孟衛(wèi)東，周 代，楊少春，張 宇，梁國進(jìn)，王海娟

（1.中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南南陽 473132； 2.中國石化河南油田分公司工程技術(shù)管理部，河南南陽 473132）

下二門區(qū)塊下T5-241 井于1994 年完井，一開采用φ273.1 mm 套管下至173.94 m，二開采用φ 139.7 mm（壁厚7.72 mm）的套管下至1 491.94 m，井底最大井斜7.90°。受井下套管錯(cuò)斷影響，已無繼續(xù)生產(chǎn)潛力。經(jīng)論證認(rèn)為，可利用該井側(cè)鉆一口新井以提高斷層夾持區(qū)域的儲(chǔ)量動(dòng)用程度。

下二門區(qū)塊漏失壓力系數(shù)低，最低漏失壓力系數(shù)僅為1.43，受老井油層套管規(guī)格限制，側(cè)鉆井段采用φ118.0 mm 鉆頭鉆進(jìn)。下T5-241C1 井首次采用φ101.6 mm 尾管，理論環(huán)空間隙僅為8.2 mm。環(huán)空間隙小會(huì)導(dǎo)致鉆井、固井過程中循環(huán)壓耗高，漏失風(fēng)險(xiǎn)加大；水泥環(huán)薄、油水層復(fù)雜、固井質(zhì)量不高，這些將直接影響后期分采效果。為此，分別采取了側(cè)鉆軌跡設(shè)計(jì)、擴(kuò)眼降耗、堵漏提高承壓能力。

1 側(cè)鉆井眼軌跡設(shè)計(jì)

軌跡設(shè)計(jì)堅(jiān)持“側(cè)鉆段工程質(zhì)量好、側(cè)鉆軌跡操作性好”的原則。開窗點(diǎn)優(yōu)選在地層穩(wěn)定且可鉆性好，固井質(zhì)量好，同時(shí)避開套管重合段、套管接箍、短套管及扶正器，在套管接箍以下3～7 m 處的位置。井眼軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，井斜盡量控制在45°以內(nèi)，開窗段的造斜率為25°/100 m，側(cè)鉆段的造斜率控制在20°/100 m 以內(nèi)（表1）。

表1 下T5-241C1 井軌道設(shè)計(jì)參數(shù)

2 擴(kuò)眼降耗

小井眼和常規(guī)井眼存在很大的差異，導(dǎo)致小井眼循環(huán)壓耗計(jì)算模型與常規(guī)鉆井井眼循環(huán)壓耗計(jì)算模型也存在差異[1-2]。為了準(zhǔn)確計(jì)算小井眼的循環(huán)壓耗，除了考慮常規(guī)因素外，還要考慮鉆柱偏心、旋轉(zhuǎn)、鉆桿接頭、壓力、溫度等因素對(duì)環(huán)空壓耗的影響。下二門區(qū)塊井深較淺，溫度、壓力對(duì)環(huán)空壓耗的影響程度可忽略不計(jì)，本文采用的壓耗計(jì)算模型[3]如下式：

式中：P 為環(huán)空壓耗，MPa；f 為摩阻系數(shù)，無量綱；L為井段全程長度，m；V 為平均流速，m/s； Do為井筒內(nèi)徑，mm； Dp為鉆柱外徑，mm；ρ 為鉆井液密度，g/cm3；R 為偏心因子，無量綱；k′為旋轉(zhuǎn)因子，無量綱。

層流下的偏心因子計(jì)算模型為：

根據(jù)文獻(xiàn)[3]的研究結(jié)果，得出鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)環(huán)空 壓力損耗與鉆柱不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)環(huán)空壓力損耗之比值為：

式中： Rlam為層流下的偏心因子，無量綱； λav為偏心度，無量綱； λmax為最大偏心度，無量綱； Ro為井眼半徑，mm；Rc為穩(wěn)定器或者外加厚接頭的半徑，mm； Ri為鉆柱半徑，mm；n 為流型指數(shù)，無量綱；di為彎曲環(huán)空壓力梯度，MPa/m； do為同心環(huán)空壓力梯度，MPa/m。

在給定排量、鉆井液性能、管柱結(jié)構(gòu)、井眼規(guī)格尺寸等參數(shù)的情況下，利用式（1），分別計(jì)算擴(kuò)眼和不擴(kuò)眼的情況下，尾管下至井底的水力參數(shù)，計(jì)算數(shù)據(jù)見表2 和表3。

表2 φ101.6 mm 套管下至井底參數(shù)（不擴(kuò)眼）

表3 φ101.6 mm 套管下至井底參數(shù)（擴(kuò)眼）

計(jì)算可知采用φ101.6 mm 尾管，擴(kuò)眼的情況下環(huán)空壓耗、井底當(dāng)量密度明顯比不擴(kuò)眼低。為降低循環(huán)壓耗，防止漏失，本井采用液壓可伸縮擴(kuò)眼工具，將裸眼段井徑擴(kuò)至φ140.0 mm（圖1）。

圖1 液壓可伸縮擴(kuò)眼工具示意圖

擴(kuò)眼作業(yè)分為初始造臺(tái)階階段和正常擴(kuò)眼作業(yè)階段。初始造臺(tái)階是將工具下至設(shè)計(jì)擴(kuò)眼位置，啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤并開泵，開泵時(shí)注意觀察立管壓力表。小井眼處，當(dāng)鉆井液流經(jīng)噴嘴時(shí)，在噴嘴處產(chǎn)生壓降，作用在活塞上，對(duì)活塞產(chǎn)生推力，活塞推動(dòng)刀片外伸擴(kuò)孔，當(dāng)初始造臺(tái)階完成后，刀片完全張開。此時(shí)，在調(diào)壓桿的作用下，壓力將下降1～2 MPa。

初始造臺(tái)階完成后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)工具20～30 min，以修整臺(tái)階。正常擴(kuò)眼作業(yè)是初始造臺(tái)階完成后，加壓進(jìn)行擴(kuò)眼。鉆壓由小到大，逐步增加，以尋找擴(kuò)眼作業(yè)速度較理想的最佳鉆壓和轉(zhuǎn)速。推薦擴(kuò)眼參數(shù)：鉆壓5～20 kN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)55～60 r/min，排量10～14 L/s。推薦鉆具組合：領(lǐng)眼鉆頭+擴(kuò)眼器+φ73.00 mm加重鉆桿+φ73.00 mm 鉆桿。

實(shí)際完鉆后，通過裸眼井徑測(cè)井可以看出，窗口為橢圓形狀，短軸長124 mm，不擴(kuò)眼的平均井徑為φ128.3 mm，擴(kuò)眼后的平均井徑為φ146.6 mm，擴(kuò)眼效果較好。

3 堵漏提高承壓能力

參照區(qū)塊地層漏失壓力系數(shù)、試驗(yàn)井漿密度1.100 g/cm3，折算管鞋處當(dāng)量密度后，井口實(shí)際加壓3.6 MPa。10 min 后井口壓力穩(wěn)定在2.2 MPa，折算管鞋處當(dāng)量密度僅為1.430 g/cm3。而在擴(kuò)眼的情況下尾管下至井底，采用4 L/s 循環(huán)時(shí)管鞋當(dāng)量密度已經(jīng)達(dá)到1.480 g/cm3，可見采取堵漏提高承壓能力技術(shù)提高地層承壓能力勢(shì)在必行[4-8]。

T5-241 井?dāng)U眼完鉆后，采用光鉆桿鉆具下至井底，全裸眼段堵漏承壓的技術(shù)方案。根據(jù)地層孔隙度、滲透率、孔喉尺寸等關(guān)鍵巖性參數(shù)，優(yōu)選堵漏材料、優(yōu)化堵漏漿配方，提高堵漏漿的承壓能力。具體堵漏配方為：井漿+FD-1+FD-2+QS-2+QS-1。其中，F(xiàn)D-1 的粒徑不超過1 mm，F(xiàn)D-2 的粒徑不小于1 mm 且不超過4 mm，QS 粒徑為0.5～30μm 。

實(shí)際提高承壓能力過程中，第一次采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)22%的堵漏漿，承壓當(dāng)量密度提高到1.770 g/cm3，尚不能滿足固井承壓當(dāng)量的要求。第二次增加QS-2 的量，同時(shí)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的堵漏漿，承壓當(dāng)量密度提高到1.850 g/cm3，井筒承壓能力滿足了固井要求。兩次提高承壓能力過程采取先替后擠的方式，通過優(yōu)化單次擠入量、擠入排量，并升壓控制，防止壓裂地層等措施。

4 小間隙固井

裸眼井段擴(kuò)眼以后，很大程度上降低了井底循環(huán)當(dāng)量密度，提高了裸眼段環(huán)空間隙，為固井提供了良好的井筒環(huán)境。但區(qū)塊整體地層漏失壓力低，固井作業(yè)依然面臨嚴(yán)峻的漏失風(fēng)險(xiǎn)。為此，在堵漏提高承壓能力的同時(shí)，優(yōu)化了套管重疊段長度，采用小間隙套管扶正技術(shù)及低密度高強(qiáng)度水泥漿體系，優(yōu)化固井施工排量、優(yōu)選井口加壓方式，通過這一系列優(yōu)化措施，確保了固井質(zhì)量合格。

4.1 優(yōu)化套管重疊段長度

尾管懸掛器采用卡瓦式懸掛器，套管重疊段太短會(huì)對(duì)重疊段的封固效果不利，重疊段太長則循環(huán)壓耗高，增加漏失風(fēng)險(xiǎn)。為此，采用上述壓耗計(jì)算公式，計(jì)算了循環(huán)排量為 7 L/s 情況下，套管重疊段分別為150，100，50 m 情況下的水力參數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 不同套管重疊段長度下的水力參數(shù)計(jì)算

在相同的循環(huán)排量下，隨著套管重疊段的減少，環(huán)空壓耗、井底當(dāng)量密度、管鞋處當(dāng)量密度降低，為兼顧重疊段封固質(zhì)量，降低循環(huán)壓耗，綜合考慮采用100 m 的套管重疊段。

4.2 小間隙套管扶正

針對(duì)φ101.6 mm 套管還無成熟的套管扶正器，為最大化提高尾管居中程度，采取了管體焊接扶正塊的方式提高油層井段套管居中度。扶正塊規(guī)格：長85 mm，寬25 mm，厚4 mm。焊接方法：軸向每隔1.3 m 焊接一個(gè)，徑向相互間隔72°，每根套管焊接5 塊，分布于管體中間。具體添加位置以實(shí)際油層位置為準(zhǔn)（圖2）。下一步將采用套管柱加裝整體式扶正短節(jié)的方式提高套管的居中度，短節(jié)有效長度為450 mm，扶正塊最大外徑為116.0 mm，最長40 mm。

4.3 低密度高強(qiáng)度水泥漿體系

圖2 整體式扶正短節(jié)示意圖

下二門區(qū)塊的地層承壓能力低，為此研究了一套當(dāng)量密度為1.600 g/cm3的防竄水泥漿體系，具體參數(shù)見表5。該體系具有密度低、強(qiáng)度高、井底當(dāng)量密度低的特點(diǎn)，能滿足低承壓區(qū)塊固井的需要。

表5 防竄水泥漿體系性能參數(shù)（當(dāng)量密度1.60 g/cm3）

4.4 優(yōu)化固井施工排量

基于當(dāng)量密度1.600 g/cm3的防竄水泥漿體系，計(jì)算了固井過程中水力參數(shù)，施工排量為5 L/s，立壓4.08 MPa，環(huán)空壓耗2.28 MPa，井底當(dāng)量密度1.670 g/cm3，管鞋當(dāng)量密度1.740 g/cm3。

計(jì)算結(jié)果顯示，施工排量為5 L/s 時(shí)，井底當(dāng)量 密度為1.670 g/cm3，也就是不同的水泥漿密度、頂替排量，對(duì)于井底當(dāng)量密度、管鞋處當(dāng)量密度影響很大。固井施工中雖通過堵漏承壓后井底當(dāng)量密度提至1.85 g/cm3，考慮到預(yù)留施工安全空間，建議施工排量控制在5 L/s 以下。固井前應(yīng)根據(jù)實(shí)際井筒承壓能力，選擇合適的水泥漿體系。施工過程中，在排量上限范圍內(nèi)，精準(zhǔn)控制、靈活調(diào)整作業(yè)排量，降低井底施工壓力，防止漏失。

4.5 優(yōu)選井口加壓方式

為防止候凝過程中水泥漿失重導(dǎo)致地層流體侵入，影響固井質(zhì)量，目前常采用固井后井口加回壓、水泥漿領(lǐng)漿多返、井口循環(huán)等三種井口加壓方式。前兩種井口加壓方式存在明顯的技術(shù)弊端，不適用于低承壓區(qū)塊尾管固井，而拔完中心管后循環(huán)產(chǎn)生壓耗給井底提供附加當(dāng)量密度的加壓方式，可以靈活調(diào)整循環(huán)排量來控制壓耗，同時(shí)減少掃塞的工序，優(yōu)勢(shì)明顯。采用上述壓耗計(jì)算公式，計(jì)算拔完中心管后，不同循環(huán)排量下的環(huán)空壓耗，并折算不同位置的當(dāng)量密度（表6）。

通過應(yīng)用以上技術(shù)措施，順利完成了鉆井施工作業(yè)，固井后采用聲幅-變密度測(cè)井方法綜合評(píng)價(jià)固井質(zhì)量為合格。T5-241C1 井投產(chǎn)以來，累計(jì)產(chǎn)液約1 860 t，累計(jì)產(chǎn)油約320 t，其中最高日產(chǎn)油8.3 t，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了良好效果。

表6 拔中心管循環(huán)加壓水力參數(shù)

5 結(jié)論

（1）φ101.6 mm 尾管適用于承壓能力較低地層的井，擴(kuò)眼作業(yè)可有效降低循環(huán)壓耗，增加環(huán)空間隙，可為固井提供良好的井筒條件。

（2）T5-241C1 井施工順利，投產(chǎn)后效果良好，表明側(cè)鉆工藝配套技術(shù)很好地適應(yīng)了低承壓區(qū)塊側(cè)鉆井的工藝要求。