连续油管开窗侧钻水平井技术

图0
0 ( 油管 1 ( 油管接头 & ( 上部非旋转接头 05 ( 液流管 0* ( 泄压短节
$%/ 井下工具
3 ( 液压断开接头 ’ ( 浮箍 * ( 循环接头 ) ( 定向器
2 ( 回压阀
专用 !"# 结构
按照各种工作的专门需要， 套管 !"# 可分为： 或衬 管 开 窗 用 !"#、 增 斜 段 用 !"# 和 水 平 段 用 !"#。 套管或衬管开窗用 !"#： 在套管或衬管上磨铣 开窗前， 先由 $% 油管下入一 44 @ > ;2 的纤维水泥造 斜塞。从水泥顶部开始至要进行套管开窗的点钻一 导引孔。在浮动接头和非旋转型接头之间接有 3 = 以增加钻压和工具面的 & 节直径 4) ( 2’ ;; 的钻铤，
钻井液要求
磨铣开窗作业时会产生岩屑和金属碎末， 因此， 要求钻井液必须具有良好的铁屑携带能力和良好的 剪切稀释性能以及悬浮能力， 漏斗粘度一般在 .2 , 屈服值大于 -%， 使塑性粘度与屈服 !22 4 之间为宜， 值之比较小。有条件时可采用正电胶钻井液体系。
固控要求
在磨铣过程中应做好钻井液的净化工作， 返回 的钻井液应通过一系列钻井液槽磁铁和一个线性振 动筛， 以防止返出的铁屑再次入井， 堵塞磨铣工具喷 嘴。
方， 其关键部分是链条牵引总成， 为液压驱动的反向 旋转双链条夹持牵引式油管起下机构。驱动马达采 用低速大扭矩液马达。马达刹车、 连续油管起下速 度、 连续油管夹紧力和链条张紧力， 由作业手在控制 室集中控制。 滚筒用于均匀地缠绕连续油管， 其所能缠绕连 续油管的长度主要取决于滚筒的外径、 宽度、 同心的 直径、 汽车底盘或拖车的承载能力和道路条件等。 液压动力装置为整套连续油管机组提供液压动 力源， 主要由液马达、 滤清器、 油箱和液压阀等组成。 控制室是操作人员监控注入头、 油管滚筒和防 喷器等设备的场所， 是连续油管机组的操作控制中 心。在操作台上， 有各种液压件和气动件操作控制 仪表， 以及发动机操作控制仪表等。 ! K 其它井口设备 循环系统中的钻井泵系统、 节流阀及柴油发电 机安装在对准井口上方的修井机主拖架上， 该拖架 提供了一个封闭取暖工作平台， 给防喷器组提供了 保护罩。钻井液罐系统与主拖架相邻， 配有蒸汽加 可混合钻井液、 热器、 +) K ) @* 储存能力的钻井液罐， 除气， 并具有一定的固控能力。 为维护关键钻井液的性能， 联合使用一个固相 处理设备与钻井液罐系统。此轻便设备只在裸眼钻 进时才使用以降低成本， 它包括一个线性振动钻井 液筛和一个用来清除钻屑的高速离心机。 防喷器组由两个双闸板防喷器和一个环空防喷 器组成， 还包括一个传统的 ,- 油管润滑器和一个
捞。 循环接头位于液压断开接头下方， 投球循环至 球座后发挥作用。在其打开时， 液体在 +./ 和钻 井马达上方通过侧空呈放射状分流。循环接头减少 了通过 !"# 的压力损失和流速限制， 从而允许增大 流速， 较高的流速可改善清岩效果。 非旋转接头， 由于 !"# 的长度过大， 常常要在 井中将工具分成二至三段。当底部 !"# 进入井眼 以后， 由防喷器卡瓦持定位， 此时管柱不可能再进行 旋转， 也不能再进行传统的丝扣联接。为了进行联 接， 需要使用一个花键非旋转型接头。两个联接滑 卡在 一 起 并 通 过 内 花 键 互 锁 防 止 旋 转。为 保 护 在花键段以上接一丝扣钻铤。 !"#， 定向工具用于调整井下工具的工具面， 采用压 差驱动方式。调整时， 顺时针转动， 可以预设调整 量， 一 般 每 次 调 整 159。 产 生 的 转 动 扭 矩 可 达 ・ 下部还可以加装喷射接头， 以增大转动扭 &4’ : ;， 矩。 随钻测量系统可测量工具面、 井斜角和方位角。 脉冲发射器和涡轮系统安装在同一圆管中。位于钻 井马达和圆管之间的方向探测器和伽马探测器安装 在无磁蒙乃尔钻铤内。测量数据不停地传递到地面 并在 $%< 控制室中显示。随着新型传感器的出现， 已经能够测量井底压力、 井下温度等参数。 井下 马 达 采 用 螺 杆 马 达 （单 弯 外 壳 或 双 弯 外 壳） ， 在普鲁德霍湾油田， 主要使用 0 ( * 级、 42 ;; 和 瓣比为 4： 外壳弯 ’’ ( ) ;; 两种规格的螺杆马达， ’， 曲度为 09 = 29。 在 $%/ 作业中广泛采用 ,/$ 钻头， 五翼结构， 镶嵌粒径 ’ ;; 的圆形和平底切削片。工作切削片 的刃角为钝角， 以便减小马达失速和反扭矩。在砂 岩中的钻速一般为 ) = 10 ; > ?， 在泥页岩地区的钻 速一般为 2 = & ; > ?。在穿过套管侧窗时， 为避免对 ,/$ 钻头的切削齿造成损坏要降低泵速和下钻速 度。
,-. 钻井地面设备
# K 主要设备 ,-. 钻井地面设备主要包括连续油管作业机 （ ,-L） 及相关井口设备。 连续油管作业机是连续油管钻井作业的主要设 备， 它是一种移动式液压驱动的连续油管起下运输 设备， 有车装自走式、 拖车式和撬装式等多种结构型 式， 包括注入头、 滚筒、 液压动力装置和控制室等。 注入头是一套液压驱动装置。在下入连续油管 时， 它提供向下的推力， 推动连续油管下井； 在提升 连续油管时， 它提供拉力， 将连续油管从井中取出 来。注入头放置在钻机平台防风壁中， 位于井眼上
第 !% 卷 钻井工艺
第*期
钻
采
工
艺
・ #& ・Βιβλιοθήκη Baidu
连续油管开窗侧钻水平井技术
朱丽华， 陈 新， 黄 焰
（四川石油管理局钻采研究院）
摘 要：连续油管钻井 （ ,-.） 技术是 &" 年代以来国外大力研究和发展的热门钻井技术之一。适于小井眼直
井钻井、 定向井钻井、 水平井钻井及过油管钻井等多个领域。利用连续油管进行过油管开窗侧钻水平井， 能显著节 约钻井成本， 是一种可靠、 安全、 经济的对现存老井眼进行侧钻的有效方法。文中全面地介绍了国外连续油管侧钻 水平井所用设备、 侧钻工艺及实例。 关键词：连续油管；钻井设备；套管开窗；过油管侧钻
头， 接着下 !"弯外壳可定向的容积式马达。导引孔 有近边导引、 远边导引和曲线导引三种几何形状， 大 多数井中采用曲线导引， 因其易于定向和可预测造 斜， 且从直井眼段经过平缓的导引曲率段到窗口的 最高曲率处过渡平滑， 减小了井下钻具组合穿过窗 口的阻力。 # $ 磨铣窗口 开窗的最后一个步骤是磨铣窗口。导引孔钻至 接触套管壁， 使磨铣井下钻具组合保持在正确的方 位上， 水泥斜面从开始就支持着磨鞋和马达弯外壳， 产生所需的切削力。开窗井下钻具组合为： 钻铤 ? 定向工具 ? -" , #" 双弯外壳井下马达 ? 磨鞋， 钻铤 用于向磨鞋提供所需的钻压。 在开窗作业中， 最重要的技术之一是吊打， 吊打 的关键是锁住注入头一段时间磨铣套管， 从而使磨 鞋磨进套管。吊打步骤完成以后， 恢复定时钻井， 如 果磨鞋在 2 $ # 1 左右范围内开始获得钻压， 表明磨 鞋保径已经切入套管， 可以加钻压磨铣窗口。随着 起始磨鞋和导引孔的改进， 吊打的时间已经大大缩 短。 一趟磨鞋的逐步成熟， 使一趟开窗成为可能， 不 仅节约了开窗时间， 节省了费用， 而且可以避免第二 趟磨鞋下井衔接的准确性问题。 8 $ 侧钻 开窗完成后， 首先钻造斜段和稳斜段， 最后钻水 平井段， 侧钻工艺与常规侧钻类似。
钻井实例 开窗侧钻工艺
利用连续油管进行开窗侧钻， 目前较成熟、 应用 ! $ (6+7 公司 截至 !55% 年底， (+67 公司的 != 次水泥塞测钻 试验成功了 !8 次， 侧钻成功率达 .=@ ， 而且 8 次失 败都发生在前 !2 次侧钻中， 后 = 次全部成功， 使整 个项目的后半部分的成功率达 !22@ 。 !8 个窗口中大部分是用 A.# 马达带动 A5% $ # （或 A53 $ %） 金刚石快速磨铣钻头所开。这些窗口有 3 个是在 A!.. $ = 衬管上， % 个是在 A-88 $ % 衬管上； 另外 # 个窗口是在 A== $ 5 马达驱动下用 A!!8 $ # （或 磨铣钻头开的， 一个是在 A!.. $ = 衬管上， A!!% $3） 个是在 A-88 $ % 衬管内。尽管 A88 $ % 和 A32 $ # 直径 的连续油管也用过， 但是， 大部分磨铣工作是用%2 $ = B # $ 53 11 连续油管进行。 所有的窗口都是在井斜 -%" , 3%"范围的井中开 出的， !8 个窗口中有 # 个是从衬管低面开出的。只 下一趟磨铣钻头就能磨铣一个窗口， 所需时间已降 到不足 ! 天。
井下工具
连续油管开窗侧钻所用的主要井下工具有连续 油管接头、 回压阀、 液压短开接头、 循环接头、 非旋转 接头、 定向工具、 随钻测量系统、 井下马达、 磨鞋和钻 头等 （如图 0 所示） 。 连续油管接头用于连接连续油管和井下工具， 并承受轴向载荷和扭转载荷， 主要有卡瓦式和嵌压 式两种结构， 现场一般采用卡瓦式接头。
中图分类号： -/ !+*0! 文献标识码： 1 文章编号：#""’ $ )’(2 （!""!） "* $ "#& $ "*
随着小直径马达钻井系统和地面设备的可靠性 应用的改进， 连续油管钻井仍是侧钻现有井， 发现新 油藏， 让作业人员倍感关注的一门工艺技术。而连 续油管过油管开窗侧钻技术亦有着巨大的优势， 与 常规侧钻技术相比， 可以不起下油管， 直接通过油管 进行开窗侧钻， 即过油管侧钻， 加上连续油管无接头 以及连续油管钻机固有的结构特点， 使连续油管侧 钻能显著节约钻井成本。 34,5 公司和 16 公司在 普鲁德霍湾油田使用 ,-. 侧钻节约了起出、 购买和 重下生产油管和完井设备所需的成本， 与传统的钻 机侧钻相比， 成本平均降低了 +"7 。 .89:;; <=>;?@A “3” 油田的一 B:C DEF 公司在加拿大 3;B:CEG H;G?=8IJE: 系列侧钻水平井也表明， 连续油管侧钻技术具有较 强的竞争力。
第 -% 卷
第#期
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艺
・ -! ・
稳定性。钻导引孔时使用 !"弯角的弯外壳钻井马达 和抛物线状的金刚石速磨钻头。套管开窗常用#"弯 外壳钻井马达， 马达上安装有 ! $ %"弯接头。在磨铣 穿过套管或衬管壁时使用短刃凹面金刚石速磨钻 头。在磨铣导引孔和开窗时不需地磁数据， 故使用 传统的导向钻井马达， 以节约费用。 增斜段 &’(： 钻增斜段不需使用钻铤， 造斜使 用无磁马达和 )*+ 钻头。钻井液马达的外壳弯角 从 !" , - $ .%" 不等， 根据整个增斜及方位扭转率而 定。不使用 /0* 稳定器， 为减少钻压传递问题， 钻 井液马达的抗磨垫块限制在 # 11 以内。 水平段 &’(： 钻水平段所用 &’( 结构与钻增斜 段所用完全相同。为维持水平轨迹并能小范围定向 校正， 使用弯度为 2 $ 3" , ! $ 2"的弯外壳钻井马达。
4 ( 下部非旋转接头 01 ( 67 工具 04 ( 钻头
00 ( 柔性短节
02 ( +./ 038 内外密封
0& ( 钻井马达
回压阀安装在连续油管接头上方， 用于限制流 体流动方向， 使钻井液从地面流向井底， 阻止井液反 向流动。阀的过流面积大， 阻力小， 反向密封可靠。 液压断开接头位于回压阀下方， 在卡钻时用于 分离液压断开接头上部井下工具和下部井下工具， 万方数据 分离后， 采用投球作用方式， 井下落鱼用打捞工具打
收稿日期：!""# $ ## $ #%
作者简介： 朱丽华 （#&’& $ ） ， 女， 工程师， #&&# 年毕业于西安石油学院英语专业。现在四川石油管理局广汉钻采院从事科技情报调研工作。 电话： （办） 。 "!(—(!&)(*+!
万方数据
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钻
采
工
艺
1551 年
封井头。较低处的双闸板防喷器和环空防喷器， 在 !"# 联接期间和下衬管时使用。上部的双闸板防 喷器带有全封闸板和半封闸板， 剪断或卡紧 $% 工 作管柱。液压封井头可以在 &’ ( )* +,- 额定压力下 使用， 确保安全。 其它的地面设备， 包括控制和维护定向工具的 司钻和地质师专用拖车及钻井工具修复 +./ 拖车、 拖车。用立式罐储存清洁辅助液和旧钻井液。