套管开窗侧钻技术与应用

套管开窗侧钻技术及应用

从20世纪90年代初期，我国各油田开始研究、应用侧钻井技术，采用侧钻井技术能够减少调整井施工，节省征地、道路建设、采油及地面工程等费用，具有广阔的应用前景。侧钻井技术主要应用在以下几种井况：井下技术状况差(套管变形或损坏、井下落物)；采油井不出油或低产井；老井油层互窜或油层高含水；调整井网挖掘剩余油，增加可采储量；老井加深，开发或勘探深层系油藏。

一、油田开发的现实需求——套管开窗侧钻技术

国各老区油田经过较长时间的开发生产，由于套管变形或损坏、井下落物事故不易处理，以及井下水锥或气锥等多种原因的影响，陆续有部分油水井已不能维持正常生产，造成原油及天然气产量逐年下降，严重威胁到油田的正常生产。为了降低钻井综合成本，特别是有效的利用现有井眼，发挥老井潜力，国油田加强了小井眼开窗侧钻技术的研究与应用。经过几年来的不断发展，这一技术已日趋成熟和完善。开窗侧钻技术就是利用老井井眼对油藏进行再开发挖潜，并充分利用老井原有的一些采输设备，使原井的生产潜力得以充分发挥的新技术新工艺，从而延长老井使用寿命，提高原油产量，同时还可利用老井的井眼大幅度降低施工成本，缩短施工周期，提高综合经济效益。因而开窗侧钻二次开发老井的油气资源，在今后数年仍具有广阔的应用前景。

二、侧钻井设计、施工的相关原则

由于各油田油藏埋深、储层物性、地质特点、套管程序有着诸多不同，如何有效利用套管开窗侧钻技术，提高油藏开发效果，需要做大量的研究工作，这主要包括钻井设备优选配套，井眼轨迹设计、监测和控制，钻井液、完井液选型及现场处理维护，完井固井施工及测井射孔等，以形成一套适合各油田的侧钻井技术。

1、窗口位置的优化设计

侧钻位置的选择与原井套管完好情况、地层岩性、油水层纵向分布状况、工具造斜能力、开窗方式、地质设计有关。侧钻位置的优选应以尽量利用较长的老井眼、缩短钻井周期、节约钻井成本、保证钻井施工安全、延长油井有效寿命、提高油井产量为总原则。具体可以归纳为以下几点：

(1)侧钻位置要尽可能深；侧钻位置以上套管完好，无变形、破裂和漏失，窗口应选择在固井质量好、井斜小的井段，并避开套管接箍2—3m。

(2)若采用锻铣方式开窗，侧钻位置及以下至少20m之地层稳定、可钻性要好，以便于造台肩和钻出新井眼，并且不易回到老井眼。

(3)侧钻位置应尽量选择在砂岩或非膨胀泥岩地层，最好能避开膨胀页岩和岩盐井段、避开老井的水淹区；侧钻位置应尽可能避开射孔井段，保证开窗和钻进施工安全。

(4)对于出砂严重、窜漏和射孔后套管破裂而需要开窗侧钻的油井，在开窗窗口的位置选定时，要综合考虑侧钻效果。一般开窗位置选在距射孔井段30m以上。

(5)对比井史与测井资料，窗口位置应满足方位、水平位移、造斜点、井眼曲率等综合参数的要求。

2、钻井设备配套

套管开窗侧钻的钻井设备配套有两种：一是修井机配套，另一种是钻机配套。选用修井机配套进行套管开窗侧钻，具有转速易控制、钻井消耗低等优点，但也存在动力连接单一、处理复杂事故能力低等缺点；而使用钻机配套具有动力强劲、处理复杂事故能力强的特点，但同时钻井消耗高，设备搬按都十分不方便。一般情况下，套管开窗侧钻小井眼采用修井机配套，大井眼采用钻机配套。

3、工程优化设计

套管开窗技术有两种：一种是采用锻铣器的锻铣开窗技术，另一种是采用铣锥的磨铣开窗技术。磨铣开窗相对于锻铣开窗具有周期短，对钻井液性能和水泥环质量要求低，且事故少等优点，因此目前主要采用磨铣开窗的方式。

井眼轨迹优化设计，根据原井眼轨迹，靶点坐标、完钻垂深、最大水平位移、靶前距、入窗要求、水平段钻进的要求，原井允许的窗口位置和定向造斜工具的造斜能力等，合理选择造斜点、剖面类型和井眼曲率，并利用计算机软件优化设计出能满足钻井、完井、测井、井下作业和采油需要的井眼轨迹。

实践证明：侧钻定向井采用“增一稳”剖面，有利于钻压和扭矩的传递及井眼轨迹控制。侧钻水平井采用“增一稳一增一稳(水平)”剖面，这种剖面在施工中井眼轨迹控制有充分的调整井段，可以适时

弥补工具实际造斜率的误差。在确定造斜率时，第二个造斜率取得比第一个造斜率低，这样在后期油藏位置发生变化时有利于调整。

三、钻井施工

1、井眼的准备

(1)使用陀螺测量仪进行原井轨迹复查。

(2)下钻通径，检查套管有无变形和破损，注水泥封住原井欲开窗口的以下井眼，并按要求进行试压(15Mpa稳压10min)。

(3)根据原井眼的陀螺数据和新井眼的设计方位确定斜向器的方向，并用钻柱送入预定位置，用陀螺仪测量、确定斜向器的方向。

2、开窗作业

磨铣开窗作业采用的铣锥，主要由镶有硬质合金的铣锥体、排水槽、水眼、接头等部分组成。磨铣过程可分为四段：一段起引导作用、二段是磨铣套管的主要段、三段起稳定铣锥扩大窗口作用、四段起修整窗口作用。铣锥下到预定位置后，钻具在转盘驱动下带动铣锥旋转，在斜向器的作用下，铣锥沿着斜向器斜面方向对套管进行定点磨铣，将斜面所对应的套管部分磨铣掉，形成窗口。

现场施工时，一般采用复式铣锥开窗，先开泵循环洗井，开始要轻压慢转，然后中压中速磨铣，待铣锥磨铣出一个均匀接触面后，使铣锥沿套管壁均匀磨铣，至铣出套管后，轻压高速定点快速铣进，长度等于一个铣锥的长度。完成开窗后，如果发现窗口有挂卡现象，可高速轻压修窗，直至无挂阻现象起钻。整个过程中钻井液上返速度均应大于0.6m/s，否则磨铣套管过程中铁屑不易携带出来（∮139.7mm

的油层套管）。完成开窗后，一般要起钻换钻头通井检查窗口质量，并沿窗口钻出20—30米新井眼（试钻），一切正常方可起钻进行定向施工。

3、井眼轨迹监控

井眼轨迹监控采用的主要仪器有：有线随钻测量系统、无线随钻测量系统（MWD）、EMS电子测量系统、陀螺测量系统。井眼轨迹控制因井段不同而采取不同的钻具、钻进方式等，各井段的钻井参数为：钻压10一50KN，泵压10—16Mpa，排量8一10L／s。

(1)造斜、增斜段井眼轨迹控制

钻具组合：钻头十单弯动力钻具十定向接头十无磁钻铤十钻杆。

钻进方式：滑动钻进。

监测方式：为了避免磁干扰，一般采用陀螺测量系统进行定向施工，条件不具备时，也可以采用有线随钻测量系统或MWD进行定向作业和稳斜段的监测。

(2)稳斜段井眼轨迹控制

钻具组合：钻头十无磁钻铤十加重钻杆+钻杆）。

钻进方式：转盘旋转钻进。

采用上述组合，稳斜段钻进时往往达不到稳斜的效果，若裸眼段长需要多次调整井斜、方位。辽河油田钻井一公司设计、加工的近钻头扶正器稳斜效果很好。国其他油田如胜利、、中原则多采用上述组合

表1、油田套管开窗侧钻井主要技术指标