0 引言

由于标准和监管变得越来越繁琐，重要的油气田开始接近开发后期，弃井作业变得尤为重要。目前，已经发布了定义明确的弃井作业监管标准，弃井封隔设计理念比以往任何时候都重要，规定了封隔的诸多关键需求，有助于提高作业可靠性和施工质量，确保作业成功率。

弃井作业最易接受的方式是恢复盖层，因此需要布置永久隔离物。永久隔离物应能密封盖层深度处所有的流体通道。为了恢复盖层，首先回收完井和生产管柱，然后段铣套管并扩眼，最后在盖层深度处打水泥塞作为永久隔离物。传统的段铣和扩眼作业需要2趟单独的起、下钻，时间长、风险大、成本高，不会给油公司带来任何收益。现今，有许多井要进行弃井作业，低成本和安全作业就显得极为关键。

为了缩短施工时间，降低作业成本，斯伦贝谢公司研发了段铣和扩眼联作系统。该系统克服了传统技术的不足，集成了段铣BHA和扩眼BHA，并与基于时间的三维钻井动态模拟系统结合，不仅可1次起、下作业完成段铣和扩眼作业，显著提高作业效率，而且还提高了作业可靠性，确保了作业质量和成功率。因此，开展段铣和扩眼联作系统的研究具有重要意义。

1 传统弃井作业技术

如果环空水泥胶结质量差，不能有效封隔油气层、含水层或其他过/欠平衡压力层等渗透层，那么弃井作业就需要段铣套管、扩眼并打水泥塞，以防止互窜和地层内的流体流出。

传统的段铣和扩眼作业通常需要2趟单独的起下钻，第1趟钻下入带有段铣器的BHA，首先置换和处理循环液，确保段铣过程中金属切屑的良好清洗，然后将段铣器下至预先确定的需要段铣的井段，进行段铣套管作业。段铣完成后，在套管上形成一定长度的窗口，起钻。第2趟钻下入带有扩眼器的BHA，扩眼清除套管窗口内所有的水泥、泥饼或其他最初建井过程中残留的污染物，暴露出原生岩石。最后，下入注水泥管柱，在套管窗口处打水泥塞，以长期有效封隔油气层、含水层或其他过/欠平衡压力层等渗透层，并可安全清除水泥塞之上的结构。传统弃井作业过程如图 1所示。

实际上，施工中常常需要在不同的深度打多个水泥塞。对于每一个深度，传统作业都需要2趟单独的起、下钻，因此，回收第1个BHA、连接并测试第2个BHA及入井，都极为耗时，而且成本高^[1-3]。

2 段铣和扩眼联作系统

为了克服传统弃井作业技术的局限性，提高作业效率，降低成本，斯伦贝谢公司研发了段铣和扩眼联作系统，利用该系统1次起下作业就可完成段铣和扩眼施工，减少起下钻次数，缩短施工时间^[1-4]。

2.1 结构

段铣和扩眼联作系统是一个集成了段铣BHA和扩眼BHA的混合式BHA(见图 2)，主要由段铣器、独特的高速扩眼器(High Ratio Underreamer，以下简称HRU)和创新型球启动钻井阀(Ball Activated Drilling Valve，以下简称BADV)组成。段铣器为现场成熟的液压启动工具，三刀翼配置使刀翼尖部的切割力最大化。HRU直接安置在段铣器之上，由于段铣器仅铣削一段套管，在井筒中存在限制，BHA必须通过才能到达目标深度，所以HRU设计为一个窄体工具，而扩眼臂的开口尺寸较大。HRU专为切削地层岩石而设计，从扩眼臂尖端到本体外径都布置有PDC切削齿，目的是进行肩部以外的初始切削，扩眼尺寸大于最初钻进的井眼尺寸，可确保清除套管窗口内所有的水泥、泥饼或其他最初建井过程中残留的污染物，扩眼段长为9.144~91.440 m。BADV在作业过程的任何时候都能确保段铣器和扩眼器在正确时间启动和关闭的可控性。

2.2 作业步骤 2.2.1 动态模拟分析

扩眼过程中易产生明显的动态载荷，为确保成功地进行扩眼作业，施工前用独特的基于时间的三维钻井动态模拟系统根据实际的BHA和施工方案对扩眼过程进行模拟；为确定产生高机械钻速、低井下振动和黏滑比的最优参数，避免任何质量事故，对所推荐的钻压和转速等作业参数范围进行参数敏感性分析；然后，根据选择的作业参数，对扩眼器偏离中心距离进行检查，以确保新的原生岩石在各个方向上暴露；最后，根据模拟分析结果，制定弃井作业的技术路线图。

2.2.2 施工过程

组配BHA，下钻过程中BADV处于开启状态。BHA下至特定深度后，将1个压力剪切接头安装在钻柱的顶部，当泵入的流体通过BADV时，允许剪切并对循环液进行处理，当循环液流变性满足金属切屑清洗时，投球关闭BADV，球通过工具并落在工具之下的一个捕捉接头上，使工具保持无障碍通孔，为后续可能的钢缆作业提供了便利。启动段铣器开始段铣，段铣完成后，在套管上形成一定长度的窗口。上提钻柱将扩眼器定位在窗口顶部以下大约1.5 m的位置，投球启动HRU开始扩眼，扩眼至距窗口底部大约1.5 m的位置结束扩眼作业，回收BHA。下入注水泥管柱，在套管窗口位置打水泥塞，以长期有效封隔油气层、含水层或其他过/欠平衡压力层等渗透层，并可安全清除水泥塞之上的结构。

3 现场应用

段铣和扩眼联作技术克服了传统弃井作业技术的局限性，1次起下作业就可完成段铣和扩眼施工，在减少起下钻次数的同时，缩短了施工时间，提高了施工效率。自2014年以来，该技术已在英国北海、英国大陆架和荷兰北海数口井的ø244.5和ø342.9 mm套管中得到了成功应用，段铣套管长度最长达45.72 m，与传统技术相比，极大地缩短了施工时间，节约了成本^{[1-2, 4-6]}。现以荷兰北海的一口井为例，介绍其应用效果。

3.1 基础数据

在荷兰北海的一口井中，应用新型段铣和扩眼联作系统进行了弃井作业。该井为S形井眼，最大井斜角52.53°，井斜角见图 3。弃井作业中需要在ø244.5 mm套管(钢级L80，线质量79.608 kg/m)中的不同深度进行3次段铣和扩眼，相关数据见表 1^[2]。

3.2 动态模拟结果分析

应用基于时间的三维钻井动力学模拟系统进行了参数敏感性分析。该分析有助于确定最优作业参数，实现高机械钻速、低井下振动和黏滑比，避免任何质量事故。最终将扩眼机械钻速均值分别规范为4.5、3.6和1.6 m/h。

为确保充分清除各个方向上的地层岩石，暴露新的原生岩石，对扩眼器偏离中心距离进行了检查。图 4显示了偏心对扩眼性能的影响。只要扩眼器偏离中心距离小于扩大的井眼直径与段铣后的井眼直径之差的½，那么这个偏心效应就很小，可以接受。对于参数敏感性分析中预测的所有稳定状态，偏心效应检查结果证实扩眼器偏离中心距离对扩眼性能没有大的影响。

基于以上分析结果，制定了有助于为用户提供可靠、高质量服务的技术路线图，并定义了确保作业成功的目标、风险和操作规程^[2]。

3.3 施工结果分析

按照技术路线图，用段铣和扩眼联作系统成功完成了3段的段铣和扩眼施工。

第1段：1 108.34~1 123.05 m，段长14.71 m，扩眼后的井眼直径为381 mm；

第2段：816.76~845.63 m，段长28.87 m，扩眼后的井眼直径为381 mm；

第3段：641.76~671.76 m，段长30.00 m，扩眼后的井眼直径为508 mm。

现场记录了稳定的段铣和扩眼作业数据，第3段的转速、钻压、机械钻速和扭矩现场数据见图 5a，模拟分析预测结果见图 5b，由图可以看出，现场数据与预测结果非常接近，证实了动态模拟分析的准确性。

扩眼臂的磨损状况见图 6。由图可以看出，3段扩眼臂都明显显示了较低的磨损，再次证实扩眼作业过程中稳定的井下性能，有助于延长扩眼器的使用寿命。应用井径测井曲线对扩眼后的井眼质量进行了检查，检查结果表明3段都实现了预期的井眼直径。

对各段的钻机运行时间进行了统计分析，并与传统技术进行了对比，结果如图 7所示。从图可以看出，在应用传统技术的情况下，3段总的钻机运行时间需要约100 h，而应用段铣和扩眼联作系统实际仅耗时约50 h，时间缩短近50%，不仅明显节约了成本，而且降低了HSE风险^[2]。

4 结论和建议

(1) 段铣和扩眼联作技术在弃井作业的性能和效率方面是一个阶跃性变化，与传统技术相比，显著缩短了施工时间，节约了成本，降低了HSE风险。

(2) 段铣和扩眼联作系统与基于时间的三维钻井动态模拟系统的集成确保了作业的高质量，提高了作业可靠性和成功率。

(3) 目前，我国许多油田都处于开发后期，非生产性/不经济钻井数量日益增多，建议进一步开展段铣和扩眼联作技术研究，为弃井作业奠定坚实的技术基础。