定向井(丛式井、水平井)复杂情况和事故及其处理.doc

第八章 定向井(丛式井、水平井)复杂情况和事故及其处理

8.1 造斜不成功
造斜不成功，可能的原因及相应措施如下：
① 弯接头度数不够大；解决办法是考虑换较大度数的弯接头。
② 地层太软，而钻头水眼则相对太小，使钻头来不及侧向切削，水力射流就已冲掉地层；合理的做法是，尽量装较大的水眼，并适当减少排量。
③ 钻具刚性太强，不能产生足够的侧向力。如泥浆马达上钻铤根数太多。合理的做法是，尽量少加钻铤。
④ 工具面没有掌握好，工具面反复调整不容易获得稳定的造斜率。所以工具面应相对稳定。
⑤ 水泥塞太软。这种情况出现在侧钻作业，如水泥塞没有足够的强度难以侧钻脱离老井眼。因此，须保证水泥塞足够的强度，如钻水泥塞时，加压5～10T，ROP在5～8min/m的范围。
⑥ 马达性能不好。一种情况是马达不工作，应更换掉。另一种可能情况是，马达工作，且有较快的进尺，但造斜率远不如其它马达或达不到设计要求，这种情况的原因可能是马达本体太长，或者轴承处横向间隙太大，使钻头抬不起头来。因此，当遇到造斜不成功时，可具体分析为什么，合理采取补救措施。

8.2 方位偏差太大
方位偏差太大的原因包括:
① 井眼轨迹发生始料不及的漂移，如上部井段严重左漂或右漂；
② 是由于一些特殊原因，提前结束造斜，起钻时没有获得预计的井斜方位。比如马达或测量仪器不能保证正常造斜，不得已只好提前结束造斜。
③ 由于测量仪器故障或测量工程师的失误，使真实定向方向不是测量仪显示的方向，致使方位偏差太大。解决方位偏差太大的办法是进行纠方位作业。纠方位作业时应主要考虑可能带来的狗腿和安全问题，特别是在裸眼段较长的井段。如果偏差值大得无法以扭方位来弥补，只有填井重钻。

8.3 出新井眼(“裤裆”井)
新井眼往往在以下情况中可能出现：
① 较浅、较疏松的地层；
② 狗腿较大的井段。如造斜段、扭方位井段；
③ 钻具刚性改变以后。
为避免出新井眼，定向钻井时应注意以下几方面：
A：如造斜是在较浅、较疏松的地层，造斜过程应尽量使井斜、方位平缓变化，避免急剧狗腿，特别是方位的变化。如增斜结束后，要下入刚性较强的稳斜组合，下钻要小心，不可轻易划眼；如遇阻严重，开泵冲下，如仍遇阻，应考虑起钻用刚性较小的增斜组合通井。有时，也可采取划眼的方式，但应在井斜较大的井段进行，必须注意划眼时钻压、扭矩等的变化。
B：在轨迹过渡井段，扭方位井段以及地层交接面，都要反复划眼，修正井壁，光滑井眼。

8.4 脱靶
从理论上讲，这种情况只在特殊条件下出现。主要是考虑井眼安全，无法进行纠方位作业。因此，对定向井工程师来说，如何准确预测轨迹变化，并把握好纠方位时机是很重要的。

8.5 与邻井相碰
这种情况主要可能出现在丛式井作业中。如何避免这一事故的发生，可以从以下几方面考虑：
① 设计时，尽量把防碰问题的可能性减小到最小；
② 实际作业时，严格控制井眼轨迹，按照防碰作业的有关程序采取相应措施，避免与邻井相交。

8.6 卡钻：
定向井卡钻包括机械卡钻和压差卡钻。其中机械卡钻可能有以下原因：
① 井眼不干净，砂子带不上来；
② 键槽形成于狗腿大的地方；
③ 井壁坍塌，埋死钻具；
④ 从井口落入不可钻物体，如硬的金属件等，卡死钻具；
⑤ 大块的水泥块掉落，造成扶正器等处被卡。
压差卡钻的原因是，泥浆比重太大，固相含量高，失水大，泥饼厚等，如钻遇高孔隙度和高渗透性地层，将进一步加剧卡钻的形成。所以，从工艺上讲，为避免压差卡钻，必须保持良好的泥浆性能并控制好井眼轨迹。

8.7 套管开窗和侧钻
8.7.1 套管开窗侧钻的应用
套管开窗侧钻的应用有两方面：一是油井的钻进期间，二是油井的开采期间。
在一口井的钻进过程中，往往会发生一些井下事故，如卡钻、井塌、断钻具、井下落物等，使其钻井作业不能按正常计划进行，进一步处理会浪费大量的人力、物力和财力，于是油公司必须采取挽救该井的最好办法，使其损失降到最低限度。实践证明，有时唯一经济有效的办法就是报废很少一段井眼进行侧钻作业，绕过有“问题”的井段。特别是井眼很深不可能挪井位及日成本很高的情况下，侧钻是明智的选择。
如果“问题”的解决可以在上段裸眼进行，只需要打上一段水泥塞，候凝后可进行常规的定向钻井作业。如果“问题”的解决只能在上部套管里进行，这就增加了处理的难度。这就需要在侧钻作业以前，在套管上开个孔，这个过程就是所谓的套管开窗，有时人们将套管磨铣一段后侧钻，这叫段铣套管，其作用是一样的。
套管开窗的第二大用途，也是应用最广的，还是用于生产井。因为一口井开采一段时期后，往往出现这样或那样的问题，如套管损坏、磨蚀、水锥、气锥造成产量下降，以及其它生产问题。为了尽可能提高生产量，或者延长油井寿命，人们往往采用二次完井方法，比较经济实惠。实践证明，套管开窗就是充分利用现有的各项条件，不用钻一口新井而又可进入油藏未开采部分的最佳措施。套管开窗不受套管尺寸、壁厚、钢级的限制，可以一次穿过多层套管。

8.7.2 套管开窗侧钻方法及各自优缺点
在套管井中，通常有两种套管侧钻技术，一是套管段铣(Section Milling)，二为套管开窗(Window Milling)。
套管段铣的方法：(Section Milling & Sidetracking)
① 用水力切割工具段铣一段套管。
② 再打一次水泥塞，封固段铣井段。
③ 常规侧钻作业。

套管开窗方法：(Window Milling & Sidetracking)
目前流行的套管开窗技术中，由于使用了不同的方法下封隔器、造斜器等，此方法又分为常规型套管开窗和改进套管开窗。为了便于区分，人们往往又称后一种方法为CST法。
A：常规套管开窗法：
① 准备工作
② 将封隔器、造斜器随钻柱一同下井
③ 造斜器定向
④ 坐定封隔器
⑤ 剪断销钉
⑥ 开始开窗
⑦ 开窗结束
⑧ 划眼，加长窗口
⑨ 常规的侧钻作业
B：改进的套管开窗(CST)法：
① 准备工作
② 用电缆下永久性封隔器，如果需要的话，可以确定定位销的方向
③ 将造斜器下入封隔器，坐定造斜器
④ 开始开窗
⑤ 修整窗口
⑥ 划眼、扩眼窗口
⑦ 常规侧钻作业

两种套管侧钻方法优缺点的比较：
套管段铣方法：
优点：① 下井工具简单，操作简便
② 适合各种套管尺寸
③ 下井工具成本低
④ 对日后的钻井、完井作业无妨碍
缺点：① 作业时间长，花费较多的钻机时间
② 套管切削量大，容易形成“鸟窝”而卡钻，对泥浆泵磨损大，铁屑“磁化”后粘在套管上
③ 对高强度套管P-110、深井、小套管、高温井中，该方法问题较多
④ 不能一次切割多层套管；
常规套管开窗方法：
优点：① 作业时间短，起下钻次数较少
② 套管切削量小，如一段20米套管，其切削量仅为段铣的50%左右
③ 能一次穿过多层套管(至少两层)
④ 不需要打水泥塞
⑤ 切屑比较细小，容易带到地面；
缺点：① 下井工具多
② 定方位不正确，不易改正
③ 如窗口不好，给下一步作业造成困难
④ 造斜器有时会移动或转动；
改进的套管开窗方法：
优点：① 定方位准确
② 封隔器坐封位置准确，锚定牢固
③ 用电缆下封隔器，配合CCL仪的使用，避开封隔器坐在接箍上，避免开窗时穿过接箍
④ 一个金刚石铣鞋可完成开窗
⑤ 其它优点同常规法
缺点：① 下井工具多，作业较复杂
② 窗口修整不好，下一步作业困难多

8.7.3 套管开窗前的准备
不管选用哪种开窗方法(Section Milling or Window Milling)，都应认真做有关准备工作。
① 据井下条件及钻井作业要求，确定开窗点深度。
② 查阅测井图，确定开窗段的地层情况，尽可能选择可钻性较好的砂层，这将有利于日后的马达钻进。
③ 查阅水泥胶结质量测井图(CBL)，确认开窗段的水泥封固是否好；如水泥胶结不好，则要实施挤水泥作业。
④ 根据要求的开窗长度，尽量做到磨铣最少的套管接箍。
⑤ 配制好合适的泥浆。开窗所用泥浆比重应和原先钻该地层的比重相同，其漏斗粘度75～100秒，以便携带铁屑。并配制高粘度(140')的稠泥浆，以便在开窗过程分配携带铁屑。
⑥ 对地面泥浆循环系统作适当改进。应在泥浆槽里和泥浆泵入口前放置打捞用磁铁，或在泥浆槽里加两道网，以捞铁屑，减少对泥浆泵的磨损。改造泥浆槽，把封闭式改成敞开式，尽量避免用软管泥浆槽，以防铁屑堆积。
⑦ 在下入开窗工具前，进行一次通井作业，保证开窗段及其底部的套管内清洁。

8.7.4 套管段铣(Section Milling)施工程序
① 开窗工具送上钻台后，再次检查所有螺钉是否上紧，再次确认其型号、刀片尺寸及扶正块外径等。
② 将开窗工具接在钻具上，进行功能试验，观察不同排量下的刀片张开的不同角度，记录泵压和排量。
③ 用细绳或细铁丝将刀片扎紧，下钻时要平稳，不可猛刹猛下，以免损坏刀片。
④ 下到开窗段底部，然后上提至开窗点附近。慢慢开泵小排量打通循环，在较小排量下(保证刀片张开)上提钻具，再次确认套管接箍位置停泵。
⑤ 在开窗点深度开泵，泵排量稍高于最低刀片张开排量。启动转盘，转速50～60转/分，钻压为零。注意扭矩变化，大约15分钟后，套管接近被切断，此时扭矩很大，甚至蹩死转盘。切断套管后，扭矩马上变平稳。
⑥ 套管切断后，进行正常的磨铣作业，加压要均匀。钻压是否合适，视磨铣速度和铁屑形状而定。控制磨铣速度2小时/米左右。比较理想的铁屑长7～10公分，厚0.8mm左右，返出铁屑量均匀。
⑦ 当磨铣到0.8m左右时，要检查套管是否完全切断。方法是在开泵条件下，下压3～5吨，钻具不下滑；然后上提到开窗点，能上提3～5吨的力量。
⑧ 磨铣到按箍时进尺速度要慢，要有耐心。
⑨ 每磨铣半米，要慢慢活动钻具，观察是否有铁屑堆积现象。
⑩ 随时注意铁屑返出情况。如发现振动筛处铁屑量与磨铣进尺的铁屑量相差太多，应打稠泥浆将铁屑顶替出来，继续磨铣。如铁屑尺寸异常(偏大或偏小)则应调整磨铣参数(如钻压)。

段铣过程异常情况诊断：
⑴ 如返出铁屑量少，细如头发丝，应检查排量和泥浆性能是否合适，可增加排量，也可打1-2方稠泥浆进行检查。如数量仍不够，可增加钻压，并仔细观察参数改变后的铁屑变化。另外，钻具刺漏也可能是磨铣的铁屑带不上来的原因，应仔细检查是否有钻具刺漏。
⑵ 返出铁屑形状异常。较理想的铁屑长7～10公分，厚0.8mm。如铁屑长超过20公分，厚达1.5mm以上，表明钻压太大。如形如鳞片或细丝，表明钻压太小。应及时调整钻压。
⑶ 工具提不出窗口。在磨铣过程中，如铁屑多，清洁不够，较长的铁屑就会缠绕在开窗工具上方，导致更多铁堆积。此时应提高排量或增加粘切值，并采用倒划眼方法，一点一点往上提，切碎铁屑。另外，如果弹簧弹性不好，刀片不能复位，工具也可能提不出窗口，这时工具上提至开窗点便遇阻，而在它处则是自由的。此时可继续磨铣，直到刀片磨平为止。

8.7.5 套管开窗(Window Milling)施工程序
① 准备工作如前所述
② 电缆带上套管接箍定位仪(CCL)将封隔器下到预定井深，测出造斜点最近的一个套管接箍，最好将封隔器坐在套管接箍以上2～3米位置，目的是使整个开窗作业是在一根套管上进行，不担心会碰上接箍，另外，如果封隔器坐在接箍上，会发生转动和滑移问题，请注意，如果井温对陀螺测量有影响，下井前装上隔热套。
③ 造斜器地面定向及下井
如果需要对一特定方位进行造斜，则造斜器需定向，而在垂直井中可能不需定向，但是，如果井斜角大于2度，而把造斜器的方位定到井眼边以左或以右45度，是合乎需要的。
如果要定向，在座封隔器后需作方位测量。方位测量仪应座在封隔器定向槽内，要想达到此目的，应使其座在具有12.7mm键的50.8mm内径的衬套内。方位测量仪应在距底部约1.2米的顶部有几个扶正器，一旦测得定向键朝向预定方位，则可座固定锚，这时造斜器面即面对欲定方位。
固定锚的键在调定至所需方位之前，固定锚必须和造斜器相接。固定锚的顶部接头为母扣，把它和造斜器相接前，在造斜器公扣上应涂上丝扣密封剂，然后以4746至5424N-m，扭矩将造斜器和固定锚的顶部接头上紧，再把4个固定螺钉紧入造斜器的丝扣，如有可能，固定锚的顶部接头应和造斜器焊接在一起。固定锚和造斜器安全地紧固后，则可完成定向的操作步骤。
造斜器定向时，罗盘卡片滑过斜口管引鞋落于固定锚底部，罗盘卡片的印刷面背离造斜器。
下一步把造斜器和所需罗盘方位对正，对正时用罗盘的外圈刻度。做法很简单，首先将剪切螺钉暂时上到造斜器顶部的凸耳上，然后用一根线绕在剪切螺钉上沿造斜器面拉直，转动罗盘卡片直至所需方位和拉线对正，正常情况下即为高边偏左或偏右45度，然后于造器下端或固定锚顶部刻划记号。
下一步则将斜口管引鞋和封隔器中的定向键对位时，需现卸去固定斜口管引鞋的几颗12.7mm，使花键离开。卸去固定螺丝后，拔出斜口管引鞋使刻划的记号和封隔器的定向键成一直线，再把斜口管引鞋推入固定锚，使花键合，直至固定螺丝槽和固定螺丝孔相吻合，装上固定螺丝并用内六方搬手上紧，使斜口管引鞋和固定锚成为一体。
整个工作过程应确保罗盘卡片无转动，为了加倍保险起见，应再次检查定向的准确性，以确保定向无误。
最后，把启动铣和造斜器及固定锚相接，其方法是用一剪切螺丝将启始铣和造斜器顶部凸耳连接，螺帽上紧后应用榔头将螺钉丝扣敲毛，以免螺帽倒扣。接好后，整套工具即可准备下井。整个下井组合是：
固定锚+造斜器+启始铣+配合接头+1根钻杆+3根钻铤+振击器+扰性接头+钻杆
下钻过程一定要平稳，控制速度，以防止突然遇阻后剪切螺栓过早地被剪断，全部钻柱不应有转动。
下到离封隔器3～5米时，应上、下活动几次钻柱，以检查钻柱在井内的实际阻力，然后慢慢下入封隔器，造斜器装置与封隔器相吻合时是自动找正，当造斜器装置下放时，固定锚上的找正槽会使造斜器转动，保证和封隔器中的键找正，正确无误。当造斜器下入封隔器后，加压3吨，使固定锚坐牢，然后上提钻柱，超过悬重3吨以验证固定锚的锚定情况，千万不要转动钻柱。
④ 剪断剪切螺栓
一旦确认固定锚已被锁所，提至原悬重，并在方钻杆上划上记号，然后上提3吨，再下放钻柱使钻方钻杆的标记进入补心数英寸，目的是上提下压剪断剪切螺栓。
如果上述方法第一次拉压剪不断剪切螺栓，可以按以上方法反复数次，这种方法可以防止启始铣下压太多，将启始铣卡在套管和造斜器的凸耳之间。
正常情况下，剪断剪切螺栓的方法是上提6吨，螺栓剪断后，钻柱可放松0.25米左右，这就确认螺栓被剪断。
⑤ 开始开窗
螺栓被剪断后，启始处于自由状态。上提钻柱1米，开泵循环，慢慢下放钻柱，慢慢以60～70转/分的速度转动。缓慢送钻，开始切削套管，此时施加以钻压仅为控制扭矩，防止钻柱扭断或憋转盘，此时，时时注意扭矩变化，保证扭矩在所下钻柱的安全范围内。
开始用启始铣开侧窗的进尺至少为0.8～1米,因为这样可保证在开始切削阶段把造斜器顶部的凸耳全部切除，起钻，换工具。
⑥ 下金刚石高速铣鞋完成开窗
起出启始铣后，甩掉组装金刚石高速铣鞋及“西瓜”铣，下井组合如下：金刚石高速铣鞋+“西瓜”铣+配合接头+1根钻杆+6根钻铤+振击器+钻杆
此外，窗口铣鞋也可代替金刚石高速铣鞋，但实际经验告诉我们，尽管窗口铣鞋较金刚石高速铣鞋便宜，但采用金刚石高速铣鞋完成开窗工作效率高，省时间，总的成本低。
这套组合下到造斜器的顶部开始开泵，转速平均为80～90转/分，此时仅仅是划眼，扩大启始铣工作过的套管部位，划眼约一米后，注意观察扭矩的变化。当开始被切削的套管部位被修整完毕，金刚石铣鞋便接触到当初窗口的底部，此时扭矩会降低，此时应加快转速110～130转/分，并观察扭矩，增加钻压，范围4～7吨。
当所切削的窗口低于造斜器顶部2米左右时，金刚石高速铣鞋隆起中心即处于套管之上，此时把扭矩变小，几乎无进尺。为了解决这一问题，只有观察扭矩加大钻压，使钻柱弯曲，迫使金刚石高速铣鞋的隆起中心滑离套管，当机械进尺加快后，马上减小钻压，以适当的扭矩切削完窗口。如果金刚石高速铣鞋的钻压过高，可能会使铣鞋过早地跳离套管，以致在窗口底部留下台肩，因此，在全部切削过程中，很重要的一点就是要控制扭矩和钻压。
当窗口切削完毕，应继续钻进地层3～5米，以便为下一趟钻头、扶正器或扩眼器预留足够的空间。如果只是计划钻15～20米的裸眼，根据地层情况，也可用金刚石铣鞋组合钻进，省去起下钻时间。
起钻前，应在窗口部位上、下活动钻柱数次，以清除套管上任何毛刺或毛口，确保窗口平滑，然后，起钻。
⑦ 划眼加长窗口
在下入钻井作业的钻具通过窗口以前，必须加长窗口并清除遗留的任何毛刺或修整参差不齐的窗口。为此，下铣锥组合：
铣锥+钻柱铣+配合接头+钻铤+振击器+钻杆
该组合有较大的刚性，目的是为下一步更容易下钻进时的组合。下钻到窗口项部 (此时窗顶约在造斜器顶部上方0.5米位置，铣锥组合完成后，窗顶在造斜器顶部上方1～1.2米)。
从顶部开始划眼并加长窗口，此时转速为90转/分，逐步施加钻压，扭矩逐渐上升，产生扭矩是由于铣锥和管柱铣接触磨铣窗口，只要发现有扭矩，就在该点继续磨铣窗口顶部。应注意：这套组合应慢慢反复磨铣窗口，只要发现有扭矩，就在该点继续磨铣直至扭矩消失。全部窗口都应按此进行，直至套管上任何上点都不出现高扭矩为止。还应注意：在该步工作中，不要操之过急，别让铣锥卡在井底地层中。只要窗口平滑，则应起钻。推荐第一个钻井组合如下：
钻头+钻柱铣+配合接头+1根钻铤+“西瓜”铣+钻铤+振击器
这样，最终可以将窗口加长到高于造斜器顶部1.5～1.8米。
上述工作要点如下：
A：选用的磨铣工具尺寸应为API标准套管的通径尺寸(API DRIFT)
B: 当磨铣工具在套管中心时，应加大钻压
C：要有一个性能可靠的转盘扭矩表
D：如果磨铣穿过多层套管，开窗结束后，在窗口处进行挤水泥作业，目的是防止套管之间相互窜通。然后，用窗口铣鞋钻掉水泥塞。
⑧ 钻井作业时的注意事项
继续钻井时，井下钻具组合通过窗口时应注意以下几点：
A：任何时候，无论钻头或扶正器，通过造斜器时，无论起下均不能转动，因为它们很可能挂住造斜器的边沿使造斜器转动，或磨坏造斜器；
B：如果窗口和裸眼注了水泥，钻水泥塞时必须用窗口铣鞋或金刚石高速铣鞋，千万不能用牙轮钻头。无论什么井下钻具组合通过窗口时，均应小心谨慎并减速。
附：套管开窗侧钻一节的有关示意图如下：