大，在造斜段，2°以下的螺桿很少使用。加之鉆具直徑小，抵抗各種損害的能力下降，所以很容易發(fā)生鉆具事故。造斜鉆進過程中，容易出現造斜率過高造成后續(xù)無法中靶的現象，但是，使用大斜度螺桿鉆具進行復合鉆進的風險很大，鉆具折斷事故在我們的施工過程當中也是屢見不鮮。因此，出現造斜率過高時，推薦使用更換螺桿鉆具的方式處理。如果必須使用大角度螺桿鉆進，需注意以下幾點：（1）復合鉆進要選擇在地層松軟的泥巖層進行，盡量降低鉆進時螺桿鉆負荷；（2）復合鉆進前先試動轉盤數圈，確認無“倒車”現象后再下放鉆具鉆進；（3）

17、復合鉆進時控制鉆壓不超過20KN，保持鉆頭吃入地層量少，降低鉆進時螺桿鉆負荷；（4）控制復合鉆進量和鉆進時間，單次復合鉆進進尺不得超過2m。當復合鉆進出現頻繁蹩跳時，應停止鉆進，更換螺桿鉆具繼續(xù)鉆進。三、 中靶選擇側鉆水平井靶窗較小，尤其是垂向誤差許可范圍僅為上下0.5m，且通常情況下側鉆水平井的造斜率都較高，因此，需要提前做好中靶準備，確保鉆遇油層后能夠及時調整好軌跡實現中靶。一般來說，陸梁作業(yè)區(qū)的側鉆水平井地質設計油層位置較為精確，彩南等地區(qū)則不然，對技術人員來說是更大的考驗。對于設計造斜率較小的井，可以使用提前中靶的方式，對于造斜率較高的井，在必要的條件下，可以申請滯后中靶。所謂提前中靶

18、，是指在未鉆至設計靶區(qū)的水平位移時，將垂深與井斜角調整至設計中靶要求，然后使用符合鉆進中靶直至完鉆。滯后中靶則反之，一般不使用。四、半程固井技術側鉆水平井半程固井是將造斜段注水泥固井技術與水平段割縫篩管防砂完井技術結合在一起的一項完井新技術。該技術主要是在油層段下入篩管(或濾砂管),不進行注水泥固井,防止水泥漿污染油層,以達到保護油層的目的,根據水平段分段開采需要下入套管外封隔器,實現水平段的有效卡封、分層,以滿足油井分層處理、開采要求。然后對篩管頂部進行注水泥固井,以實現造斜段水層、氣層的有效封堵,滿足造斜段油層有效開發(fā)的需要。其施工工藝是先將完井管柱下至水平段末尾,首先座掛液壓式尾管懸掛器

19、，再升壓膨封造斜段下部水利擴張式管外封隔器,然后升壓打開壓差式分級箍,對造斜段注水泥,封堵油水干擾層。最后鉆固井盲板、通井至井底，最后完成替漿作業(yè)。圖5.側鉆水平井完井結構圖51/2×31/2尾管懸掛器座掛井深1420m斜向器座掛井深1453m31/2套管31/2壓差式分級箍31/2管外封隔器31/2篩管×1767m4.1完井施工前的準備工作完井前的準備工作主要包括刮削、稱重、鉆桿試壓、通井作業(yè)。刮削位置選擇為尾管懸掛器上下10m范圍；刮削鉆具為尾管送入鉆具；鉆桿試壓結束后，在正常循環(huán)之后，應稱取送入鉆具重量，為后續(xù)的丟手工作做準備。另外就是尾管吊卡、哈里伯頓膠、水泥頭等工

20、具的準備。4.2完井施工設計完井施工設計需包含以下內容：1、該井的基本情況，包括泥漿性能等；2、完井管串設計，管串設計有幾點原則：（1）懸掛器必須在斜向器之上與原套管有50多米的重合，確保對裸眼段實現良好的封固作用，懸掛位置需避開套管節(jié)箍。（2）分級箍和管外封隔器之間如果連在一起，則長度和剛度將增大許多，會增加下入風險，要用合適的套管進行過渡來增加局部柔韌性。（3）盲板底部必須設計一段套管，避免鉆穿盲板直接進入篩管，避免卡鉆事故的發(fā)生和對篩管造成損害。（4）管外封隔器位置的確定，使其位于油層頂界之上的蓋層中，這樣既可以起到封堵水泥漿下移，又可以延長管外封隔器的使用壽命。3、固井設計，包括水泥漿

21、性能、用量、以及施工步驟和注意事項。圖6. 部分完井工具圖管外封隔器尾管懸掛器壓差式分級箍4.3完井管串的下入 在井內也穩(wěn)定，一切準備工作就緒的條件下，組織完井管串的下入。 完井管柱下入原則： 1、所有入井管柱必須是合格的。 2、入井管柱要求扣的連接必須達到設計要求。 3、入井管串下放速度必須慢，防止產生過大的激動壓力壓漏地層，同時下放過程中注意觀察鉆井液井口返出情況，確保井內穩(wěn)定。4、及時灌液，往管柱內灌液時灌入排量要小，及時脫掉管柱內氣體，防止氣體帶到井下引起復雜情況。5、管外封隔器通過窗口時下放速度更加嚴格，防止出現管外封隔器受到傷害，影響封隔器的分隔質量，大管柱進入裸眼段下放速度要慢于

22、套管內。6、管柱快要到設計位置時，最好不要進行探底，防止出現上提遇阻，無法按設計施工，甚至造成無法施工的后果。4.4坐掛懸掛器,釋放尾管完井管柱下到設計位置，連接正打壓管線，泵車打壓坐掛懸掛器。下放鉆柱，下放懸重下降，證明已懸掛；倒扣使內外管脫離，釋放尾管。上提鉆柱,懸重下降，證明已經完全倒扣，尾管釋放成功。下放管柱到原位置，開始脹封封隔器，封隔器完全脹封后，繼續(xù)升高泵壓，在升壓過程中壓力突降，鉆井液出口開始有返液，證明分級箍打開。隨后循環(huán)洗井，調整好泥漿性能，脫去井內氣體。若管柱下入到位之后，需長時間等待泵車，在井隊泥漿泵能夠滿足泵壓控制要求的情況下，可以選擇使用泥漿泵進行該步作業(yè)。4.5注

23、水泥由于小井眼固井，環(huán)形空間比較小，要保證固井質量，目前現場施工人員能做的是：水泥漿、前置液進行優(yōu)選，現場注入的水泥漿漿態(tài)良好；水泥漿體系中加入一定量的纖維可以改善水泥環(huán)的膠結質量和防漏的作用；保證施工設備正常，確保作業(yè)連續(xù)。適當延長候凝時間，延后打通油氣通道時間，則是另一改善固井質量的途徑。施工程序：首先注入前置液，然后注入水泥漿，接著頂替液將水泥漿頂替到位，上提鉆具排出多余的水泥漿，提鉆候凝。4.6打通油氣通道首先要選擇合適的磨銑工具，現場可選用高效平磨。打通油氣層通道的過程中，現場上使用的鉆具組合之一：68.3mm平磨+50.3mm地質鉆桿+轉換接頭+73mm普通鉆桿串由于地質鉆桿柔性大

24、，其節(jié)箍具有臺階，在通過懸掛器喇叭口時，容易擔住，不能正常下入，建議這樣的下鉆遇阻可通過正向旋轉鉆具引導其進入。鉆進過程中，要觀察扭矩的大小，避免在底部卡死。過大的扭矩輕者造成地質鉆桿接頭產生蘑菇頭，重者造成井下復雜事故。4.7注意事項1、嚴格按要求做好下管柱前的準備工作；2、嚴格按照設計做好下管柱工作，避免漏下、多下、和下入不合格管柱（包括管柱堵塞）；3、按照完井工程師的要求做好懸掛、座封、和開分級箍作業(yè)，施工過程中注意控制好壓力；開啟分級箍時嚴格控制壓力，避免壓力過高憋漏地層；一般先打壓至15MPa，若未能打開，則緩慢增加壓力直至開啟；4、固井前召開固井施工會議，由固井工程師統一指揮固井作業(yè)，其他人員負責好各自工作內容；5、分級箍、盲板等關鍵位置抹好哈里伯頓膠、避免打通道時出現松口現象；6、候凝時間滿72小時后方可進行打通道作業(yè)。附：側鉆水平井完井施工步驟一、前期準備：用送入鉆具刮壁，接方鉆桿洗井結束后記錄停泵狀態(tài)時的懸重。雙扶正器通井至暢通，短提至窗口后干通至井底。通鉆具，所有鉆具最小內徑應能滿足膠塞通過。完井工具準備，地面檢查，配完井結構數據，懸空不小于1米，送入鉆具最后一根高出轉盤面0.80.9米。井隊準備：管材、油管短節(jié)、井口工具（包括油