稠油井侧钻技术

稠油井侧钻技术稠油井侧钻技术是在已钻主井眼内，按预定方向和要求侧钻一口新井的工艺过程。

根据侧钻方法可分为套管开窗侧钻和裸眼侧钻。

裸眼侧钻主要用于深井事故处理，稠油侧钻多采用套管侧钻技术，这里只介绍套管侧钻技术。

第一部分侧钻的概念套管侧钻井是指在原套管内某一特定深度处开窗或锻铣后侧钻新井眼。

它包括侧钻直井、定向井和水平井（图1）。

侧钻井是一种投资少、见效快、经济效益显著的老油田开发技术，世界各国都非常重视，许多油田都把它作为重新认识老油田、使老油田增储上产和提高最终采收率的重要手段。

（图1套管侧钻井示意图）一、侧钻应用侧钻井一般是从5in、51/2in 或7in 生产套管侧钻33/4in、41/2in、6in 的小井眼，是目前应用广泛的钻井技术。

辽河稠油油田的大部分侧钻井是在φ177.8mm 生产管柱里开窗，用φ152mm 钻头侧钻，下φl27mm 尾管。

侧钻能使套损井、停产井、报废井、低产井等复活，使老油田恢复产能。

侧钻的优点：有效地开发各类油藏；充分利用原有的井场、地面采输设备，减少钻井作业费，节约套管使用费、地面建设费、降低施工成本；缩短施工周期，提高综合经济效益。

侧钻主要应用范围有：（1）套管损坏严重、无法修复的井。

（2）井下发生复杂事故、无法处理的井或出现水锥的井。

（3）油层出砂严重、套管又有损坏、无法采取防砂工艺的稠油热采井。

（4）需要钻开井底附近新的含油层系。

（5）在海上、湖泊、大陆有钻多底井等特殊要求。

二、侧钻井的发展状况早在20世纪20年代国外就提出了用侧钻井提高油井的产量。

1929年，美国钻了一口井深900m的侧钻井；1936年苏联开始应用侧钻技术，50年代开始大面积试验和推广，60年代末至70年代初处于低潮，90年代以来有较大的发展。

辽河油田自1992年实施侧钻技术以来，至2005年底，稠油侧钻井数已超过1000口。

侧钻井技术在稠油老井的改造、老油田提高产量方面见到了成效。

第二部分侧钻专用工具根据侧钻的工艺要求，侧钻井主要专用工具包括导斜器、送入器、开窗铣锥、丢手接头及固井工具等。

一、导斜器导斜器也叫斜向器，是引导磨铣工具从一侧磨铣套管形成窗口的专用工具。

导斜器有三种类型，即插入式导斜器、内眼贯通插入式导斜器和卡瓦锚定式导斜器。

（一）插入式导斜器插入式导斜器结构如图2所示。

送入器和导斜器均是由实心金属加工而成，两件之间用销钉连接，尾部接一根油管，油管本体焊有加强筋。

（图2插入式导斜器）这是最早使用的导斜器，其工艺过程是在预开窗位置以下30～50m处，先打一悬空水泥塞，水泥塞凝固后，注入缓凝水泥浆，在水泥浆凝固之前，利用钻具将导斜器下入水泥浆里，然后加钻压（80～120kN），剪断送入器和导斜器之间销钉，送入器继续下冲至承顿块，在承顿块的作用下，将导斜器座在已凝固的水泥塞处，然后起钻、候凝。

这种方法不仅费时费力，还经常因导斜器固定不牢等原因，使侧钻失败。

（二）内眼贯通插入式导斜器内眼贯通插入式导斜器结构如图3所示。

（图3内眼贯通插入式倒斜器）送入器和导斜器内有孔，形成了流体的密封通道，两件之间用销钉连接，尾部接一根油管，油管本体上焊有加强筋。

其工艺过程是利用钻具将导斜器下放到预制水泥塞的灰面，然后注入缓凝水泥浆，再加钻压剪断送入器与导斜器两件之间的连接销钉，送入器继续下冲顶在承顿块上，在承顿块的作用下停止下冲，这样就将导斜器座在井里，然后起钻，将送入器取出井外，候凝。

这种导斜器将注缓凝水泥浆与下导斜器连在了一起，简化了施工过程，但注入缓凝水泥浆后的全部作业必须在水泥浆初凝之前完成。

（三）卡瓦锚定式导斜器卡瓦锚定式导斜器结构如图4所示。

（图4卡瓦锚定式导斜器）此工具的送入管和导斜器内有孔相通，形成了流体的密封通道，利用钻具将导斜器下放到预定位置，先循环冲洗，待钻具水眼、井眼干净后投球，然后开泵憋压，推出锚定机构卡瓦，将导斜器卡在套管上，再旋转钻具，退出送入管，导斜器座在井里后起钻，将送入器取出井外。

工具结构紧凑，施工时操作方便。

插入式导斜器和内眼贯通插入式导斜器都是利用水泥固定的。

其优点是工具构造简单、制造容易；缺点是施工麻烦、用时较长。

卡瓦锚定式导斜器固定可靠、施工简单、用时较短，是目前侧钻施工普遍采用的导斜器。

二、磨铣工具套管开窗的磨铣工具主要有起（初）始铣鞋、开窗铣鞋、铣锥、西瓜皮式铣鞋、钻柱式铣鞋、复式铣锥和钻铰式铣锥等。

这些类型的铣鞋（锥）并非每次开窗中都全部使用。

在初期开窗中，使用铣鞋的类型和数量较多。

随着工艺改进和技术进步，铣鞋的结构有了较大改进，铣鞋用量越来越少，近几年用1只铣鞋就可完成开窗作业。

有各种形状的开窗磨铣工具，结构如图5和图6所示。

（图5开窗磨铣工具）（图6各类铣锥）（1）启始铣。

启始铣是专用于套管内开始磨铣套管的工具。

下井时，用钻柱将启始铣带着定斜器一起下入，使定斜器坐于封隔器上，一旦定斜器被锚定后，加入一定压力和利用钻柱自重剪断螺栓，在转盘的驱动下启始铣便可磨铣套管。

（2）开窗铣鞋。

开窗铣鞋底面略凹，而中心隆起，像个盘子。

凹边的作用是有助于使铣鞋处于磨铣套管状态，保证铣鞋的磨铣作用。

一般用它沿定斜器铣完后再铣入地层1～2m。

（3）西瓜铣。

西瓜铣随同开窗铣一起下井，其中间部分为最大直径，长度约0.25m，两头锥型部分各为0.25m左右。

西瓜铣紧接在开窗铣鞋之上，其作用是在铣出的套管窗口上加长窗口的顶部，修光开窗时留下的毛口，使窗口加长、平滑。

（4）管柱铣。

管柱铣与西瓜铣非常相似，其刀刃部长度也相近，仅仅是中间部分的刀刃较长，而两头的锥形部分较短。

一般情况与铣锥或刚开始钻进时的钻头同时下井，目的是最终加长并修磨窗口。

（5）铣锥。

铣锥具有长而尖的鼻锥，一般与管柱铣一起下井，作为最终修光前面遗留的任何棱角或毛口之用，也可以用于铣去遗留在定斜器底部的套管突出部分、变形套管等。

（6）复式铣锥。

复式铣锥采用优质钢做本体，工作面镶焊硬质合金刃或用碳化钨焊成。

是铣穿套管的主要工具。

主要由四级不同锥度的锥体组成，自上而下锥度逐渐增大。

最下一级锥体叫做引子，其作用是引导铣锥铣进，防止提前滑出套管，当铣进到导斜器斜面与套管的间隙小于引子直径的位置时，引子就不再起引导作用。

第Ⅲ级刀刃长度最长，是向下磨铣套管的主要段。

第Ⅱ级锥体斜度与定斜器斜度基本相同，其作用是稳定铣锥扩大窗口。

第IⅠ级锥度为零，主要作用是修整窗口。

（7）单式铣锥。

单式铣锥的钢体工作面镶焊硬质合金，刀刃排列合理，利于切削。

在复式铣锥开出窗口以后，用单式铣锥继续加长窗口。

其作用是修整窗口，使窗口光滑规则，便于下步工作进行。

主工作面是底部刀刃，侧面锥度与导斜器斜面一致，可沿导斜器斜面加长窗口至最低位置。

开窗结束之后，用平底磨鞋磨碎、用磁铁打捞器打捞金属屑。

三、锻铣工具锻铣工具是截断铣锥。

截断铣锥是一种简单的水力工具。

使用时，将截断铣锥下人预定开窗的位置后，泵入的修井液在活塞两端形成的压差迫使活塞下移，将刀臂挤开，开始切割套管。

套管切割开后刀臂达到扩张时的极限位置，此时逐渐加压开始磨铣套管。

磨铣过程中，承受的机械载荷几乎全部加在连接磨鞋与本体刀臂的铰链上。

第三部分套管开窗技术套管开窗就是在侧钻起始位置的原井套管上打开一个窗口的工艺过程，套管开窗分导斜器开窗和锻铣开窗两种方式。

无论哪种开窗方式，在进行套管开窗前，都需要作以下准备工作∶（1）若是生产井，则起出井内生产管柱。

（2）通井。

目的是了解套管完好情况，为顺利下入导斜器等开窗工具创造条件。

通井时，要使用符合规范的通井规，若用导斜器开窗，通井规直径要比导斜器直径大2～4mm，通井规长度不得小于导斜器长度。

（3）封挤老井射孔层。

目的是防止原井眼油水层互串影响采油效果，并可为座导斜器制造一个坚实的井底，以控制侧钻开窗位置。

（4）上部套管试压。

目的是了解套管密封情况，为确定开窗高度和悬挂尾管的高度提供资料，为固井施工、试压打好基础。

一、导斜器开窗导斜器开窗是在原井预开窗位置固定一导斜器，迫使钻头向套管一侧钻铣，在套管壁上形成一个可以向套管外侧钻的窗口。

优点:使用范围广，能适用于大井斜角、套管损坏井和多层套管井;保持了套管原来的连接，套管并不断开;磨铣铁屑量少，钻井液性能要求低;开窗后不需要打水泥塞候凝;成本低，周期短;工具加工简单，可重复使用;井眼条件要求不严。

缺点:出窗后定向易受磁干扰;斜向器坐封必须牢固，在整个钻井过程中窗口处容易引起事故。

由于井况和工具的不同，导向器开窗工艺与要求不完全相同，这里介绍常用的开窗工艺。

（一）确定开窗位置原则（1）根据侧钻井井型确定开窗位置。

（2）管外水泥封固良好。

（3）窗口以上套管密封良好。

（4）窗口应避开套管接箍和扶正器。

（5）窗口应避开不稳定地层和硬地层，一般以砂泥岩地层为宜。

（二）井眼准备（1）洗井。

用清水洗出井内原油或其他液体。

（2）刮管和通径。

用比导斜器直径大2～4mm且比导斜器长的通径规和标准刮管器进行通径和刮管。

（3）注水泥封原射孔段或窗口一下套管损坏井段。

（4）套管试压。

打底塞或安放桥塞（三）导斜器的选择导斜器的选择详见本文第二部分。

（四）导斜器的送入导斜器用钻具下入井内，导斜器和钻具之间接定位接头，下导斜器的钻具组合如图7所示。

（图7下导斜器钻具组合）导斜器在入井前，在地面将导斜器斜面方向和定位接头方向调至一致或量出二者角差，并将导斜器所有丝扣上紧。

要控制导斜器下放速度，防止导斜器中途遇阻脱落。

下到预定位置后，先小排量开泵，正常后适当增加排量，有效清洗钻具水眼和环空，确保洗井液循环通畅。

（五）导斜器的定向导斜器在套管内定向需用陀螺仪，根据陀螺仪测出的工具面数据，调整井下导斜器的方位，在导斜器定向过程中要注意以下几点∶（1）若原井是直井，用陀螺仪监视，将导斜器斜面方位调至设计方位，以便直接开窗侧钻。

（2）若原井井斜超过10°，则将导斜器斜面方位调至老井方位，以便起下钻具顺利通过。

（3）若原井井斜较小，可使导斜器斜面方位适当向设计方位偏移，以减少施工工作量，调整方位量要根据原井井斜大小而定，以起下钻具能顺利通过为准。

（4）调整导斜器斜面方位采用转盘或用井口大钳拉动的方法，由于侧钻井钻具较细、柔性大，若井较浅且直，一般采用提拉钻具后大钳拉动的办法。

采用转盘调整方位，一般不易掌握准确。

（5）导斜器定向后，需要复测工具斜面方位，如没有达到预定目标，则需多次调整，直至达到要求为止。

（6）导斜器方位确定后，锁死转盘，进行下一步导斜器固定工作。

（六）导斜器的固定导斜器的固定方法有两种：注水泥固定法和卡瓦锚定法。

1.注水泥固定法对于插入式导斜器，可以直接加压剪断销钉。

对于内眼贯通插入式导斜器，需要先打缓凝水泥浆再加压剪断销钉。

剪断销钉后提出送入工具，候凝。

要求全部工作必须在水泥初凝之前完成。