侧钻工艺技术(讲课)1.ppt

1、第一节 前 言,开窗侧钻工艺技术 钻井院：王致远,侧钻技术的发展现状,套管井侧钻技术起源于20年代的前苏联，其基础技术是多底井、分枝井钻井技术。而我国于1957年开始应用侧钻技术。从工程方面讲，目前老油田套管损坏井越来越多，而且套管的损坏速度越来越快，并且有相当比例的井不能用常规的大修手段来解决；从效益方面来讲，当今原油生产成本受各种因素的影响越来越高，而钻井在其中占了很高的比重。小井眼侧钻不仅能彻底修复老井，而且成本是打一口新井的1/2。目前，这一技术体系已成为我国各大油田解决老区块上具有开发价值的套管变形井、事故井和加深井等恢复产能的重要手段，比钻更新井、调整井相对容易，且经济可行。国内各

2、大油田不同程度地形成了适合自身条件的侧钻工具及工艺配套技术。,侧钻技术的发展现状,中原油田油藏埋藏深，地质结构复杂，这几年由于受市场诸多因素的影响，小井眼侧钻没有得到人们的认同，没有投入对小井眼侧钻工艺技术以及配套工具的研究，没有与其它油田一样形成一套适合中原油田地层的小井眼侧钻技术，小井眼侧钻技术在本油田还不完善。其主要障碍在于开窗工具效率低，钻头破岩速度慢，小井眼固井成功率低，我们要发展小井眼侧钻，首先必须攻克这些难题。,侧钻技术的发展现状,中原油田从1995年开始小井眼开窗侧钻，至今已施工100余口井，单井产量最高达35t/d。据统计资料表明，中原油田套管损坏井数年增长率高达10-20%

3、，采油四厂套管损坏井占总井数的50%。因此老井重要的恢复措施-开窗侧钻将成为中原油田今后一个重要的增产措施。,展开小井眼开窗侧钻的目的和意义,1、开发剩余油气资源 2、修复套损井，恢复产能和完 善注采井网 3、对油水互窜的井实现分层开 采 4、降低生产成本,展开小井眼开窗侧钻的目的和意义,1、开发剩余油气资源 中原油田构造复杂，使一些区块存在相当的剩余油气藏。使用小井眼侧钻井技术可以进行老区的滚动评价，有效的开发一些剩余油气资源,展开小井眼开窗侧钻的目的和意义,2、修复套损井，恢复产能和完善注采井网,中原油田地质构造复杂，多年注水开发，地层岩石吸水澎胀，蠕变加剧；岩石层面间的摩擦力降低，易于流

4、动；多套盐层流动滑移等原因，造成油田套管变形、错断损坏的速度和数量非常惊人。,套管变形示意图,展开小井眼开窗侧钻的目的和意义,套管错断损坏示意图,展开小井眼开窗侧钻的目的和意义,避开问题井段： 套管变形 套管错断 井下落物,利开窗侧钻技术可以恢复套损井,展开小井眼开窗侧钻的目的和意义,水 层,油层,3、对高含水的井因层间互窜不能实现分层开采的，进行开窗侧钻实现优化注采,展开小井眼开窗侧钻的目的和意义,4、降低生产成本 利用老井场，减少工农占地费； 套管内开窗侧钻可利用大部分油层套管，缩短钻井周期和节省大部份油层套管费（一口开窗侧钻井可节约套管费用36-50万元）； 利用小功率的设备减少固定资产

5、占用费用。因而小井眼开窗侧钻井的施工成要大大低于更新井和调整井，仅为新井的1/2-1/3。,目前小井眼侧钻工艺和技术方面存在的问题,套管开窗工具结构简单，施工周期长；斜向器难以实现准确定位，开窗的实际方位与设计相差太大，有的偏差达100度之多；开窗完成后新井眼与老井筒不能实现快速分叉，新井眼顺着老井筒走。 由于钻头选型受限制，钻进参数受井眼小钻具组合的限制，钻头破岩速度慢、机械钻速低。 由于井眼小，钻具与井眼之间的间隙小，事故率高。 钻118mm井眼下4套管，套管与井眼之间的间隙小，固井难度增大，固井质量很难有保证，固井合格率很低。,开窗侧钻方式分类,按侧钻工程工况的不同分为二大类： 套管锻铣

6、裸眼侧钻 利用铣刀将油层套管锻铣掉一段，裸露出这一段地层，从这一段裸眼地层侧钻出老井眼，钻达目的地层。 套管开窗侧钻 上部套管还有利用价值，利用套管开窗工具在套管本体上开个窗口，从这个窗口侧钻出老井眼，钻达目的层。,第二节 开窗侧钻工艺技术,开窗侧钻工艺技术,工艺原理 侧钻井施工流程及关键技术,工 艺 原 理,在套损点以上某一位置固定专用斜向器，利用斜向器的导斜和造斜作用，使专用工具在套管侧面开窗，在套管内形成通向油层的通道，然后用专用的定向仪器按设计的井眼轨迹钻至设计深度，下入较小的套管悬挂固井，射孔完成。,开窗侧钻工艺技术,侧钻井施工流程及关键技术 （一）侧钻井单井评价和设计 （二）开窗工

7、艺技术 （三）裸眼钻进技术 （四）完井工艺技术,侧钻井施工流程及关键技术,（一）侧钻井单井评价和设计 1、侧钻井评价 开发价值评价 侧钻井井眼寿命预测评价 侧钻井施工难度评价 2、侧钻井设计： 开窗井段和位置的设计 最优化井眼轨迹的设计 井壁稳定方案的设计，确定合理的钻井液体系,侧钻井施工流程及关键技术,开发价值评价 主要根据侧钻井所属区块单井开发的静动态信息资料，建立其剩余油气藏分布的大型数值模拟计算分析模型，弄清楚原始储量分布及其目前开采状况下剩余油藏的分布及产能分析。进行侧钻后，根据裂缝展布，对压裂效果、产能进行预测和评价。,侧钻井施工流程及关键技术,侧钻井井眼寿命预测评价 主要根据单井

8、井眼应力场分布，套管承受挤毁能力计算分析，确定井眼的寿命是否与剩余油开采周期相匹配。一般常规修井技术修复的套损井其寿命远远低于套管侧钻井。,侧钻井施工流程及关键技术,侧钻井施工难度评价 主要根据断块油气藏的特性，尽可能使侧钻井井眼轨迹避开客观存在而不可抗拒的漏失断层和易塌易卡的盐膏层，判定中靶的难易程度。其最终目的是将投资和施工风险降低到最低限度。,侧钻井施工流程及关键技术,侧钻井设计需要的资料 地质分层、地层孔隙压力、地层倾向及倾角。 周围注水井状况（距离、注水压力、注水量）。 老井井斜数据，固井质量，套管数据。 历次作业修井情况，套管损坏部位、井内落鱼及管柱情况。 老井钻井情况及数据，特别

9、是井漏和事故情况，所使用泥浆比重及钻具结构钻井参数。 井口坐标、靶心坐标及甲方要求。,侧钻井施工流程及关键技术,(二)开窗工艺技术 1.处理老井筒 2.通 井 3.套管试压 4.清理套管内壁 5.定向固定斜向器 6.开窗和修窗,侧钻井施工流程及关键技术,1. 处理老井筒 目的: 原井层系间不能窜通，至少在平面半径5m以内层间不能窜通； 原井套损部位以下落物需捞尽； 原井套损部位以上30-50m至人工井底需封固报废； 为固定斜向器选择一个准确而坚固的井底。,侧钻井施工流程及关键技术,方 式：挤注水泥 挤封前要把所有待挤封井段都暴露出来； 采用水泥浆从井底替过井段后再进行挤封的方法；,侧钻井施工流

10、程及关键技术,2. 通 井 目 的： 了解套管完好情况，为侧钻开窗选择位置和悬挂尾管重复高度等提供依据。 为下斜向器创造条件。,侧钻井施工流程及关键技术,方 法： 所下通井规直径应比套管内径小5-8mm，或者大于定斜器最大直径2mm以上。 所下通井规长度应大于斜向器长度0.5m以上。 通井操作选用标准要求的通井规程，通井井深超过斜向器尾管底部5m以下。,侧钻井施工流程及关键技术,安全注意事项： ）通井规下井前，必须丈量、检查并上紧所有钻具丝扣。 ）通井时要平稳操作，注意观察悬重变化，发现遇阻，只能采取上下活动，不允许下蹲或旋转操作。 ）下通井规速度应控制，中途遇阻必须做好其位置的详细记录。并修

11、套至畅通为止，方可继续通井。 ）通完井后，如又动用过水泥及其它堵剂，必须另行通井。 ）禁止使用通井规进行冲砂洗井，防止卡钻事故的发生。,侧钻井施工流程及关键技术,3.套管试压 目 的 全面了解套管的完好情况及底部水泥塞的质量。 为开窗高度和下尾管高度提供依据，并为下尾管固井后试压打好基础。,侧钻井施工流程及关键技术,试压标准： 注水井试压12MPa，30min压降不超过0.5Mpa为合格。 油井试压10MPa，30min压降不超过0.5Mpa为合格。,侧钻井施工流程及关键技术,4. 清理套管内壁 目 的 清理由于长期注采而在套管内壁上沉结的污垢，以便入井的各种管具工具顺利通过。并能够牢固固定斜

12、向器。,侧钻井施工流程及关键技术,方 法 在5 1/2套管内下入5 1/2套管刮削器，并在开窗位置上下10米反复刮削数次。 管柱结构：5 1/2刮削器+ 2 7/8钻杆。,侧钻井施工流程及关键技术,5.定向固定斜向器 目的: 斜向器的重要作用是导斜，使开窗铣锥能在套管侧面开出利于侧钻和完井套管下入的窗口。可以说无斜向器将无法开窗。斜向器的结构形式是一个具有一定倾斜面的圆柱体，斜面有一定倾角、硬度和形状，以便在套管侧面开窗时，斜向器的斜面与套管同时被铣磨，保证套管窗口的圆滑和长度、宽度的适中。因此，斜向器如何被送入预定井段及怎样固定住斜向器使之稳定不窜动、不转动，则是侧钻工作中又一技术关键。 斜

13、向器的固定位置一般应选在套损部位以上20-30m的完好套管部位，且在两个套管接箍之间，该处固井质量为优质。,侧钻井施工流程及关键技术,定向固斜向器的方法: (1)挤注水泥固定法 斜向器送斜器均有循环通道，先将斜向器送至设计深度位置后，驼螺定向，注入水泥浆。然后剪断送斜器与斜向器间的连接销钉，起出送斜管柱侯凝。此方法固定斜向器简单可靠。,侧钻井施工流程及关键技术,初期采用挤注水泥浆固定斜向器具有工具便宜、易操作、固定后不易活动的特点，不足之处是剪断销子时斜向器方位易变动，施工时间长。,侧钻井施工流程及关键技术,质量及技术要求 1）配制水泥浆，其密度应控制在1.85-1.95之间。 2）水泥浆用量

14、，不少于1M3。 3）注水泥塞时所用的钻具，丝扣必须上紧，不允许在施工过程中发现掉落现象，下入注水泥塞的钻具深度，其误差不得超过0.5m。 4）定斜器位置要准确，与开窗位置相差不能大 于0.3m。,侧钻井施工流程及关键技术,5）倾角在3以内，斜面长度大于1m，尾管长度大于15m。 6）固定要牢，在侧钻过程中，保证定斜器的斜面方位与深度不能移动。 7）定斜器顶部一定要沿管边正直。 8）定斜器与送斜器销钉要能在钻具负荷冲击下剪断。,侧钻井施工流程及关键技术,(2)双卡瓦封隔器锚定斜向器,目前我们采用了双卡瓦锚定式斜向器这种工具具有可以使斜向器以下井段与以上井段封隔密封、不用挤注水泥浆封固、定向较为

15、准确、施工时间短的优点。,侧钻井施工流程及关键技术,该工具存在的问题： 在实际施工中我们发现，采用该工具开窗后的井眼方位往往与斜向器定向方位不一致，分析原因认为，开窗时由于斜向器斜面是一个平面，复合钻铰式铣锥在负荷不均时易滚动所至，并且此套工具需要两次下井才能完成开窗。,侧钻井施工流程及关键技术,结合以上两种斜向器的优缺点，我们自行设计加工出了一种“双弧面双卡瓦锚定式斜向器” 同时具有能使斜向器以下井段与以上井段封隔密封、不用挤注水泥浆封固、定向较为准确，一趟钻完成开窗、坐封两个工序，施工时间更短、铣锥不易滚动的优点。马上准备投入使用。,双弧面双卡瓦锚定式斜向器原理图,侧钻井施工流程及关键技术

16、,注意事项： 1）入井管柱的所有丝扣要上紧，能承受20-25MPa的压力。 2）下斜向器的整个下钻过程中，要严格控制下放速度，并且操作平稳，严禁猛放、猛顿。 3）下斜向器的过程中要保证管柱内部清洁。 4）斜向器下到设计位置，要先后循环洗井，再定向座封。,侧钻井施工流程及关键技术,6.开窗和修窗 目的: 在套管井眼的侧面利用专用铣锥钻磨出一条一定长度和宽度的窗口，使裸眼钻进的钻具及完钻后下入小直径套管能顺利通过。,侧钻井施工流程及关键技术,开窗钻柱结构 窗口长度确定 不能过短，应能 满足起下工具无 挂阻；过长则浪 费施工时间，过 多磨损钻具。,侧钻井施工流程及关键技术,开窗步骤 第一步：铣锥接触

17、斜向器至铣锥底园接触套管内壁，铣锥工作不稳，采取轻压慢转的方法 钻压 2 10 KN 排量 10Ls 转速 40rpm 第二步：至铣锥底园磨出套管外壁，铣锥工作稳定，视情况加大钻压，提高转速，加快开窗速度 钻压 5 20KN 排量 10 Ls 转速 80 rpm 第三步：至铣锥全部出套管外，必须轻压慢转，防止铣锥滑出套管，形成台肩 钻压 2 10 KN 排量 10 Ls 转速 60rpm,侧钻井施工流程及关键技术,开窗窗口示意图,开 窗过程示意图,侧钻井施工流程及关键技术,注意事项： 1）严格执行设计规定的三个阶段，开窗全过程要做到精心操作，加压平稳、均匀。 2）遇到不正常情况时应查明原因，认

18、真研究后，即时处理。 3）开窗之前必须对地面设备、仪表、钻具、做全面检查（特别是指重表的灵敏度），保证完好。 4）开窗工具必须大于所下尾管接箍8mm以上，更换铣锥时尺寸最好一致，若使用大小不一致的铣锥时，必须由小到大，不能由大到小以免产生台阶。 5）开窗时，修井液粘度必须保持在35-40之间，以利于携带铁屑。,侧钻井施工流程及关键技术,(三)裸眼钻进 1.试钻 2.定向钻进,侧钻井施工流程及关键技术,1.试 钻 目 的 在于使开窗出窗口后井斜不得有大的变化，井眼轨迹从直井段平稳过度到斜井段； 可将部分碎铁屑挤入地层； 使新井眼与老井眼快速分叉，快速形成夹壁墙，消除老井眼的磁干扰，为打随钻或用单

19、多点侧斜仪控制井眼轨迹作好准备。,侧钻井施工流程及关键技术,工 艺 1）先利用开窗的复式铣锥及钻具轻压快转地试钻0.30.5m以上。 2）用钻具组合：118单牙轮钻头+73的加重钻杆6-10根+27/8钻杆试钻2030M。 3）试钻推荐参数： 钻机转速：90-250/min 钻 压：5-10KN 泵 排 量：8L/S,侧钻井施工流程及关键技术,试 钻 示 意 图,侧钻井施工流程及关键技术,注意事项： ）整个试钻过程中必须操作平稳，给压均匀，以防止方位，井斜变化过大，形成台阶。 ）试钻中发现异常情况，如无进尺，蹩跳严重等，必须起钻检查分析，查明原因并处理后，再继续施工。 ）试钻中，泵排量尽量加大

20、，一般不得少于8L/S。 ）试钻工具在窗口处起下钻速度一定要慢。防碰挂窗口。 ）试钻进尺正常后，大排量洗井一周才能起钻。 6）试钻的泥浆性能要达到正常钻进的设计要求，特别是比重和失水要控制好，严禁用清水试钻。,侧钻井施工流程及关键技术,2. 定 向 钻 进 定向钻进是在试钻井眼的基础上，使用合理的钻具结构和钻井参数，根据设计的井眼轨迹，通过随钻仪和单多点测斜仪控制实钻轨迹达到设计目的。,侧钻井施工流程及关键技术,定向钻进示意图,侧钻井施工流程及关键技术,定向钻进的技术关键包括以下几项内容： (1) 钻 具 组 合 (2) 钻 压 确 定 (3) 转速的确定 (4) 排量的选定 (5) 侧钻钻井

21、液,侧钻井施工流程及关键技术,(1)钻具组合 定向钻进的钻具组合主要是确定钻柱结构及规格尺寸，以便在钻压、转数、排量配合下取得最佳的机械钻速，并达到最佳的井眼轨迹控制效果。 钻柱结构为： 118mm钻头（单牙轮或PDC）+ 95mm螺杆+ 105mm无磁钻铤（ 73mm加重无磁）1根+ 73mm加重钻杆4-6根+ 2 7/8钻杆+ 3方钻杆。 注意：除方钻杆外，所有入井钻具的水眼直径大于50mm。,侧钻井施工流程及关键技术,稳斜钻进的钻具组合主要是确定钻柱结构及规格尺寸，以便在钻压、转数、排量配合下取得最佳经济的机械钻速。 钻柱结构为： 118mm钻头（单牙轮或PDC）+ 73mm加重钻杆10

22、-15根（ 89mm钻铤1014根）+ 2 7/8”钻杆+ 3“方钻杆。,侧钻井施工流程及关键技术,（2）钻压的确定 钻压的确定，一般应视钻遇地层硬度，岩层构造情况而适当确定。在采用转盘旋转钻进过程中，由于钻头、钻杆接箍等尺寸与套管、裸眼井段等环空间隙较小，所需上返排量受泵压所限也较小，很难形成水力喷射破碎岩层，而主要以机械破碎为主。因此，为防止钻压过大，易产生蹩钻、跳钻或扭断钻杆，发生卡钻等事故，一般裸眼钻进时，钻压控制在3050kN为最佳。,侧钻井施工流程及关键技术,（3）转速的确定 套管内开窗侧钻，较之直井钻进有独特的特点，即套管井眼尺寸小，要求钻具刚性小；窗口后的裸眼钻进受窗口及斜向器

23、斜度限制，转数不可过高，一般应控制在60120r/min比较合适。过高的转数将加速钻具与斜向器斜面的接触摩擦而提前损坏。,侧钻井施工流程及关键技术,（4）排量的选定 5 1/2“ 套管井眼开窗侧钻，在裸眼钻进过程中，由于裸眼井眼相对较小，与钻具的环空截面小。如果侧钻泥浆上返排量过大，环空工作液则处于紊流状态，将会产生冲刷力，破坏井壁泥饼的形成，在较松散的砂泥岩层易发生井壁垮塌。而上返排量过小，环空工作液则处于层流状态，对井壁泥饼冲刷力小，但携带岩屑性能将降低，使井壁产生假泥饼粘附（泥饼过厚），易发生粘附卡钻事故。因此，工作液的上返速度应使工作液在上返时保持处于平板流状态，即介于紊流与层流之间。

24、因此，侧钻工作液在裸眼钻进过程中，应保持在0.50.6 m3/s的上返速度，即泵排量保持8-10L/S，即能达到循环工作液冷却钻头，又能清洗井底，又可将岩屑有效地带出井眼。,侧钻井施工流程及关键技术,（5）侧钻钻井液（泥浆） 侧钻钻井液应具备如下功能： 1）钻井密度能平衡地层流体的压力，防止井喷、井漏和地层缩径而造成井下复杂和事故。 2）清洗井底岩屑，冷却钻头确保钻头切削刃始终接触新岩层，保持较高机械钻速功能。 3）携带岩屑防止砂卡钻。 4）造壁形成泥饼保持井壁不坍塌的功能。 5）无伤害或低伤害工作液，减少对油层损害，最大程度地提高侧钻完井投产效果。,侧钻井施工流程及关键技术,在侧钻中对钻井液

25、的性能要求，根据侧钻井及所在区块地下地质情况不同，而有很大的差别。六大功能中防地层缩径、携带岩屑和造壁三项功能是主要功能，必须加以保证。 目前主要使用的钻井液体系为：低固相聚合物泥浆和无固相聚合物泥浆 。,侧钻井施工流程及关键技术,注意事项： ）裸眼内钻具要进行精选，其强度大于大管内钻具，避免发生钻杆折断，特别是不能断在增斜的侧眼内，因为在此井眼打捞困难。 ）起下钻操作中大直径钻具通过窗口时，操作要平稳缓慢，以防止在窗中处顿、碰、提、挂。 ）每次起下钻要检查在窗口位置处活动的钻具，防止磨断钻杆，在钻进进尺缓慢时，更要防止窗口处钻具磨断事故。,侧钻井施工流程及关键技术,）特别注意钻井液性能的调整

26、与钻压、转速、排量配合的研究，它是快速钻进的关键。 ）钻前对设备进行仔细检查与维护，保证钻进的连续性。因故停钻，钻具一定要起到窗口以上井段。 ）每个班要测试井下的摩阻大小，对不正常的慢钻时，要大幅度的上下活动钻具或划眼，防止卡钻。 ）针对环空间隙小，岩屑不易带出的特点，侧钻井施工时要采用每钻进一个单根必须充分划眼、每钻进100米短起下钻一趟的措施，有效地清理了井壁积砂、预防了复杂情况及井下事故的发生。接单根时要连续活动钻具。 8）每口井测试正常排量下的环空流动压降，为正确使用钻井液密度，提供依据。 9）有条的情况下尽量减化下井钻具结构。严格控制井眼的井斜变化率。,侧钻井施工流程及关键技术,（四

27、）完井工艺技术 1.下 尾 管 2.固 井 3.尾管试压,侧钻井施工流程及关键技术,1.下套管 套管串结构 引鞋（带阻流板）尾管悬挂器（带空心胶塞）正反接头60.3或73mm钻杆方钻杆。 下 套 管 根据配好的套管串结构下套管到预定位置（井深），座封悬持器，正转倒开丢手接头，并确定与尾管已经脱离开。,侧钻井施工流程及关键技术,入 井 套 管 串 示 意 图,侧钻井施工流程及关键技术,悬挂器是一个关键工具，早期我处采用用机械式悬挂器，这种工具结构简单、容易操作，但在下套管过程中，特别是在大井斜的老井眼中，卡瓦容易变换轨道提前坐封，在使用中我们曾遇到这种情况。现在我处全部采用液压式悬挂器，靠泵压实现坐封，安全可靠。,侧钻井施工流程及关键技术,2、固 井 工 艺 小井眼固井由于需要的水泥浆量小，比重要求高，因而配浆的缓冲时间短，要求用下灰车与泵车配套进行，尽量使注入排保持在0.81.2 m3/min或1.2 m3/min以上。泵注压力15MPa，使环空的水泥浆呈紊流状态，最大限度地破坏掉井壁上的泥饼，提高固井质量。 在挤注水泥浆前，以1.2 m3/min以上排量泵注清水，冲洗井壁24周，然后泵注水泥浆，固井质量效果