宋光立，裴今朝

（中海油田服務股份有限公司，天津 300452）

套管開窗側鉆井具有單井費用低、中靶精度高、經(jīng)濟可采剩余油富集規(guī)模要求小等優(yōu)勢，特別適合挖掘斷塊小屋脊、小夾角、小高點、井間滯留區(qū)等小規(guī)模剩余油富集區(qū)，提高儲量動用程度，是老油田盤活低產井、停產井、報廢井、提高采收率的重要手段[1]。由于油層套管內開窗側鉆井受原井眼尺寸限制，通常側鉆井眼比較小，再下入的套管柱與井壁之間環(huán)形間隙小，一方面導致固井水泥環(huán)薄，容易造成管外竄；另一方面注水泥施工壓力高，容易壓漏地層，導致頂替效率低，環(huán)空水泥填充不充分，嚴重影響固井質量[2]。此外，采用小井眼進行的側鉆井段如存在井壁穩(wěn)定差、壓力窗口窄等不利因素，其卡鉆概率和井漏風險較常規(guī)井眼更高，同時也存在定向井軌跡控制難題[3]。而采用擴眼技術可增加小井眼環(huán)空間隙，增大水泥環(huán)厚度，提高固井質量和保護油層套管，是保障油氣井井身質量、作業(yè)安全和高效作業(yè)的最優(yōu)技術方案[4-5]。

伊拉克M 油田位于扎格羅斯山前構造帶前緣，第三系以上為巨厚鹽膏層，其鹽下地層多為裂縫性碳酸鹽巖，區(qū)域構造應力復雜，已鉆直井井下出現(xiàn)復雜情況和事故平均3.76 起/井，鹽下裂縫性地層在鉆進過程中發(fā)生漏、塌、卡等占全井復雜情況和事故的一半以上[6]。而投產于20 世紀70 年代的F19S 井是一口因低產而長期關停井，根據(jù)大修方案，該井需要在垂深3500m 以下的6-5/8″油層套管內開窗側鉆5-1/2″井眼，下4-1/2″尾管固井，檢測固井質量合格后射孔完井。由于本井側鉆井段為鹽下裂縫性地層，開窗點深、壓力窗口窄、井壁穩(wěn)定性差，再加上在非標5-1/2″井眼下4-1/2″尾管，環(huán)空間隙小、循環(huán)壓耗大、安全密度窗口窄，鉆井、下尾管等作業(yè)存在較大卡鉆和井漏風險，固井質量也難以保障。近幾年，該油田在5-5/8″井眼下入4-1/2″尾管作業(yè)中多次發(fā)生套管遇卡或下不到位等復雜情況和事故。因此，采用隨鉆擴眼技術增大側鉆井眼尺寸，確保尾管安全下入和固井質量合格，是本井的關鍵。

1 技術方案的優(yōu)選

隨鉆擴眼技術是采用隨鉆擴眼工具和常規(guī)鉆頭，在全面鉆進的同時擴大裸眼段尺寸，使其大于上部套管串內徑的一種鉆井技術。該技術減少了起下鉆次數(shù)，效率高，在深井、超深井、小間隙井、側鉆井和復雜井況中得到了廣泛應用。擴眼的主要方式有隨鉆擴眼和鉆后擴眼，常用的工具有液壓擴張式擴眼器、雙心PDC 擴眼鉆頭等[7-8]。這兩種類型的擴眼工具都能擴大井眼直徑，增大環(huán)空間隙，減少作業(yè)風險，同時增大水泥環(huán)厚度，保障固井質量。

（1）液壓擴張式擴眼器。液壓擴張式擴眼器，主要由推桿、活塞、彈簧等部件構成，擴眼刀翼上裝有PDC切削齒或硬質合金。在起下鉆過程中和正常循環(huán)時，擴眼刀翼緊縮在主體內；在擴眼前，投球激活傳動系統(tǒng)，活塞下行帶動推桿向下支撐擴眼刀翼外張，推桿和限位塊一起鎖住外張的擴眼刀翼，進行擴眼鉆進作業(yè)（見圖1）。根據(jù)其動作原理，通常分為滑移液壓擴張式和懸臂液壓擴張式，其中滑移液壓擴張式擴眼器動作相對更可靠，鉆井效率更高[8]。

（2）雙心PDC擴眼鉆頭。雙心PDC擴眼鉆頭由導眼體和擴眼體兩部分組成（圖2）。鉆頭有兩個不重合的中心軸，即導眼體中心軸和擴眼體中心軸，導眼體中心軸即是鉆頭的旋轉軸，旋轉鉆進時擴眼體中心軸圍繞鉆頭旋轉軸（即導眼體中心軸）旋轉，進而達到擴眼的目的。對于硬地層，擴眼鉆頭一般采用胎體鑲焊PDC復合片，加強型保徑設計，每排切削刃前有較深的流道冷卻鉆頭，具有較長的使用壽命。

近些年，各大鉆頭廠商通過降低雙心PDC 鉆頭導眼體保徑長度，控制鉆頭總體長度，根據(jù)地層優(yōu)化鉆頭設計和優(yōu)選PDC 切削齒，使鉆頭不平衡力減小，抗研磨抗沖擊能力進一步提高，增強了鉆頭定向時的穩(wěn)定性和可控性，提高了鉆井效率，延長了鉆頭的使用壽命，使擴眼井段井徑更加規(guī)則。與液壓擴張式擴眼器相比，雙心PDC鉆頭結構簡單、無復雜構件，具有穩(wěn)定性好、操作方便、鉆速高、成本低和便于采取鉆頭優(yōu)化設計的優(yōu)點，鉆進扭矩較使用常規(guī)PDC 鉆頭僅增加10%～15%，隨著產品的不斷改進，該擴眼技術也逐步成熟。通過資料檢索，使用雙心PDC 鉆頭進行復雜地層擴眼、套管開窗側鉆以及硬地層小井眼擴徑的成功案例有：

（1）塔里木盆地地質下第三系的復合鹽巖層分布廣、埋藏深，使用雙心鉆頭鉆進有效地推遲或消除地層塑性蠕變而造成的卡鉆，增大環(huán)空間隙，提高固井質量。

（2）勝利油田使用雙心PDC鉆頭進行了套管開窗側鉆，使固井質量合格率達到了100%，鉆井成本大大降低。

（3）中原油田在復雜地區(qū)鉆井中使用了雙心PDC鉆頭，進尺和機械鉆速有很大提高，經(jīng)濟效益明顯。

（4）中亞地區(qū)某油田在石炭系、奧陶系的堅硬灰?guī)r、云灰?guī)r和鹽巖等地層使用雙心PDC鉆頭擴眼全面鉆進，可有效代替擴眼器進行小井眼擴眼，縮短了鉆井周期、降低鉆井成本，避免了井下復雜事故發(fā)生。

伊拉克M油田沒有擴眼的作業(yè)先例，更無鹽下地層套管開窗側鉆擴眼的作業(yè)實踐，經(jīng)過充分技術論證，參考國內外其它油田的作業(yè)案例，結合本井的地質特征、井眼狀況和軌跡控制要求，確定了“雙心PDC鉆頭”擴眼的技術方案。目標井開窗側鉆井身結構圖見圖3。

2 現(xiàn)場應用

（1）“馬達+雙心PDC 鉆頭”鉆具組合。開窗結束后，使用常規(guī)定向井工具進行定向鉆進至穩(wěn)斜段，起鉆更換馬達+雙心PDC 鉆頭鉆具組合穩(wěn)斜鉆進（3935.00～4104.00m）。旋轉鉆進鉆壓1～4t，頂驅轉速25～40 r/min，扭矩3～5 kN·m，排量670～720L/min，馬達壓差300Psi，ROP2～4m/h。井斜每柱增0.5°～1°左右，方位穩(wěn)定。滑動鉆進鉆壓1～3t，排量720 L/min，馬達壓差150～200Psi，ROP1～4m/h。工具面150～180L滑動2～3m，可穩(wěn)斜。作業(yè)過程中摸清井斜及方位的自然變化規(guī)律，帶有馬達可以對軌跡進行調整，保證中靶要求。

（2）“雙心PDC鉆頭+MWD”鉆具組合。定向鉆進至4104.00m（MC11 地層）起鉆，更換PDC 雙心鉆頭+MWD 擴眼穩(wěn)斜鉆進至完鉆深度4300.00m。鉆壓1～4t，頂驅轉速90～120r/min，扭矩4～10kN·m，排量713L/min，泵壓1550～1750Psi，ROP1～4m/h。初始鉆壓3～4t，轉速110r/min，增斜率1°/30m，方位變化率0.7°/30m；調整鉆壓至2t，轉速90r/min，井斜基本穩(wěn)定，方位變化率0.7°～1°/30m。

（3）鉆頭評價。馬達+雙心PDC鉆頭鉆具組合使用井段3935.00～4104.00m，進尺169m，平均ROP2.02m/h。雙心PDC 鉆頭+MWD 鉆具組合使用井段4104.00～4300.00m，進尺196m，平均ROP2.38m/h。兩次入井后鉆頭評價1-2-WT-A-X-I-NO-TD。

本井完鉆井深4300.00m，完鉆垂深4208.87m，完鉆層位Mishrif。窗口深度3572.78～3576.48m，5-5/8″定向鉆進至3935.00m，使用雙心PDC鉆頭擴眼鉆進至完鉆深度4300.00m。造斜井段狗腿度3.5°/30m，最大井斜36.02°，方位184.4°。完鉆后順利下4-1/2″尾管至4298.00m，固井水泥漿返至回接筒頂。

3 擴眼效果

（1）井眼擴大率。完鉆后從測井資料分析可以看出，雙心使用PDC鉆頭+馬達鉆具組合，井眼約為6-1/2″，井眼擴大了1.00″，井眼擴大率為18.18%。使用雙心PDC鉆頭+常規(guī)鉆具組合，井眼約為6-3/8″，比標準的5-1/2″井眼擴大了0.875″，擴大率為15.91%。未擴眼井段與擴眼井段的井徑測量結果對比見圖4。

（2）軌跡控制。側鉆井段采用增—穩(wěn)剖面，主要在穩(wěn)斜井段使用雙心PDC 鉆頭擴眼，在擴眼期間，定向井軌跡與設計基本一致。

（3）固井質量。電測4-1/2″尾管固井質量合格（水泥膠結較未擴眼井段明顯提高），人工井底深度符合設計要求，尾管試壓合格。未擴眼井段與擴眼井段的尾骨固井質量對比見圖5。

4 結語

采用雙心PDC 鉆頭擴眼技術，可對灰?guī)r、致密灰?guī)r、泥?；?guī)r等多夾層復雜巖性地層的小井眼進行隨鉆擴眼鉆進，擴眼鉆進期間扭矩變化小，定向井軌跡可控，且擴徑效果明顯，增大了小井眼環(huán)空間隙，增加了擴眼井段的水泥環(huán)厚度，提高了固井質量。實踐證明，使用雙心PDC 鉆頭擴眼技術是復雜地層老井套管開窗側鉆的一項重要技術手段，可以降低因井眼尺寸小帶來的一系列井下復雜情況，是提高鉆井速度，降低作業(yè)成本，提高固井質量，也是有效預防井下事故發(fā)生的一項重要鉆井技術，今后有廣闊的應用空間。