蘇里格氣田蘇5－1H井大井斜套管內(nèi)垂直向上開窗鉆井技術(shù)

余 晟 王東波 何 勇 江 海 張 萍 王 平

1.中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院 2.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦3.中國石油川慶鉆探工程公司川西鉆探公司

蘇里格氣田蘇5－1H井大井斜套管內(nèi)垂直向上開窗鉆井技術(shù)

余 晟1王東波2何 勇3江 海1張 萍1王 平3

1.中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院 2.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦3.中國石油川慶鉆探工程公司川西鉆探公司

蘇里格氣田蘇5－1 H井是國內(nèi)第一口井斜超過80°垂直向上開窗井，施工作業(yè)面臨有線儀器、斜向器下入較為困難及銑錐受重力作用、垂直向上不易開出窗口等技術(shù)難題，但該井僅用了19 h便垂直向上開窗成功。為此，總結(jié)了大井斜垂直向上開窗施工作業(yè)要點：①一次性斜向器開窗側(cè)鉆方法有利于垂直向上開窗側(cè)鉆；②采用復合式銑錐可一次性完成開窗及修窗作業(yè)；③強化斜向器坐封、定向側(cè)鉆的井眼準備措施；④細化套管開窗施工作業(yè)參數(shù)。該井用時6 h即完成2.5 m進尺，返出大量粗絲狀鐵屑，12 h后見大量泥砂及水泥，判斷已開窗成功，反復修窗后起鉆，優(yōu)質(zhì)高效地完成了整個高難度開窗任務(wù)，其施工作業(yè)要點可供今后同類型井借鑒使用。

套管開窗 垂直向上 大井斜 復式銑錐 斜向器 施工作業(yè)參數(shù) 鄂爾多斯盆地 蘇里格氣田

蘇里格氣田蘇5－1 H井是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造的一口開發(fā)井，該井鉆至斜深3 845 m（井斜84°，垂深3 474.03 m，馬家溝組，巖性為純灰?guī)r）導眼井完鉆，經(jīng)儲層改造后，在垂厚約18 m范圍內(nèi)測試獲氣21 660 m3／d、水105 m3／d，氣水同產(chǎn)，不滿足入窗要求，需填井側(cè)鉆入窗。為避開煤層、下部水層和射孔井段，減少施工井段長度，決定在井深3 674 m，井斜81.02°處垂直向上開窗側(cè)鉆。

常規(guī)開窗作業(yè)一般將開窗點選擇在小井斜井段，下入斜向器后，依靠銑錐自身重量，向左右或下方開窗側(cè)鉆，修窗完成后再下入定向儀器將方位調(diào)整至目標方位，需要預留較長的軌跡調(diào)整井段，且中途還需考慮井眼防碰，井身結(jié)構(gòu)調(diào)整，套管下入，井眼軌跡優(yōu)化等技術(shù)措施。

而在80°以上大井斜井段垂直向上開窗完成后，則只需將井斜、方位微調(diào)后即可進行儲層水平段鉆進，能有效減少施工井段長度、節(jié)約套管使用成本、縮短鉆井周期、優(yōu)化井眼軌跡。但在大井斜段垂直向上開窗，有線儀器及斜向器下入較為困難，同時銑錐受重力作用，垂直向上不易開出窗口，相應(yīng)的增加了施工風險及難度，需要細化方案設(shè)計、優(yōu)選工具及儀器，優(yōu)化施工作業(yè)參數(shù)才能保證開窗作業(yè)安全順利的完成。

1 施工前的準備

1.1 開窗側(cè)鉆方法選擇

常用的套管開窗側(cè)鉆方法有兩種［1－4］。第1種是鍛銑回填水泥側(cè)鉆，就是在選定的井段內(nèi)鍛銑掉井眼內(nèi)套管，回填水泥后側(cè)鉆。其優(yōu)點在于窗口長，后續(xù)施工風險??；缺點是施工工序多，施工周期長；要求回填水泥封固質(zhì)量好；且在深地層側(cè)鉆困難，目前已較少采用。第2種是使用一次性斜向器開窗側(cè)鉆，就是在選定的開窗點坐封一次性斜向器［5］；用復合銑錐銑掉井眼內(nèi)套管；形成穩(wěn)定的窗口（圖1）。該方法施工工序少，周期短，且由于斜向器的作用，利于垂直向上開窗。蘇5－1H井由于需要在井斜81°井段垂直向上開窗，設(shè)計采用第2種方法。

1.2 開窗點選擇

蘇5－1 H井需避開煤層和泥巖段井段，滿足施工要求且盡量減少施工井段長度，盡量充分利用原井眼的有用套管，以縮短側(cè)鉆周期，節(jié)約成本，同時開窗點以上套管要完好，無變形、破損和漏失，完全避開套管扶正器，力求少銑套管接箍［6］。綜合考慮選擇開窗點斜深為3 674 m（套管上下接箍位置分別為3 673.3 m和3 684.4 m，射孔段在3 676.5 m以下）。

圖1 蘇5－1H井開窗側(cè)鉆示意圖

1.3 井眼準備

蘇5－1H井斜向器下入深度較深，且井斜超過80°，為保證斜向器一次性下入成功，需認真核實177.8 mm套管串結(jié)構(gòu)，鋼級、壁厚及開窗的井斜、方位、井徑等基礎(chǔ)資料，檢查固井質(zhì)量及管外水泥封固質(zhì)量。

1）將水泥塞面注至3 574 m，在側(cè)鉆點3 674 m以下井段水泥塞全段封固，候凝。鉆塞至井深3 679 m，為確保水泥塞質(zhì)量，減少混漿段，應(yīng)注前置液和后置液，且候凝72 h以上。

2）側(cè)鉆前對水泥塞質(zhì)量進行檢查，能承受100 k N鉆壓，以剎住剎把鉆壓不降為合格，否則，應(yīng)重新注水泥。

3）開窗工具入井前用通井組合通井至橋塞位置，用177.8 mm套管刮管器修刮管壁、保證管壁干凈，保證開窗工具能順利下入開窗位置并座掛牢靠，設(shè)計通井刮管組合為：152 mm通井規(guī)＋177.8 mm套管刮管器＋120.7 mm鉆鋌2柱＋120.7 mm隨鉆震擊器＋120.7 mm鉆鋌1柱＋101.6 mm鉆桿。

1.4 開窗工具準備

蘇5－1H井開窗主要使用液壓卡瓦式斜向器及復合式銑錐。常規(guī)銑錐在開完窗口后還需下入錐形銑鞋＋西瓜銑鞋＋鉆柱銑鞋＋適量的鉆鋌進行修窗口作業(yè)。復合式銑錐整體分為3段，即開窗段、鍛銑段和修窗段（圖2），可一次性完成開窗及修窗作業(yè)。

圖2 復合式銑錐圖

考慮到復合銑錐重量達80 kg，垂直向上開窗時銑錐受重力作用，不易上翹，第1趟開窗若效果不理想，第2趟下入質(zhì)量較輕的新型銑錐（圖3）將套管開出孔后，第3趟再下入復式銑錐開窗。

圖3 新型銑錐圖

液壓卡瓦式斜向器由送入管、斜軌、液壓缸、上下活塞及上下卡瓦自縮結(jié)構(gòu)等組成，上卡瓦防徑向轉(zhuǎn)動，下卡瓦防軸向滑動。

1.5 開窗點調(diào)整

由于該井射孔段為3 676.5～3 679 m（16孔／m螺旋射孔，彈徑12.8 mm），為保證斜向器上卡瓦（防徑向轉(zhuǎn)動）坐封在未射孔段，對斜向器的實際尺寸測量后（圖4），將開窗點由原設(shè)計的3 674 m上提至3 673.4 m。

圖4 斜向器實際尺寸圖

1）原開窗點位置：3 674 m，射孔段（3 676.5～3 679 m）

上卡瓦：3 674＋2.78＝3 676.78 m（射孔段）

下卡瓦：3 674＋2.78＋0.55＝3 677.33 m（射孔段）

2）上提開窗點位置：3 673.4 m（接箍：3 673.256 m）

上卡瓦：3 673.4＋2.78＝3 676.18 m（未射孔段）

下卡瓦：3 673.4＋2.78＋0.55＝3 676.73 m（射孔段）

2 施工注意事項

2.1 斜向器下入及坐封

1）斜向器搬放時要輕放，運輸時避免劇烈沖擊；入井時要檢查好斜向器的送入管通道，防止雜物和石塊等進入，造成不能坐封。

2）下入斜向器前必須對原井套管內(nèi)徑進行全面檢查，主要防止套管變形和縮徑。

3）檢查斜向器若發(fā)現(xiàn)卡瓦螺絲松動，要將其擰緊，同時下井前要卸掉行尾掛鉤與斜向器的保險卡。

4）下斜向器時控制下速，要求緩慢均勻下放，下鉆如遇阻不得強行下放，正確分析無套管異常后方可繼續(xù)下鉆，必要時進行套管檢查和修復處理。

2.2 有線測斜儀下入

由于蘇5－1 H井開窗點井深在3 674 m，井斜達81.02°，大井斜段測量儀器不易通過，因此要求鉆具水眼大于51 mm（儀器外徑45 mm），同時每根立柱下入前必須通徑，在儀器下放困難井段開泵小排量將測斜儀送入井底坐鍵。

2.3 開窗側(cè)鉆

1）銑錐運輸及入井時要注意避免猛烈沖擊，以免損壞硬質(zhì)合金塊，影響開窗效果。

2）精確計算數(shù)據(jù)；銑錐下到斜向器頂尖0.5 m左右，緩慢下放到頂尖位置，開始開窗。

3）開窗時必須遵循套管開窗技術(shù)要求規(guī)范，一般按3個階段進行：

起始段：低鉆壓5～10 k N，低轉(zhuǎn)速50～60 r／min。

銑套段：中鉆壓20～40 k N，中轉(zhuǎn)速60～80 r／min。

出套段：低鉆壓5～15 k N，高轉(zhuǎn)速60～90 r／min。

要求：送鉆一定要均勻，鉆壓大，容易提前出窗；鉆壓小，銑錐磨損大。

4）開窗后要繼續(xù)鉆出窗口一定深度，修窗至上提下放無明顯顯示后，方可起鉆換鉆頭。任何起下鉆時要注意對窗口的保護。

5）為利于銑錐上翹，保證垂直向上開窗順利成功，優(yōu)化了鉆具組合：152 mm復式銑錐＋101.6 mm加重鉆桿1柱＋101.6 mm鉆桿6柱＋101.6 mm加重鉆桿18柱＋101.6 mm鉆桿。

3 蘇5－1H井實施情況與效果

3.1 通井及模擬斜向器入井

為保證斜向器一次下入成功，再下入模擬斜向器鉆具組合進行通井，模擬入井鉆具組合為：152.4 mm鉆頭＋330×310接頭＋148 mm扶正器＋2 m短鉆鋌＋148 mm扶正器＋311×HLSP39接頭＋101.6 mm鉆桿，該趟鉆順利下鉆到底。

3.2 斜向器下入及坐封

將鉆井液密度調(diào)整至1.05 g／cm3，黏度調(diào)整至60 s后下入斜向器鉆具組合：146 mm斜向器＋311× 310定向接頭＋311×HLSP39接頭＋101.6 mm鉆桿。斜向器下放過程中嚴格控制下放速度，直井段3 min下放1柱，斜井段4～6 min下放1柱。

斜向器下至3 672.04 m后開始下入測斜儀器，當電纜下放至井深3 710 m時，井斜79.24°處儀器不能下行，決定開泵下送，反復開泵仍然不成功。起鉆取出測斜儀，卸掉加重桿及加長桿再次下放儀器仍然不成功。第3次取出儀器后將測斜儀連接一根加長桿，下放電纜坐鍵成功，將工具面調(diào)至目標方向，完成斜向器定向。

起出有線儀器后開始投球憋壓，將泵壓控制在5 MPa，逐漸升至20 MPa，泥漿槽無鉆井液返出；泄壓后再憋壓2次至20 MPa，表明斜向器卡瓦已完全伸出。為判斷斜向器是否坐穩(wěn)，用40 k N低鉆壓將鉆具緩慢上提下放，整個鉆具無明顯上移和下移，由此判斷斜向器已成功坐封。

隨后開始分離送入桿，先順時針轉(zhuǎn)鉆具5圈，上提10 cm，繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)鉆具25圈，上提80 k N后扭矩釋放，成功將送入桿與斜向器分離，至此斜向器下入及坐封工作順利完成。

3.3 套管開窗

下鉆至3 673 m即距斜向器斜面導尖0.4 m時，先緩慢旋轉(zhuǎn)鉆具，開泵，探至斜面導尖3 673.4 m時開始開窗作業(yè)。鉆進參數(shù)：鉆壓20～30 k N，轉(zhuǎn)數(shù)50 r／min；排量18 L／s，泵壓11～12 MPa；鉆井液性能：密度1.05 g／cm3，黏度60 s，切力2～5 Pa，失水5 m L，泥餅0.2 mm，p H值9。

由于前期準備工作充分，該趟施工過程較為順利。初期磨銑速度較快，用時6 h即完成2.5 m進尺，返出大量粗絲狀鐵屑，隨后磨銑速度逐漸減慢，12 h后見大量泥砂及水泥，未見鐵屑返出，判斷已開窗成功，反復修窗后起鉆。

3.4 應(yīng)用效果

蘇5－1H井是國內(nèi)第一口井斜80°以上垂直向上開窗井，國內(nèi)可供借鑒的經(jīng)驗不多，且是在小井眼中作業(yè)，加大了整個施工難度。該井開窗過程使用1只銑錐，用時19 h就（一趟鉆）完成整個開窗工作，證明該井儀器工具選用合理，技術(shù)措施得當，為今后類似套管開窗作業(yè)積累了經(jīng)驗。

該井隨后的定向施工中，出窗口后略微增斜即在儲層中鉆進，僅用時13 d就完成后續(xù)800 m井段鉆進并順利裸眼完井，充分證明了大井斜垂直向上開窗技術(shù)在減少施工井段長度，節(jié)約鉆井周期和成本方面的巨大作用。

4 結(jié)論

1）大井斜垂直向上開窗技術(shù)在減少施工井段長度，節(jié)約套管方面具有較大優(yōu)勢，適宜在老井挖潛中推廣使用，能有效的降低老井利用成本。

2）細致的施工準備工作是保證斜向器順利下入的關(guān)鍵，斜向器下入前使用刮管器及通井規(guī)通井后再使用雙扶正器組合模擬斜向器下入，能有效的降低大井斜段斜向器下入的風險。

3）大井斜段儀器下入較為困難，需要根據(jù)實際情況控制適宜的儀器桿長度及重量才能保證測斜儀的順利坐鍵。

4）由于銑錐和鉆具組合剛性對垂直向上開窗成功率影響較大，若第一趟鉆開窗不成功，應(yīng)根據(jù)開窗情況及時調(diào)整鉆具組合及銑錐型號。

［2］商勇，陳世春，何選篷.輪古40C井套管開窗側(cè)鉆小井眼定向鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2005，27（3）：8－10.

［4］董國昌，劉英，劉金利.星A6－6深井大位移套管開窗側(cè)鉆定向井鉆井研究與實踐［J］.吉林石油科技，2001，20（1）：35－39.

［5］張焱，吳爽，劉坤芳，等.定向井斜向器座放方位最優(yōu)化設(shè)計［J］.天然氣工業(yè)，2001，21（6）：51－54.

［6］夏宏南，譚家虎，李鵬華.套管開窗側(cè)鉆工藝研究［J］.斷塊油氣田，2003，10（2）：77－79.

A vertical casing－exit operation in the high－inclination cased hole of Well Su 5－1H，Sulige Gas Field

Yu Sheng1，Wang Dongbo2，He Yong3，Jiang Hai1，Zhang Ping1，Wang Ping3
（1.Drilling ＆Production Engineering Technology Research Institute of Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，Guanghan，Sichuan 618300，China；2.Chongqing Gas Fields of Southwest Oil ＆Gasfield Company，PetroChina，Chongqing 431000，China；3.Chuanxi Branch of Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Chengdu，Sichuan 610051，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 3，pp.74－77，3／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Well Su 5－1H in the Sulige Gas Field is the first well having vertical casing－exit operation conducted in the wellbore with an inclination angle of over 80°in China，with such challenges as difficult running－in of wireline instruments and the whipstock or hard vertical casing cutting due to the gravitational force on the cone mill bit.After overcoming such difficulties，however，we have devoted only 19 hours in one trip to successfully cut a casing window in the end.After 6 hours of casing cutting，2.5 m footage was finished and lots of iron cuttings were observed.Then，after 12 hours of continuous working，a large amount of sand and cement were seen，from which a successful casing－exit operation could be announced.Finally，the BHA was then tripped out after window trimming was done for several times.From this successful experience，a few good lessons are drawn herein.（1）The one－time whipstock is helpful for the vertical casing exit，and the double－cone milling bit can finish the casing window opening and trimming in one trip.（2）Good reparations for whipstock setting and casing－exit job are vital in the whole process.（3）Each operating parameter at every step is well designed.All the above will provide good reference for the casing－exit operation in similar wells.

casing exit，vertical，high inclination，double cone mill，whipstock，Ordos Basin，Sulige Gas Field

余晟，1980年生，工程師；2007年畢業(yè)于西南石油大學油氣井工程專業(yè)，獲碩士學位；現(xiàn)從事定向井方面的服務(wù)及研究工作。地址：（618300）四川省廣漢市中山大道南二段鉆采工程技術(shù)研究院。電話：13908104827。E－mail：yusheng430316＠sohu.com

余晟等.蘇里格氣田蘇5－1H井大井斜套管內(nèi)垂直向上開窗鉆井技術(shù).天然氣工業(yè)，2012，32（3）：74－77.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.017

（修改回稿日期 2012－01－19 編輯 凌 忠）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.017

Yu Sheng，engineer，born in 1980，graduated in oil／gas well engineering from Southwest Petroleum University in 2007 with an M.Sc.degree.He is now engaged in directional well drilling service and research.

Add：South Sec.2，Zhongshan Rd.，Guanghan，Sichuan 618300，P.R.China

Mobile：＋86－13908104827 E－mail：yusheng430316＠sohu.com