套管开窗侧钻技术

第八章套管开窗侧钻技术

概述

侧钻技术在国外起始于三十年代，于八十年代得到深入发展。我国于八十年代开始研究侧钻技术，十年间内迅速成熟起来。该项技术在全国各油田得到了广泛的推广应用，并取得了明显的经济效益和社会效益，成为油田特别是老油区节支增效、节约挖潜的重要手段和措施。

井眼的侧钻技术一般分为两种类型，一是裸眼井内侧钻技术，即在裸眼井内打入水泥造成人工井底然后側钻或条件允许时直接进行悬空侧钻形成侧向井眼的工艺技术。二是套管开窗技术，即依据设计要求，在套管内某位置开一窗口或铣掉一段套管，侧向钻出一新井眼，实现重新完井的工艺技术。

侧钻技术是在普通定向钻井技术的基础上发展起来的，除具有普通定向井和水平井的共性之外，也有其自己的独特性，正是这些独特性才形成了专门的侧钻工艺技术。侧钻的主要目的是实现：“死井复活”、提高采收率、降低成本。侧钻技术主要应用于：（1）钻井过程中套管内有落鱼或落物而无法打捞不能继续进行钻井、完井作业。

（2）钻井及采油过程中套管变形，影响生产。

（3）采油过程中砂堵砂埋严重，通过修井作业无法恢复生产的井。

（4）直井落空，偏离油层位置，经勘探其周围还有开采价值油藏。

（5）有特殊作业要求的多底井和泄油井等。

（6）油田开发后期，已无开采价值的井，为了节约钻井成本，充分挖掘潜力，利用原井眼开窗侧钻成定向井开采边角油气藏。

开窗工具主要分为两大类：一是锻铣式开窗工具，主要由锻铣器和锻铣刀片组成。

二是斜向器式开窗工具，分为：a.固定地锚斜向器式b.一体化式地锚斜向器。两种类型。主要由地锚总承、斜向器总承、和磨铣工具组成。

本章着重对套管开窗技术进行介绍，讲述了套管开窗的原理、专用工具及其现场使用。第一节锻铣开窗侧钻工艺

一、套管锻铣器的结构设计和工作原理

套管锻铣器的结构见图8—1，主要由保护接头、壳体、泵压显示装置、活塞总成、弹簧、刀片、下扶正器组成。其工作原理为：

图1 短线器结构示意图

锻铣器下入设计井深后，启动转盘、开泵。此时泥浆流经活塞上的的喷嘴产生压力降，形成的压力推动活塞下行，支撑六个刀片外张切割套管。当套管切断后，刀片达到最大外张位置，泵压将明显下降，这时可加压进行套管磨铣作业。作业完毕后，停泵、压力降消失，活塞在弹的反力作用下复位，刀片凭自重或外力收回刀槽内。

二、锻铣器结构设计的特点

a)锻铣器有六个刀片，可同时伸出切割或锻铣，寿命长、速度快。

b)采用水力活塞结构，依靠压力降推动活塞运动，设计有泵压显示装置，当刀片

切割套管后，在立管用力表上立即反映出２ＭＰa的压力降，易于判断。

c)锻铣器下部增设稳定器，限位块中设有扶正块，两处形成两点扶正系统，以保

证扶正器工作平稳，延长了刀片的使用寿命，提高了磨铣速度。

三、最小排量的确定

套管锻铣器利用喷嘴压降推动活塞，并克服弹簧反力支撑刀片外张。首先考

虑弹簧最大反力，计算最小排量。

已知：压力降P b＝０.８２７ρQ2/C2de4kg/cm2

式中：ρ为泥浆密度Ｑ为排量l/s

C为流量系数de为喷嘴当量直径

活塞承压面积Ａ＝Л（Ｄ腔２－Ｄe２）／４

式中：Ｄ腔为活塞面积，cm

de为喷嘴直径，cm

弹簧最大反力Ｆ弹

因此有：Ｆ弹＝Ｐb*A

锻铣器在工作时，理论上只要达到上述最小排量就可以克服弹簧阻力，支撑

刀片外张。

四、切削元件的特性

衡量切削元件的主要技术指标是磨铣套管长度和速度，而这两项指标主要取决于切削元件材料和形状。

井下磨铣工况要求切削元件有足够的韧性，又要求有足够的耐磨性，两者必须统一才能保证较长的工作寿命和转速。设计中常采用抗弯强度大于180kg/mm2，硬度大于HRA90的高强度硬质合金作为切削元件。

五、锻铣器开窗侧钻工艺过程

1、准备工作

（1）项目的确立：首先要进行地质调查，分析论证，查阅原井及临井地质资料，完井资料，若原井是因采油过程中发生事故，要对原井的产能及效益进行分析对比，对侧钻完井后的效益进行预测，经论证后立顶。

（2）工具准备：根据施工需要，工艺要求，经济效益分析对比，准备适合本井的开窗工具。段铣式套管开窗定向开窗侧钻需准备下列工具（7"套管为例）

7"套管开窗锻铣器1-2套

锻铣刀片（根据锻铣段长）6-8付

1．５度１．７５度单弯动力钻具各一套

定向接头2只（随钻测量用可循环式）

3-1/2"钻杆（根据完钻井深）

4-3/4"钻铤4柱

4-3/4"无磁钻铤1-2根

4-3/4"短钻铤2根

6"PDC钻头及牙轮钻头若干

随钻测量仪器，电缆及绞车（应满足施工需要）

单多点测斜仪器各1-2套

直径152mm螺旋扶正器4-6只

强磁打捞器一只

备齐各种尺寸事故处理工具

（3）井眼准备工作：

a、查阅原井资料，确定开窗侧钻位置，应尽量避开套管接箍，选择水泥封固质量好有利于侧钻的地层。

b、分析井口至侧钻点井段的原井身数据，查阅套管钢级、壁厚、内外径。

c、测量套管压力及液面高度，若原井眼套管压力较高，液面上长较快，应预先在开窗侧钻点以下100米处打水泥塞封固。

d、通套管内径、刮蜡，清除原井眼内原油及污物，检查套管是否有损坏或变形。

e、测磁性定位，检查套管有无损坏变形，应在钻杆内测套管接箍，把所有误差校正至钻杆上。原理如图（四）所示

f、作出套管定向开窗侧钻设计，制定施工方案，技术措施，作业参数。

H2

图8-1 套管接箍测量示意图

（4）钻具准备工作：

a、所有下井工具下井前都要进行检查探伤，各种工具要有产品合格证书。

b、钻杆钻铤无磁钻铤下井前要用直径55mm通径规通径，清除钻具水眼内杂物。

c、配足泥浆，调整泥浆性能附合开窗侧钻井眼地层的钻进要求。

2、套管锻铣开窗工作步骤：

（1）锻铣工具下井前安装调试，开泵检查刀片能否全部涨开，停泵刀片能否回。

（2）检查工具灵活好用后，将刀片捆住，防止下井过程中刀片误打开，损坏套管及刀片。

（3）钻具下井过程中控制下放速度，严禁猛刹猛放，中途不得开泵循环，不能转动转盘。

（4）下钻中途遇阻，不能硬压硬冲，遇阻不能超过去1吨，否则应起钻通井，井眼畅通后再下开窗工具。

（5）保护好井口，严格防止井口落物，以防发生重大井大事故。

（6）开窗锻铣工具下到开窗位置，开泵转动转盘，20-30分钟，慢慢加压0.5-1吨，观察钻具能否吃住钻压。

（7）钻具能承受住钻压后，继续磨铣，并观察有无碎铁屑返出，根据铁屑返出量和形状分析锻铣工具工作状况。

（8）磨铣过程中钻压不能超过去时吨，防止压坏锻铣工具，致使工具不能完全磨穿套管，出现套管内拔皮现象。

（9）每磨铣0.5米，停止转盘转动增大泥浆排量循环清洗井眼，观察铁屑返出情况及数量，防止铁屑在井内相互缠绕，形成“鸟窝”状铁屑团，造成卡钻事故的发生。

（10）每磨铣套管1-2米，停泵停转盘慢慢上提钻具，检查锻铣工具刀片闭合开启情况，