雙層套管內(nèi)側(cè)鉆開(kāi)窗技術(shù)研究及應(yīng)用

雙層套管內(nèi)側(cè)鉆開(kāi)窗技術(shù)研究及應(yīng)用摘要：本文重點(diǎn)介紹雙層套管內(nèi)側(cè)鉆開(kāi)窗工藝技術(shù)措施和注意事項(xiàng)，介紹了開(kāi)窗工具的用途及特點(diǎn)；通過(guò)建立力學(xué)模型，應(yīng)用實(shí)例優(yōu)化開(kāi)窗參數(shù)，在雙層套管開(kāi)窗施工中取得良好效果，希望能給同行在工作中借鑒和幫助。 關(guān)鍵詞：雙層套管；側(cè)鉆；開(kāi)窗；研究與應(yīng)用Abstract:Thispaperfocusesontheinsideofthedouble-layercasingdrillingwindowtechnologymeasuresandprecautions,theuseofwindowtoolsandfeatures;throughtheestablishmentofthemechanicalmodel,theapplicationinstancetooptimizethewindowparametersinthedoublecasingwindowconstructionachievedgoodresults,Ihopetogivecounterpartstolearnfromandhelpinthework.Keywords:doublecasing;sidetrack;window;ResearchandApplication 中圖分類(lèi)號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： 0引言 從1882年美國(guó)鉆成第1口側(cè)鉆井起，套管開(kāi)窗工藝技術(shù)逐漸發(fā)展，20世紀(jì)50年代前蘇聯(lián)鉆成一批分支定向井和叢式井，使開(kāi)窗側(cè)鉆工藝技術(shù)日益完善，我國(guó)克拉瑪依、玉門(mén)油田在20世紀(jì)60年代將定向鉆井技術(shù)成功地應(yīng)用于套管開(kāi)窗側(cè)鉆。經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐，工藝技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，工具進(jìn)一步完善、配套，形成了一整套獨(dú)特的開(kāi)窗側(cè)鉆工藝技術(shù)及配套工具。所謂側(cè)鉆工藝技術(shù)就是在油水井的某一特定深度固定一個(gè)斜向器，利用其斜面造斜和導(dǎo)斜作用，用銑錐在套管的側(cè)面開(kāi)窗，從窗口鉆出新井眼，然后下尾管固井的一整套工藝技術(shù)。 開(kāi)窗側(cè)鉆的意義及用途如下：（1）側(cè)鉆作為井下作業(yè)大修的主要工藝措施，使油井恢復(fù)生產(chǎn)，有利于提高開(kāi)發(fā)效果，提高油井利用率，同時(shí)可節(jié)約鉆井費(fèi)用和地面建設(shè)費(fèi)用。（2）通過(guò)側(cè)鉆井可以減緩水、氣錐進(jìn)，延長(zhǎng)無(wú)水開(kāi)采期，改善驅(qū)油效果。 （3）通過(guò)側(cè)鉆井可以有效地開(kāi)發(fā)老油田的剩余油，可以有效地開(kāi)發(fā)低滲透油藏，開(kāi)發(fā)裂縫性油藏，開(kāi)發(fā)薄油藏。 1開(kāi)窗工具 1.1造斜工具：雙卡瓦錨定封隔器型造斜器 1.1.1用途 雙卡瓦錨定封隔器型造斜器主要用于非水泥封隔下部油、水層定向開(kāi)窗側(cè)鉆。雙卡瓦錨定封隔型造斜器是將坐卡機(jī)構(gòu)和封隔機(jī)構(gòu)結(jié)為一體，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)斜體自動(dòng)對(duì)接，保證導(dǎo)斜體錨定牢固，封隔上、下壓力液體可靠，同時(shí)與其他配套工具聯(lián)合工作可進(jìn)行定向開(kāi)窗側(cè)鉆。這種造斜器的主要優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)先進(jìn)、功能齊全。這種造斜器有上、下兩套整體式圓卡瓦，有坐卡后鎖緊機(jī)構(gòu)，保證坐卡力衡定。有高性能膠筒壓縮性和密封性都很好，同時(shí)造斜器自身帶定向短節(jié)。 （2）適用范圍廣。這種造斜器自身有錨定機(jī)構(gòu)，不受井深、井淺的限制。 （3）性能可靠、作業(yè)成功率高。 1.1.2結(jié)構(gòu) 雙卡瓦錨定封隔器型造斜器由坐卡封隔總成、丟手測(cè)向總成和導(dǎo)斜對(duì)接總成三大部件組成。坐卡封隔總成主要由液力推動(dòng)機(jī)構(gòu)和坐封鎖緊機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示。導(dǎo)斜對(duì)接總成由斜口接頭、中間接頭銷(xiāo)軸、導(dǎo)斜體等件組成，如圖2所示。丟手側(cè)向總成由丟手接頭、上鎖緊套、鎖緊環(huán)、球座、鋼球、各種密封件及側(cè)向短節(jié)等零件組成，如圖3所示。 1.2開(kāi)窗工具：復(fù)式銑錐 銑錐是磨銑套管開(kāi)窗的工具，本體由優(yōu)質(zhì)鋼鍛制加工而成。主要工作面是側(cè)鉆的硬質(zhì)合金刀刃。側(cè)鉆常用的銑錐為復(fù)式銑錐。對(duì)銑錐的基本要求是開(kāi)窗快，耐磨性好，幾何形態(tài)利于切削，切削的負(fù)荷小，不易卡鉆，便于排屑。銑錐的最大直徑盡量與裸眼鉆頭直徑相同，以便在開(kāi)窗后不再需要擴(kuò)眼。 復(fù)式銑錐由四級(jí)不同錐度的錐體組成。最下一級(jí)是錐體頭部，錐度20~30°，具有底部切削刀，其作用是引導(dǎo)銑錐前進(jìn)，防止銑錐提前滑出套管。第二段錐度6~10°，刀刃長(zhǎng)度最長(zhǎng)，是磨銑套管的主要工作段。第三段錐體斜度與斜向器斜度基本相同，其作用是擴(kuò)大窗口。最上一段錐度為零，主要作用是修整窗口。 2套管開(kāi)窗技術(shù) 2.1概述 套管開(kāi)窗是套管內(nèi)側(cè)鉆施工中的主要環(huán)節(jié)，它是用銑錐沿著斜向器斜面磨銑套管，在套管上開(kāi)一斜長(zhǎng)圓滑的窗口，便于鉆具與尾管的順利下入。因此，窗口質(zhì)量好壞對(duì)下一步施工影響很大。為快速優(yōu)質(zhì)安全地開(kāi)好窗口，要根據(jù)所選用的銑錐與斜向器以及套管等因素，事先設(shè)計(jì)出開(kāi)窗過(guò)程的技術(shù)參數(shù)。依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)窗分三個(gè)階段，各階段的技術(shù)要求如下： （1）開(kāi)窗第一階段:從銑錐磨銑斜向器頂部到銑錐底圓與套管內(nèi)壁接觸，此段開(kāi)始要輕壓慢轉(zhuǎn)，然后中速磨銑，鉆壓為2~5kN，轉(zhuǎn)速60~80r/min。 （2）開(kāi)窗第二階段:從銑錐底圓接觸套管內(nèi)壁到底圓剛出套管外壁。此階段鉆井壓力應(yīng)為5~15kN，轉(zhuǎn)速80~120r/min，使銑錐沿套管外壁均勻磨銑，保證窗口長(zhǎng)度。 （3）開(kāi)窗第三階段:從銑錐底圓出套管到銑錐，最大直徑全部銑過(guò)套管，此段保證下窗口圓滑，鉆壓應(yīng)為1~SkN，鉆速120~150r/min，定點(diǎn)快速銑進(jìn)，其長(zhǎng)度等于一個(gè)銑錐長(zhǎng)度。 2.2雙套開(kāi)窗技術(shù) 雙層套管開(kāi)窗是在開(kāi)窗處存在兩層套管（油層套管和技術(shù)套管）時(shí)進(jìn)行的開(kāi)窗側(cè)鉆。目前，還沒(méi)有適用于雙層套管開(kāi)窗的專(zhuān)用工具（導(dǎo)斜器和銑錐等），只能借助于常規(guī)的單層套管開(kāi)窗工具進(jìn)行雙層套管開(kāi)窗作業(yè)。由于雙層套管的尺寸、鋼級(jí)強(qiáng)度以及兩層套管間的間隙等因素的影響，使得雙層套管開(kāi)窗難度增大。主要有以下幾點(diǎn)： 2.2.1開(kāi)窗窗口長(zhǎng)度的確定 窗口長(zhǎng)度是指開(kāi)窗結(jié)束時(shí)銑錐最少純進(jìn)尺。同單層套管開(kāi)窗相比，雙層套管開(kāi)窗的窗口長(zhǎng)度除受到開(kāi)窗工具（導(dǎo)斜器和銑錐）影響外，還受到雙層套管的尺寸、套管鋼級(jí)強(qiáng)度差異以及2層套管間的間隙等其他因素的影響。為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定套管居中，套管鋼級(jí)強(qiáng)度差異很小。如圖4所示，根據(jù)相似三角形性質(zhì)，雙層套管開(kāi)窗窗口長(zhǎng)度L為： 圖4雙層套管開(kāi)窗結(jié)構(gòu)示意圖 L=L0（D1一D0）/（2D0）+L0+L1① 式中L—窗口長(zhǎng)度，mm； L0—導(dǎo)斜器斜斜面長(zhǎng)度，mm； D1—技術(shù)套管外徑，mm； L1—銑錐長(zhǎng)度（不含接頭長(zhǎng)度），mm； D0—導(dǎo)斜器最大外徑，mm。 窗口實(shí)際長(zhǎng)度: ②為確定技術(shù)套管上窗口的實(shí)際長(zhǎng)度，首先必須計(jì)算當(dāng)銑錐剛接觸技術(shù)套管時(shí)銑錐純進(jìn)尺Lx：③則，技術(shù)套管上窗口的實(shí)際長(zhǎng)度：④式中 d1—技術(shù)套管內(nèi)徑，mm; d2—銑錐頭外徑，mm。 2.2.2開(kāi)窗參數(shù)的確定 a、鉆壓雙層套管開(kāi)窗作業(yè)時(shí)，鉆壓是關(guān)鍵。如果鉆壓過(guò)大，銑錐將提前出套，窗口短，導(dǎo)致下鉆頭和下套管困難；如果鉆壓過(guò)小，銑錐將出不了套管，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)將導(dǎo)斜器磨掉。此外，在雙層套管開(kāi)窗時(shí)，特別要注意的是當(dāng)銑錐剛接觸技術(shù)套管時(shí)鉆壓的確定。此時(shí)如果不增大鉆壓，銑錐就出不了技術(shù)套管。雙層套管開(kāi)窗時(shí)鉆壓變化情況見(jiàn)圖5。圖5雙層套管開(kāi)窗時(shí)鉆壓變化情況為檢驗(yàn)鉆壓大小，還可以根據(jù)井口返出的鐵屑進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整依據(jù)見(jiàn)表1。表1鐵屑狀態(tài)與鉆壓的關(guān)系 b、轉(zhuǎn)速 雙層套管開(kāi)窗過(guò)程分4個(gè)階段：（1）銑錐與套管接觸階段，銑錐開(kāi)始磨銑導(dǎo)斜器頂部，同時(shí)銑錐頭直徑圓周與套管內(nèi)壁接觸磨銑，使套管壁首先被均勻磨出1個(gè)光滑的接觸圓面，此時(shí)鉆壓低，轉(zhuǎn)速不超過(guò)40r/min。（2）騎油層套管到接觸技術(shù)套管階段，此時(shí)應(yīng)逐漸增加鉆壓和轉(zhuǎn)速。（3）騎雙層套管階段，此時(shí)應(yīng)保持高轉(zhuǎn)速不變，逐漸降低鉆壓。（4）出技術(shù)套管階段，此時(shí)應(yīng)采用低鉆壓高轉(zhuǎn)速。修窗時(shí)轉(zhuǎn)速最大，鉆壓最小，推薦轉(zhuǎn)速見(jiàn)表2。 表2雙層套管轉(zhuǎn)速推薦值 2.2.3操作注意事項(xiàng) （1）開(kāi)窗鉆具配合要使銑錐頂部有一剛性很大，長(zhǎng)度在8~10m的鉆鋌或加重鉆桿，以保證窗口質(zhì)量。 （2）更換銑錐時(shí)，直徑最好要一致，銑錐尺寸必須大于所下尾管接箍。更換大小一致的銑錐時(shí)，只能由小到大，不能由大到小，以免產(chǎn)生臺(tái)階后銑進(jìn)、鉆進(jìn)、下尾管困難。 （3）修窗口時(shí)，銑錐容易懸空銑進(jìn)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)容易脫扣。因此，鉆具絲扣必須上緊，井下鉆具要嚴(yán)格檢查，堅(jiān)決防止掉斷事故發(fā)生。開(kāi)窗之前必須對(duì)地面設(shè)備、鉆井液性能、鉆井儀表、井下鉆具等做好全面檢查，保證完好，使開(kāi)窗工作順利進(jìn)行到底。 （4）在開(kāi)窗磨銑過(guò)程中，修井液返速均應(yīng)大于0.6m/s，以保證磨銑碎屑上返井口。同時(shí)為更好地將鐵屑攜帶到地面，常用輕質(zhì)鉆井液開(kāi)窗，在循環(huán)出口處放1塊磁鐵將鐵屑清除干凈。 3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果 板831-4K井位于板北斷塊砂體較低部位，由于邊底水的錐進(jìn)，為提高該區(qū)產(chǎn)量，進(jìn)一步挖掘潛力，決定進(jìn)行定向側(cè)鉆（表3）。表3板831-4K井油井基本數(shù)據(jù) 該井開(kāi)窗位置在1867m，完鉆井深2555.15m，水平位移425m，選擇的導(dǎo)斜器導(dǎo)角為3°，斜面長(zhǎng)1900mm，導(dǎo)斜器外徑114mm，銑錐長(zhǎng)1100mm，銑錐最大外徑118mm，銑錐頭外徑90mm。根據(jù)公式，計(jì)算得L=4080.75mm;根據(jù)公式計(jì)算得出窗口的實(shí)際長(zhǎng)度L1=2040.23mm，銑錐剛接觸技術(shù)套管時(shí)銑錐純進(jìn)尺Lx為1.42m，技術(shù)套管窗口的實(shí)際長(zhǎng)度Lxl為1.58m。2008年10月17日，該井在施工時(shí)，開(kāi)（修）窗情況均正常，開(kāi)窗1次成功，窗口長(zhǎng)度為4.0m，開(kāi)窗鉆具組合是:Ф118mm×1.2m銑錐+Ф105mm短鉆鋌×2+Ф78.6mm加重鉆桿×14根+Ф73mm正扣鉆桿若干，開(kāi)窗參數(shù)見(jiàn)表4。表4板831-4K井開(kāi)窗參數(shù) 通過(guò)對(duì)雙層套管開(kāi)窗過(guò)程的定性分析和粗略的計(jì)算，確定出雙層套管開(kāi)窗的窗口長(zhǎng)度和開(kāi)窗參數(shù)，在實(shí)際操作中進(jìn)行靈活應(yīng)用，該井開(kāi)窗15h，窗口規(guī)則，起下鉆頭和下套管均一次成功，同以往井相比，取得了比較明顯的效果。 4認(rèn)識(shí)與結(jié)論 （1）雙層套管開(kāi)窗時(shí)，選擇導(dǎo)斜器的硬度應(yīng)與開(kāi)窗套管中強(qiáng)度較大的那層套管相當(dāng)，不能過(guò)大也不能過(guò)小。 （2）雙層套管開(kāi)窗成敗的關(guān)鍵因素是鉆壓，特別是當(dāng)銑錐剛接觸第2層套管時(shí)的鉆壓，通常應(yīng)比所使用鉆挺的重力多10~20kN，而當(dāng)銑錐進(jìn)入第2層套管后應(yīng)適當(dāng)采用低鉆壓。 （3）開(kāi)窗前先應(yīng)確定出