摘要：索特盐化209井在钻探过程中发生钻头掉落事故，多次打捞作业均以失败告终，为保全上部井段成果和顺利推进后续工作开展，决定实施侧钻绕开遗落钻头及老井眼井段。如何维持井壁稳定、确保水泥塞质量、控制侧钻轨迹是本次施工的关键所在。为此制定了导斜器开窗侧钻与裸眼侧钻两套方案，经多方论证，最终采用裸眼侧钻方案成功解决事故。本次侧钻绕障综合利用了定向钻进工艺、随钻测量技术、聚合物钻井液等技术措施的应用，克服了泥页岩井壁易垮塌、长稳斜段托压严重、大井径侧钻轨迹控制难度大等一系列难题，为盐井利用侧钻绕障技术处理复杂井下落物提供了宝贵的经验。

　　关键词：打捞作业；井下落物；侧钻；井眼轨迹

　　引言

　　重庆索特盐化股份有限公司实施的制盐矿山新增万209井为一口先导水平井，先导井设计井深3 146 m，完钻井深3 150m，完钻井径215.90 mm，剖面类型为直—增—稳—降—直。该井在春节期间处于关井状态，节后复工带牙轮钻头下钻通井至井深2 148.56 m到底，继续钻进至井深2 150.66 m时，进尺极度缓慢且泵压骤降，提钻遇阻，憋压20 MPa解卡。解卡后将钻具提出井口，发现φ215.9 mm牙轮钻头从公扣断落。下入磨鞋和打捞杯探查井内情况，至井深2 083.72 m遇阻，开泵循环并扫孔至井深2 086.82 m，再次遇阻，扫过遇阻点后上提钻具仍在井深2 083.72 m遇阻，之后便始终扫不下去，并且在循环过程中返出大量掉块。根据磨鞋磨削状况和岩屑返出情况分析，2 083.72～2 150.00 m井段泥页岩地层严重失稳，致使掉落的牙轮钻头在2 086.82 m段调头。若继续采用磨铣方式处理掉落钻头，可能造成“落鱼”上部的泥页岩大段垮塌而掩埋钻具，施工风险极高，为安全高效解决此次事故，经多方论证，决定实施侧钻绕开“落鱼”以及下部的障碍井段，以保全已经完成的井段成果和顺利推进后续施工。

　　1工程地质概况

　　索特盐化高峰场岩盐矿山位于四川盆地东部万县向斜中段南东翼，区域构造格架以北东向为主，构造形式以褶皱为主，断裂少见。矿区距向斜轴线约9 km，地层平缓，倾向一般为300°~330°,倾角6°~10°,为一单斜构造，次级褶皱及断裂均不发育。

　　2 209井老井眼井身结构

　　索特盐化万209井先导井的主要任务是探查目的区块的岩盐资源赋存情况及顶底界资料，一开后下入表层套管固井，二开井段则以裸眼完钻。导管：φ444.5 mm钻头钻至14 m，下入φ339.7 mm J55套管至10 m；一开：φ311.1 mm钻头钻至483 m，下入φ244.5 mm J55套管至481.34 m；二开：φ215.9 mm钻头正常钻至2 150.66 m，泵压骤降，将钻具提出井口后发现钻头从公扣处断落，下入磨鞋探得钻头于2 086.82 m掉头且附近井壁失稳垮塌，如图1所示。

　　3侧钻施工方案论证

　　事故井“鱼顶”至表套管鞋之间有近1 500 m的裸眼井段，地层主要为泥页岩与粉砂岩不等厚互层，这种软硬交互频繁、胶结性差、井壁稳定性差的地层有较高的井壁垮塌埋钻风险[2]。侧钻位置选定在大直径斜井段，对入窗井斜、垂深、位移控制有更高的要求，同时大井径需要更高的泥浆排量来保证岩屑的正常返出，裸眼井径会随之扩大，从而加大轨迹控制难度。针对井下复杂情况，提出导斜器开窗侧钻和水泥塞封固后裸眼侧钻方案。

　　3.1导斜器开窗侧钻

　　先用φ215.9 mm牙轮钻头通井扫孔至2 050 m，下入φ177.8 mm技术套管，灌注G级油井水泥固井；扫塞至侧钻点，待水泥完全凝固并达到设计强度后再下入导斜器坐封，然后下入铣锥磨铣窗口，待窗口修整成型后采用φ152.4 mm钻头+螺杆钻具的组合实施侧钻，如图2所示。导斜器套管开窗侧钻虽能有效避免薄弱井段井壁失稳垮塌的施工风险且侧钻成功率高、侧钻轨迹易于控制，但工序复杂、费用较高、施工周期长且后续完井只能下入φ127 mm及更小规格的套管会严重制约卤井建成投产后的注水排量。

　　3.2裸眼侧钻

　　通井至2 050 m后充分循环，打水泥塞封固易垮塌井段，注浆完成后迅速上提钻具至设计井深，冲洗残留于井壁的水泥浆；扫塞至侧钻点，待水泥完全凝固并达到设计强度后再采用φ152.4 mm钻头+螺杆钻具的组合实施侧钻，如图3所示。裸眼侧钻的优势在于施工流程简单、节省费用、无需较大调整井身结构设计，难点在于对水泥塞柱的胶结质量及强度有较高要求、新井眼轨迹控制的难度较大。

　　3.3方案选定

　　综合考虑两套侧钻方案的施工难度、成本预算、工期控制以及建成投产的经济效应等因素，最终选定裸眼侧钻方案。

　　4优化关键控制点

　　4.1侧钻位置

　　侧钻点选择既要考虑到施工的难易程度，又要兼顾进尺成本的控制，尽量选定于地层稳定、可钻性较好、机械钻速较高的层位，以便在较短时间内侧出新井眼，厚度为20 m以上的稳定泥页岩层位较为合适。水泥塞柱的保留高度要合理，在满足设计曲率半径所需水泥塞高度的基础上富余20～30 m即可，这既能补偿因侧钻失败而造成水泥塞柱的损失，也能减少完好井段的浪费。

　　4.2水泥塞

　　水泥塞柱的胶结质量及强度是决定开窗侧钻成败的重要因素，必须严格监管作业过程。

　　(1)检查作业设备的完好性及地面高压管线的试压；

　　(2)通井与循环，确保起下钻具顺畅；

　　(3)泥浆密度严格依照设计要求配置，误差不超过0.05 g/cm3；

　　(4)前置液与后置液的注入量应满足裸眼井段150～250 m环空高度，确保水泥浆与环空的钻井液能有效隔离，减少两者混浆量；

　　(5)在注水泥浆过程中要上下活动钻具3～5 m，避免钻具长时间停滞井下而发生粘附卡钻；泥浆顶替结束后，迅速提钻至设计循环冲洗深度，降低压差卡钻风险。

　　(6)承压试验，水泥塞侯凝达到规定时间后静载150 kN，要求两分钟内下降高度不超过5 cm。

　　4.3钻具组合

　　螺杆钻具的造斜效率是由多种因素综合决定的，主要包括钻具结构、地层特性、井眼形状、钻井参数。分析对比工区盐井钻探过程中的螺杆实际造斜率，在井斜角小于30°且岩石硬度为软至中软的地层中定向钻进时，牙轮钻头+螺杆(1.5°)的组合与PDC钻头+螺杆(1.5°)的组合的造斜效率分别能达到14.23°/30 m和9.87°/30 m。在本身具有一定斜度的井眼内侧钻，应先扭方位脱离老井轨道再控制井斜，使用牙轮钻头更易维持定向工具面的稳定。斜直井稳斜段过长会造成托压现象严重，可用加重钻杆替换钻铤以减低摩阻和扭矩。综合上述因素考虑，在造斜时选用牙轮钻头+螺杆的组合，提高侧钻成功率；进入稳斜段后选用PDC钻头+螺杆的组合，提高机械钻速。

　　4.4井眼轨迹监测

　　侧钻绕障的井眼轨迹跟踪及调整尤为重要，既要确保新老井眼的防碰间距又要满足施工设计的中靶要求。但在定向钻进中，因为实际井底与随钻测斜仪探管有一定距离而导致井底数据滞后，所以要根据测点的井斜、方位及钻具预测造斜率不断优化修正井眼轨道、调整钻井参数[9-10]。每根单根打完后划眼一次，确保井眼平滑规整。井眼轨迹的控制要兼顾曲率半径和进尺成本，造斜段的全角变化率不超过10°/30 m，要能保证后续的固井套管顺利通过，应多采用滑动钻进与复合钻进交替进行，但在进行复合钻进时，井斜与方位会出现难以控制的增降，可使用小弯度螺杆打复合钻以减少滑动钻进频次。每钻进200～300 m应短起下一次，修整井壁、扩大井眼。

　　4.5钻井液

　　万209井落鱼上部主要为泥页岩与粉砂岩交互的长稳斜段，具有岩屑易堆积、摩阻大、掉块多的特点，配置的钻井液应具备携砂能力强、井壁维护稳定、润滑性良好的特性。聚合物钻井液体系具有良好的流变性和井壁维护能力，非常适用于泥页岩等水敏性地层。

　　5现场作业

　　5.1主要作业设备

　　(1)ZJ40L/225型钻机：名义钻深4 000 m(φ114 mm钻杆)，最大钩载225 t，配套JJ41K/225型井架。

　　(2)动力设备：1台PZ12V190B柴油机，功率880 kW；2台YBBP450-6电动机，功率800 kW。

　　(3)3NB-1300A型泥浆泵：排量24.3～51.9 L/s，功率956 kW(1300HP)，最高工作压力35 MPa。

　　5.2打水泥塞

　　将光钻杆下至2 083 m(遇阻点上方)，开泵循环并观察泵压和振动筛返砂情况。待振动筛内明显无掉块返出后，依次泵入前置液6 m3、水泥浆11.7 m3(平均密度1.93 g/cm3)、后置液2 m3，替钻井液16.5 m3(密度1.35 g/cm3)。替浆完成后，迅速上提钻具至1 800 m冲洗残留于井壁的水泥浆，候凝。候凝48 h后下钻扫塞至1 867.57 m，静承压150 kN，2 min内无下移，起钻更换被水泥污染的钻井液。

　　5.3侧钻绕障

　　下钻通井至人工井底，充分循环将井眼冲洗干净。侧钻的钻具组合为φ215.5 mm牙轮钻头+φ172 mm单弯螺杆(1.5°)+φ161 mm无磁钻铤+φ166 mm螺纹钻铤+φ127 mm加重钻杆+φ127 mm斜坡钻杆，并采用MWD随钻监测井斜和方位。侧钻点：井深1 867.57 m，垂深1 848.83 m，井斜12.73°,方位35.27°。造斜段施工：钻压4～6 kN、泥浆排量28～32 L/s、机械钻速控制在0.2～0.3 m/h，每小时捞取一次砂样统计岩屑含量。钻井液：高分子聚合物钻井液体系，密度1.33～1.37 g/cm3，黏度40～45 MPa·s，失水≤8 mL，适量加入润滑剂或柴油以减缓托压现象。定向钻进至井深1 878.23 m，垂深1 859.59 m，井斜11.61°,方位37.76°,砂样中岩屑达到50%，机械钻速提高到0.3～0.4 m/h。钻至井深1 886.67 m，返出的砂样中页岩超过90%，表明新井眼已经形成，更换钻具组合：φ215.5 mm PDC钻头+φ172 mm单弯螺杆(1.25°)+φ213 mm扶正器+φ161 mm无磁钻铤+φ166 mm螺纹钻铤+φ127 mm加重钻杆+φ127 mm斜坡钻杆，机械提高至0.8～1.2 m/h。钻至井深1 918 m时新老井眼已相距2.25 m，继续调整方位和井斜使新老井眼保持3 m以上的安全距离。钻至井深2 028.5 m，新老井眼的距离超过3.5 m，稳斜钻进至2 161 m成功绕过老井眼井底，如表1所示。

　　6结语

　　(1)侧钻绕障技术在处理复杂井下落物时，具有安全受控、节省成本、工艺成熟的显著优势，可在盐井处理井下障碍物方面广泛应用；

　　(2)侧钻绕障的成败是由多种因素共同决定的，主要包括水泥塞的质量、侧钻点的选择、钻具组合、井眼轨迹监测以及钻井液；

　　(3)水泥塞柱的质量很大程度上取决于过程监管，必须严格管控地面管线试压、通井与循环、水泥浆密度控制、前置液及后置液的选型和配量、替浆量的计算和计量、注浆过程的钻具活动等关键工序；

　　(4)侧钻点的位置要满足地层稳定、可钻性较好、机械钻速较高的条件；

　　(5)依据地层情况和造斜率的需求设计钻具组合，可钻性较好、硬度较软的泥页岩造斜段可选用大弯度螺杆搭配牙轮钻头提高侧钻成功率，稳斜段则采用小弯度螺杆搭配PDC钻头提高机械钻速；

　　(6)侧钻前优化侧钻轨迹设计，采用MWD随钻测量定向数据，及时修正、调整井眼轨道的偏离；

　　(7)聚合物钻井液体系具有良好的流变性和井壁维护能力，应用于泥页岩地层效果较好。

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