６ 探矿工程（岩土钻掘工程） ２０１４年第４ｌ卷第３期 基于膨胀管技术的小井眼水平井钻井技术应用 张晓明，胥 豪，崔海林，仇恒彬，王 涛 （中石化胜利石油工程有限 司钻井工艺研究院，山东东营２５７０１７） 摘要：塔河油ｕｊ地质情『兄复杂，岩性筹异大，地层压 变化大，局部 域有高压盐水层和膏盐层， 孔Ｊ 寸受限， 给钻 １ 带来诸多技术难题。针对这些难题，捉｝｝Ｉ了 封斜阳器开窗侧钻、定向随钻扩眼、膨胀管和小升眼水平 外钻升技术。 ＦＫ７—６４０ＣＨ井的钻井实践表叫，以卜技术 塔河油田奥陶系０１７７．８ ｍｍ套管升１右ｆｆ！Ｊ！『Ｉ钻水半ｌ井的庸 川具有可行性，能够封隔复杂地层和异常压力系统。就侧钻井技术难点和技术方案的町行一 逊干『ｒ探讨干¨分析， 总结陔井实钻所取得的成功经验，为塔河油｝ｉ１老井的恢复忮冉十提供了技术支撑 关键词：斜向器；外窗侧钻；定向随钻扩眼；膨胀管；小井眼水平井；塔河油ｍ 中图分类号：ＴＥ２４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—７４２８（２０１４）０３—０００６—０５ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｌｉｍ Ｈｏｌｅ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｗｅｌｌ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｔｕｂｅ／ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ— ｍｉｎｇ，ＸＵ Ｈａｏ，ＣＵＩ Ｈａｌ—ｌｉｎ，ＱＩＵ 一ｂｉｎ，ＷＡＮＧ Ｔａｏ（Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｇｌｉ Ｐｅｔｔ’ｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｉｎｏｐｅｅ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２５７０１７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｓｔｒａｔｕｍ ｐｒｅｓｓｕｔ・ｅ ｄｉｆ ｒｅｎｃｅ ｉｎ Ｔａｈｅ ｏｉｌ— ｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｌｏｃａｌ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｒｉｎｅ ｚｏｎｅ ａｎｄ ｇｙｐｓｕｍ ｓａｌｔ ｂｅｄ，ｔｈｅ ｈｏｌｅ ｓｉｚｅ ｉｓ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ，ｗｈｉｅｈ ｈｒｉｎｇ ｍａｎｙ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｉｆｆｉｅｕｈｉｅｓ ｆｏｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｈｌｅｍｓ，ｓｉｄｅｔｒａｃｋｉｎｇ ｈｙ ｓｅｔｔｉｎｇ ｗｈｉｐｓｔｏｃｋ，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｒｅａｍ ｗｈｉｌｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｔｕｂｅ ａｎｄ ｓｌｉｍ—ｈｏｌｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．ＴＫ７—６４０ＣＨ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｒａｅｔｌｅｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ｔｉ￣ａｓｉｂｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏｒ Ｏｌ７７．８ｒａｍ ｃａｓｉｎｇ ｗｈｉｐｓｔｏｃｋ ｓｉｄｅｔｒａｃｋｉｎｇ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌ ｉｎ ｏｒｄｏｖｉｅｉａｎ ｏｆ Ｔａｈｅ ｏｉｌｉｅｈ１．ｃａｎ ｓｅａｌｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｂｎｏｒｍａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｖｓｔｅｉｌ１．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉＳＣＵＳＳｅｓ ａｎｄ ａｎａ－ ｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｉｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｃｈｅｍｅｓ ｉｎ ｓｉｄｅｔｒａｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ：ＳＨＩｌｌＳ ｕｐ ｔｈｅ ｓｕ（ ｃｅｓｓｆｕｌ ｅｘ［）ｅｒｉ— ｅｎ（－ｅ ｉｎ ｒｅａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ．ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｎｄ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｏｌｄ ｗｅｌ１Ｓ ｉｎ Ｔａｈｅ（，ｉｌｆｉｅｈｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｈｉｐｓｔｏｃｋ；ｓｉｄｅｔｒａｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｒｅａｍ ｗｈｉｌｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｔｕｂｅ；ｓｌｉｍ ｈｏｌｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌ；Ｔａｈｅ （，ｉｌｉｅ１（ｆｊ ０前言 塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起中段阿克库 勒凸起西南斜坡，是以石炭系砂岩、奥陶系碳酸盐岩 一耋 ３３９．７ ｒａｍ表层套 － 为主要储集层的油气藏，储层发育和储量富集、分布 是以缝涧系统为皋本单元发育分布的¨一Ｊ。原直井 ＿ ３ｌ１．１ｍｉｌｌ井眼 井身结构主要有２种，四开四完的常规井身结构和 简化的三级井身结构（图１），受地质条件约束，２种 结构的０１７７．８ ｍｉｌｌ套管下在奥陶系顶界，管鞋距产 层５０～８０ Ｉｌｌ 。ＴＫ７—６４０ＣＨ井是中石化西北油田 Ｉｌ ２４１５．５ｍ表层套 ９ｍｍ井眼 ｍ Ｉ ７７．８ｍｍ表层套 ．分公司在塔河油田部署的一ＶＩ基于膨胀管技术开发 图１ 塔河油田直井井身结构示意图 塔河油田奥陶系剩余油的小井眼开窗侧钻重点试验 井。受地层条件和工程技术的限制，钻完井作业难 １ 工程概况 度随之增加，某些井问剩余油不能得到经济开采。 鉴于膨胀管技术在解决地质与工程难题方面具有优 势，因此采用膨胀管技术实施老井开窗侧钻水平井。 １．１井身结构设计 ＴＫ７—６４０ＣＨ井钻遇地层分别为 炭系卡拉沙 依组沙泥岩段及上泥岩段、巴楚组双峰灰岩段及下 泥岩段和奥陶系鹰山组泥晶灰岩。从石炭系到奥陶 系地层层位缺失、厚度变化差异明显，压力系统较为 收稿日期：２０１３～０９—１９；修回日期：２０１３—１２一ｌ９ 作者简介：张晓明（１９８４一）， （汉族），１１ｌ东眷光人，中石化胜利石油１ 程柯限公ｒ 铺井工艺研究院助理Ｊ 张帅， 油【 税 、 从 铺 技 术服务ｒ作，山尔竹东营市北一路８２７ 钻升ｒ 研究院钻蚪所，ｚｈａｎｇｘｍｌ２０２＠１６３．ＣＯｆｆｌ。 ２０１４年第４１卷第３期 探矿工程（岩土钻掘工程） 螺杆＋４５ ｒ／ｒａｉｎ。 ９ 螺杆，下钻过窗口处无遇阻现象。前期井斜小，工具 面稳定性较差，钻时慢约５０～８０ ｍｉｎ／ｍ。造斜率比 预期的要低，基本在２。～３￣／３０ ｍ，造斜率始终低于 设计的７０／３０ ｍ，定向增井斜钻进困难，实钻井斜和 由于复合钻进井斜微降，采取增井斜措施，定向 钻时４０～５０ ｍｉｎ／ｍ，复合钻时１０～１５ ｍｉｎ／ｍ。地质 录井卡准层位后钻进至井深５５７９ ｍ一开。 ４．３膨胀管施工 位移逐渐落后设计。钻进至井深５２６５．１ １ ｍ、井斜 ６．３６。、方位１６９．４６。，由于造斜率不够，起钻调整单 弯度数为１．８３。。下钻到底后，定向增井斜钻进，井 斜增至１５。后，工具面较稳定，定向钻时在３０～４０ ｍｉｎ／ｍ，造斜率基本控制在７。～１０。／３０ ｍ，满足了轨 迹控制的需要。 稳斜段钻具组合：０１４６ ｍｍ ｘ ０１６５ ｍｍ ＣＳ— ＤＲ５２１ １ Ｓ随钻扩眼ＰＤＣ＋０１２０ ｍｍ １．２５。～１．５。 ＰＤＭ＋３１１×３１０ Ｆ／Ｖ＋ＭｗＤ坐键短节＋０８８．９ ｍｍ ＮＭＤＰ＋０８８．９ ｍｍ ＤＰ＋０８８．９ ｍｍ ＨＷＤＰ＋０８８．９ ｍｍ ＤＰ。 ４．３．１膨胀管准备阶段 定向钻达设计层位后起钻测井，确定膨胀套管 封隔段具体位置；采用０１５１ ｍｍ通井规通井，充分 循环洗井，无沉砂、无落物，井眼畅通；对０８８．９ ｍｍ 钻杆和０７３ ｍｍ油管在人井前应检查丝扣完整性， 试压４０ ＭＰａ；准备清水用来灌满膨胀管及内管柱， 固井水泥浆系统需采用超缓凝水泥浆，稠化时间在 ２０～２４ ｈ以上；调整好钻井液性能，提高钻井液的 护壁性、抑制性、悬浮能力和润滑能力，保证性能的 稳定。 钻进参数：钻压２０～３０ ｋＮ，排量１１．５ Ｌ／ｓ，转速 浮鞋 膨胀锥 膨胀套管 ４．３．２膨胀管下入管串（图５） 刮泥器 嘭胀悬挂器 “喇叭”Ｕ转换接 球座 对扣接头 不锈钢螺纹加厚装置 图５ Ｏｌ３９．７ ｍｍ膨胀管管串整体方案示意图 膨胀套管柱自下而上为：旋流管＋浮鞋＋启动 器＋膨胀套管＋膨胀悬挂器＋喇叭口（螺纹处有不 锈钢加厚装置）。内管柱自下而上为：膨胀工具组 合＋对扣接头＋挡泥器＋０７３ ｒａＮ１加厚油管＋挡泥 器＋０７３ ｍｍ加厚油管＋挡泥器＋０７３ ｍｍ加厚油 管＋变扣＋０８８．９ ｍｍ钻杆。 ４．３．３膨胀管性能参数（表３） 表３ 膨胀管性能参数 ４．３．４膨胀管施工工艺 及“喇叭”口的膨胀。当膨胀套管系统完全膨胀后， 开泵循环出“喇叭”口以上水泥浆；按照作业规程的 要求对膨胀套管进行试压，起出内管柱及膨胀工具； 候凝测固井质量。 ４．４二开０１３０ ｍｍ井眼施工 浮鞋、球座、启动器及膨胀锥等内管工具装配； 下人膨胀管；膨胀管下入的同时坚持灌浆；接近预定 位置，开泵循环钻井液，再缓慢下放，保持钻具内畅 通，确保胶塞到位正常碰压。当压力达到约为２０～ ２５ ＭＰａ时，膨胀过程开始，但不要超过３５ ＭＰａ，泵的 钻具组合：０１３０ ｍｍ ＰＤＣ钻头＋０１ｏ５ ｍｍ 排量控制在８０ Ｌ／ｒａｉｎ以下，膨胀第一个立柱，直到 管柱接头提出钻台平面后，坐放吊卡，停泵并放压， 卸扣；卸立柱，并放人钻杆排上，再安装另一个泵人 接头和高压水龙带于下一钻杆立柱上，记录下内管 柱脱离膨胀面以后的质量；提高泵压继续膨胀，以立 柱的方式膨胀并提升内管柱，直至完成膨胀悬挂器 １．７５。单弯螺杆＋２１１×２１０ Ｆ／Ｖ＋０１０５ ｍｍ ＭＷＤ 坐键短节＋０１ｏ５ ｍｍ无磁钻铤＋２１ １ Ｘ ＳＴ３０接头＋ ０８８．９ ｍｉｌｌ特殊钻杆＋ＳＴ３１×３１０接头＋０８８．９ ｍｍ 加重钻杆＋０８８．９ ｌｎｎｌ钻杆。 二开层位为巴楚组下泥岩段和奥陶系鹰山组， 岩性分别为灰色泥岩和泥晶灰岩，定向钻进钻时在 ｌ０ 探矿工程（岩土钻掘工程） ２０１４年第４１卷第３期 ４０～６０ ｍｉｎ／ｍ，１．７５。的单弯螺杆造斜率在１７。～ ２０。／３０ ｍ左右，能满足轨迹控制需要。钻至井深 ５６１１ ｍ时，高造斜率井段施＿Ｔ完，需要１０。／３０ ｍ即 可满足下部斜井段施工，考虑到１．７５。螺杆禁止复 合钻进，故起钻更换１．５０螺杆。采用复合钻进与滑 动钻进相结合的方Ｊ＝ｌ＝钻进至Ａ靶。水平段控制合 适钻进参数：钻压２０～３Ｏ ｋＮ，排量１０一ｌ１ ＩＶｓ，转速 螺杆＋４０ ｒ／ｒａｉｎ。钻进至Ｂ靶加深５０ ｍ至６０４０ ｍ 完钻 ５ 实钻效果 （１）完钻井深６０４０ ｍ，垂深５５４７．４４ ＩＩ１，水平段 长３９４．７２ ｆｆｌ， ｌ３０ ｍｍ井眼段长４６１ ｍ，说明膨胀管 耐磨性能满足深井长井段钻进要求。 （２）』ＩＩ），ｉ利完成膨胀管作业，膨胀管下入井段 ５１９２．６０～５５７８．３０ ｍ，段长３８５．７０ １１１＂，最大井斜 ５３．４２。，最高“狗腿”度９．３５。／３０ ｆｆｌ。该井在完井 后，进行ｒ酸化压裂作业，膨胀管没有出现任何问 题，说明抗内压强度满足酸化压裂技术要求，保证 后期完井采油作 的成功。 （３）一斤实际钻井周期２２．３３ ｄ，比设计提前了 ７．６７ ｄ；令井实际定向周期４７．４３ ｄ，平均机械钻速 １．３９ ｍ／ｈ，定向随钻扩眼钻进机械钻速见表４。 表４定向随钴扩眼段机械钻速统计 ６结论与建议 （１）ＴＫ７—６４０ＣＨ井的顺利、优质完钻，表明斜 向器 ｒ窗、定向随钻扩眼和膨胀管技术在塔河油田 奥陶系油藏深井小井眼水平井的综合应用具有可行 。 （２）基于膨胀管技术的小井眼侧钻水平井经过 逐步开发和完善，形成系列化生产，对塔河油田老井 后期挖潜增效是有力的技术支撑。 （３）膨胀管在塔河油田０１７７．８ ＩｌｌＩＩｌ套管开窗侧 钻水平井斜井段作为技术套管封堵复杂地层提供了 新的技术手段，促进了膨胀管及配套钻完井工艺技 术的完善，为后续开窗侧钻水平井施＿＿［提供了宝贵 的经验。 （４）加快定向随钻扩眼钻头、高效动力钻具及 配套工具、仪器的改进和国产化，以降低钻井成本的 投入。 （５）优选钻井参数、水力参数，结合考虑各地层 岩性，根据实际情况作出适当的调整，对现有工具的 提高机械钻速和井身质量，以达到定向随钻扩眼的 良好效果。 参考文献： ［１］术杉林，张春冬，卜琪．新疆塔河汕… 炭系ｋ托沙伙组 层 特 及油气分布［Ｊ］．沉积与特捉斯地质，２００２，２２（２）：５３— ５７． ［２ Ｊ李永宏， 卡Ｈ宾，张涛，等．新疆塔河油田行炭系卜 沙依 储 特 及 控制 素［Ｊ］． Ｈ由实验地质，２００４，２６（１）：ｌ７— ２２． 【３］郝和伢，川仆，宙新超．塔河油ＩｔＩ ｆ）１７７ ８ｎＩｌｌｌ金管川：商ｆ！Ｊ！ｌＪ钻外 技术难题 对策探讨【Ｊ］．海洋石油，２０１２，３２（２）：９ｌ一９４． ［４］ 何 成， 艳波，胡消富．塔河油卜Ｈ盐膏层 ”技术［Ｊ］． 油 钻探技术，２００６，３４（４）：８５—８７． ［５］川伟，耿 鹏，石媛媛．塔河汕Ｈ｛超深外删钻Ｉ：艺技术探讨 ［Ｊｊ．钻采工艺，２０１０，３３（４）：１０８—１１ １． ［６』朱颐，夏宏南，徐超，等．随钻扩眼ｒ具的ｆ【Ｊｆ究 ｊ优化［Ｊ］．装箭 技术与制造，２０１２，３４（８）：２８２～２８４ ［７］ 夏焱．随钻扩眼Ｉ 具结构及 ｊ之荆】 配的钻具组 没计，Ｊ‘法 研究［Ｄ 山尔东营：巾 石汕大学，２００６． ［８］ 夏焱，管志ＪｉＩ．随钻扩眼钻井钻进趋势影响 索［Ｊ］．一… 油 大学学报（自然科学舨），２００８，３２（６）：７９—８２． ［９ｊ 美国ｆ’人钻头公 ｄ的卜火钻头新技术［Ｊ ｌｌ阁外油“ｆ １．程， ２００２，（７）：Ｉ４—２０． ［１０］陈红，畅 ！田，刘晓艳，等．塔河汕川盐膏层井段随 扩孔技 术［Ｊ］．石油钻探技术，２００４，３２（３）：１５—１７ ｌ１１］ 马汝涛，纪友哲，于辉．汕气钻蚌Ｉ＝『－眼１ 具研究现状及发展趋 势［Ｊ］ 油机械，２０１０，３８（８）：８～Ｉ ２ ［１２］余金陵，周延 ，ｆ锡洲．膨胀符技术的膻 Ｌ｝』研究初探［Ｊ］． Ｊ ｆｆｆＩ钻探技术，２【）１０，３０（５）：５５—５７． 适应性和配套技术还需进行继续研究、改进和完善，