大斜度井套管开窗侧钻技术.doc

大斜度井套管开窗侧钻技术郭云山 杨振荣 康锁柱 王英水 孙玉琛（华北石油管理局第三钻井工程公司）摘 要 今年来随着油田开发的需要，套管开窗侧钻井在逐年增加，而大斜度井套管开窗钻井技术也提到了议事日程，马42平2井的顺利交井，填补了华北石油管理局大斜度井开窗的空白，通过这口井的施工也积累了一些开窗的宝贵经验。本文就大斜度井开窗侧钻谈点认识。关键词 大斜度井 开窗 斜向器坐挂 轨迹控制所谓套管开窗，就是指在原先因为工程、地质报废的油气井某个预定井段的套管锻铣或磨铣开窗钻出新的井眼，然后在这新的井眼中下入小套管固井完井。该技术主要是为了解决老井套管损坏、缩径、井下落鱼等无法大修的停产井，也可以满足因地质需要更换井底或加深的要求。近年来，由于老井套管变形或损坏，陆续有部分油气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，特别是有效地利用现有井眼以及地面设备，发挥老井潜力，华北石油管理局加强了小井眼开窗侧钻技术的研究与应用，经过几年来的不懈努力，这一技术已日趋成熟和完善，但大斜度井套管开窗侧钻技术在我局还是一个空白，马42平2井大斜度井的侧钻成功，标志着我们开窗侧钻钻井技术，上了一个新台阶。1 马42平2井简介马42平2井是在马42平2（原）井的井眼里开窗侧钻的，马42平2（原）井是一口潜山水平井，由于该地质情况复杂，对地层认识不足，没有钻遇潜山，地质目的没有达到，决定在该井眼里开窗侧钻。马42平2井开窗点为2617.25m，窗口井斜64.75，方位33.03。开窗套管外径177.8mm。开窗完后用152mm钻头钻至井深2940米完钻。2 窗口位置的优化设计、开窗方式的选择以及侧钻钻井设计2.1 侧钻位置的确定侧钻位置的选择与原井套管完好情况、工具造斜能力、开窗方式、地质设计有关。侧钻位置的优选应在满足地质要求的前提下尽量利用较长的老井眼、缩短钻井周期、节约钻井成本、保证钻井施工安全的原则。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，并避开套管接箍23m，避开套管扶正器。(2) 若采用锻铣方式开窗，侧钻位置及以下至少20m之内地层稳定、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) 对比测井资料，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。马42平2井的开窗侧钻点，根据地质要求以及地层岩性综合考虑，选择在井深2617.25m，该处井斜64.75，方位33.03。因为原井眼2602m（垂深2525m）以上为古近系地层，考虑防塌要求，侧钻点必须选在2610m以下，而中靶垂深在2632m，因此，选择在井深2617.25m。2.2 开窗方式的选择套管开窗方式有两种：一种是采用锻铣开窗技术，另一种是采用磨铣开窗技术。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。马42平2井采用了磨铣开窗的方式，这样一次侧钻成功率高，如果采用锻铣的方式，由于侧钻点的井斜较大，磨阻大，侧钻时容易托压，而且开窗段相对较短，不易侧钻成功。2.3 斜向器的选择在直井或小斜度的定向井里我们一般选择投球液压式，这样可以配合陀螺测斜仪器或其他测斜仪器进行定向，如果井斜较大仪器无法下到斜向器位置，不能准确定向，不能准确定向。马42平2井侧钻点井斜大，为64.75，采用7下压可循环式斜向器，型号为SZ152斜向器，这样可以配合MWD准确定向。图1位斜向器示意图。3530015020025501080152加压阀上阀下阀斜面送入杆扶正器上接头图1 斜向器示意图2.4 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。马42平2（原）井由于地质情况复杂，没有钻遇潜山，没有达到预期的地质目的，在马42平2井的施工中甲方要求大幅度降低井斜，故该井的剖面为“降稳”剖面。3 钻井施工3.1 井眼准备(1) 根据工程设计方案，选择地层稳定的井段作为套管开窗井段，并要求开窗段避开套管接箍和套管扶正器。(2) 下入斜向器前，需要进行刮管、通井作业，对177.8mm套管来说通径规外径得小于152mm。检查套管有无变形和破损。(3) 注水泥封住原井欲开窗口的以下井眼，并按要求进行试压。修塞后，要求水泥塞上部距离开窗点610m。3.2 斜向器坐挂(1) 检查指重表与泵压表是否完好，要保证他们灵敏可靠。指重表应有灵敏针且指示灵敏准确。(2) 斜向器吊往钻台务必平稳操作，以免使斜向器变形或损坏不能有效坐挂。注意应起吊斜面部位。(3) 斜向器与MWD循环短节接头连接紧扣完毕，须由定向技术人员量出角差并画出草图后方可入井。(4) 所有下井钻具均应双钳紧扣或用液压大钳紧扣。(5) 斜向器下钻通过防喷器、套管头短节部位时要小心下放，以免损坏工具；下钻要平稳，严禁中途顿钻、溜钻和猛刹钻柱，遇阻不能强下，遇阻不超过20kN，下钻期间严禁转动钻具，开泵循环，如需上提钻具必须连续向环空灌浆，随时保持环空液面处在最高位置，以免倒开送入工具或提前坐挂斜向器。(6) 下至水泥塞顶部后（必须由定向工程师负责调整斜向器斜面至要求方位）下放加压至20kN，刹住刹把，先以尽可能小的排量循环，同时注意观察立管压力和钻井液出口确定循环阀是否打开，确定循环阀打开后，逐渐增加排量至MWD测量所需排量（排量必须控制在10L/s以下，在MWD能正常工作的前提下，尽可能采取小排量作业），测量数据后，停泵，在钻井泵完全停稳和立管压力表回零后，上提钻具0.5m。反向转动转盘调整斜向器方位，转动转盘要平稳，且不宜转动过多，不允许正转，严禁在不加压的情况下开泵循环。再重复以上步骤直至调整到设计方位。(7) 摆好斜向器斜面方位后，开泵憋压1921MPa，稳压5min压降不超过1MPa即可，通过低压闸门放回水泄压，重复上述操作23次。(8) 井口缓缓释放泵压，观察泵压下降至0MPa。坐挂完成后下压钻具35t，确认坐挂成功后正转倒扣。倒扣有效圈数必须大于30圈，正转倒扣要平稳，注意观察转盘反转和扭矩情况。(9) 倒扣完成后缓慢上提钻具，上提钻具100cm剪断扶正盘固定销钉，注意悬重增加56t后灵敏针突然回摆说明销钉剪断，可以正常起钻。(10) 起钻至井口最后1个立柱要缓慢上提钻具，防止井口和防喷器组挂卡送入工具扶正盘，使扶正盘落井。3.3 下铣锥(1) 搬动或上缷铣锥均应力求轻拿轻放，以免碰碎铣锥齿。(2) 复式铣锥的上下部分入井前需用大钳紧扣。(3) 钻具组合为：复式铣锥+钻铤3根+钻杆。(4) 下井钻具一律双钳紧扣，以免铣进过程中倒转造成钻杆脱扣落井。(5) 严格控制下放速度，遇阻不得硬压、硬砸，尤其是接近斜向器位置更应减慢下放速度。(6) 下钻到底后，多次轻压慢放证明和探实斜向器鱼头位置，在方钻杆上作标记，记录方入位置，并和计算方入对比，以误差不大为宜。(7) 起钻具至斜向器顶部1m左右，开泵和开动转盘，转盘转速6070r/min，校对指重表，准备磨铣。3.4 开窗磨铣作业磨铣过程可分为四个阶段：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的作用，四段起修整窗口的作用。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。(1) 开窗第一阶段（初始阶段）：从铣锥磨铣斜向器顶部到铣锥底圆与套管内壁接触为开窗第一阶段。此段开始要轻压慢转，然后中压中速磨铣，钻压应控制在15kN，转速为6080r/min，目的是使铣鞋先磨铣出一个均匀接触面并达到磨铣切削的目的。磨铣长度约为0.5m。(2) 开窗第二阶段（骑套阶段）：从铣锥底圆接触套管内壁到底圆刚出套管外壁为开窗第二阶段。此段重压很容易提前外滑，但不加一定钻压又不易磨铣切削套管，因此钻压应控制在515kN，转速80120r/min，使铣锥沿套管外壁均匀磨铣，保证窗口长度。磨铣长度约为0.5m。(3) 开窗第三阶段（出套阶段）：从铣锥底圆出套管到铣锥最大直径全部铣过套管为开窗第三阶段。此段是保证下窗口圆滑的关键段，只要稍一加压就会滑出套管，因此钻压控制在15kN，转速120150r/min，定点快速铣进。磨铣长度约为0.51m。(4) 开窗第四阶段（修窗阶段）：钻压1020kN，转速120150r/min，上下反复磨铣，无刮卡为止，其长度3m左右。在开窗阶段，应该有足够的钻井液排量，否则磨铣套管过程中的铁屑不易携带出来。及时清除泥浆槽内铁屑，井口出口处放一磁铁打捞器，没10min收集一次铁屑，根据铁屑分析井下情况。马42平2井磨铣井段为2617.252621.5m。在磨铣完成后提高转盘转速上下提放钻具23次反复修整窗口，直至起下钻具阻挂不超过0.51t，在出现阻挂的位置可定点高速磨铣修整窗口直至阻挂不超过0.51t。在整个开窗过程中应特别注意以下事项：(1) 在整个作业过程严禁任何井下落物。(2) 在开窗作业过程中，要求操作平稳，严禁顿钻、溜钻，送钻均匀，并做到少放、多次，要经常注意转盘的负荷情况，或停转盘观察转盘的扭矩变化情况，防止井下钻具事故的发生。(3) 在开窗过程中，尽可能地少停转盘和钻井泵。(4) 在开窗和以后施工中，在窗口部位的上、下活动和起下要谨慎，遇卡处理要小心，防止造成窗口破坏或阻卡窗口变形造成的窗口“关闭”。(5) 注意分析砂样中的铁屑、岩屑的形状、数量，及时了解开窗过程，并根据铁屑的大小和形状及时调整作业参数。(6) 修窗要充分，转速要适中，达到窗口质量要求后，不宜再长时间修窗作业。3.5 井眼轨迹监控马42平2井井眼轨迹监控主要采用无线随钻测量系统（MWD）进行测量。钻具结构为导向组合：152.4mmPDC0.36m+120mm动力钻具（1.25）6.28m+MWD短节（1.11m）3A114A100.26m+120mmNDC