套管開窗側(cè)鉆技術(shù)在DA3—14CP井中的應(yīng)用

邵珠磊 燕金友 王丹輝 畢海軍 相玉輝

【摘 要】DA3-14CP井是吉林油田在松遼盆地南部大安油田大23區(qū)塊利用老直井側(cè)鉆完成的一口套管開窗側(cè)鉆水平井，這標(biāo)志著吉林油田套管開窗側(cè)鉆水平井施工技術(shù)有著廣闊的發(fā)展空間，逐步成為油田增產(chǎn)的重要手段。本文從套管開窗側(cè)鉆的技術(shù)概況、技術(shù)優(yōu)勢與適應(yīng)條件入手，指出套管開窗側(cè)鉆的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合DA3-14CP井的現(xiàn)場施工進(jìn)行應(yīng)用效果分析與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為同類井型施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】套管開窗 側(cè)鉆 施工技術(shù) DA3-14CP

1 技術(shù)概況

套管開窗側(cè)鉆技術(shù)是在定向井技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。從常規(guī)側(cè)鉆井（非定向側(cè)鉆井和定向側(cè)鉆井）發(fā)展到側(cè)鉆水平井和連續(xù)油管側(cè)鉆井，代表著側(cè)鉆井新技術(shù)鉆井所占比例在逐年增加。國外開窗側(cè)鉆水平井早在三十年代就進(jìn)行過這方面的試驗(yàn)，由于工具不配套、工藝不成熟、成本高而告失敗。90年代，開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)和徑向水平井技術(shù)得到了迅速發(fā)展。國內(nèi)從50年代末、60年代初開始試驗(yàn)研究套管側(cè)鉆鉆井技術(shù)。經(jīng)歷了非定向側(cè)鉆、定向側(cè)鉆到側(cè)鉆水平井三個發(fā)展階段。勝利油田從1993年開始對側(cè)鉆工藝技術(shù)進(jìn)行研究攻關(guān)，“九五”期間承擔(dān)了國家重點(diǎn)項(xiàng)目，形成了一整套適合勝利油田地質(zhì)特點(diǎn)的側(cè)鉆水平井及常規(guī)側(cè)鉆定向井鉆采修配套技術(shù)。

2 技術(shù)優(yōu)勢和適應(yīng)條件

2.1 技術(shù)優(yōu)勢

作為一項(xiàng)新發(fā)展起來的技術(shù)，其不但可以節(jié)約鉆井費(fèi)用，還可以有利于環(huán)境保護(hù)，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢：

（1）能使死井復(fù)活，老井更新，保持和完善原有的井網(wǎng)結(jié)構(gòu)；（2）能強(qiáng)化采油，延長油藏開采年限，提高最終原油采收率；（3）可以充分利用老井上部井眼，大幅度降低鉆井成本；（4）可以充分利用老井場和地面設(shè)施，節(jié)約建設(shè)投資，保護(hù)環(huán)境；（5）可以獲得新的地質(zhì)資料，為重新認(rèn)識油層提供依據(jù)。

2.2 適用條件

在井型的選擇上，為了挖掘剩余油潛力可細(xì)分為五種類型：（1）斷失層；（2）局部微構(gòu)造高點(diǎn)；（3）井間剩余油滯留區(qū)；（4）老井部分生產(chǎn)層段報廢，原井仍有潛力的層系；（5）井網(wǎng)不完善的潛力層。

針對不同的剩余油潛力類型，為保證側(cè)鉆的高效，在井型的選擇上要區(qū)別對待：（a）層系較單一的斷失層潛力多選擇靠近靶點(diǎn)的老井；（b）油層較多的局部微高及井間滯留區(qū)潛力，應(yīng)選擇能沿斷層上升盤實(shí)施側(cè)鉆的老井，井與靶點(diǎn)的水平距離小于200m為宜；（c）加深側(cè)鉆古潛山油層，提高井網(wǎng)對儲量的控制程度。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 開窗位置的選擇

套管開窗位置的選擇是關(guān)系到側(cè)鉆成敗的關(guān)鍵。選擇好開窗位置必須遵循以下原則：

（1）開窗部位應(yīng)在事故井段或套管損壞部位以上30m左右，以利于側(cè)鉆井眼形成一定的水平位移，而避開原井眼；（2）開窗部位以上套管必須完好，必須避開套管接箍，窗口最好上下離開套管接箍2m以上；（3）盡可能選擇固井質(zhì)量好、井斜小、地層較硬的井段；（4）對出砂井和嚴(yán)重竄漏井，側(cè)鉆長度與傾角均應(yīng)加大。

3.2 側(cè)鉆前的井眼處理

由于目前進(jìn)行開窗側(cè)鉆的井大都是采油中后期的老井。這些老井側(cè)鉆與鉆井過程中處理井下事故的側(cè)鉆作業(yè)是不相同的，使用的鉆機(jī)也不相同，決定了側(cè)鉆前采用不同的井眼處理方法。對于待側(cè)鉆的井眼，需要進(jìn)行擠封油水層段、嚴(yán)格進(jìn)行通井、通徑作業(yè)、上不套管試壓、斜導(dǎo)器送入固定等作業(yè)。

3.3 側(cè)鉆開窗工具的選配與改進(jìn)

側(cè)鉆初期，采用平底磨鞋進(jìn)行套管開窗，效果不算好，時間稍長，窗口質(zhì)量差；經(jīng)過不斷探索，開始選用復(fù)式銑錐和單式銑錐進(jìn)行套管開窗，效果較好，但是開窗修窗時間還是很長?，F(xiàn)場迫切需要改進(jìn)套管開窗工具。經(jīng)過不斷的摸索總結(jié)，加工應(yīng)用了組合銑錐，形成了投造斜器、開窗、修窗、試鉆工具一體化技術(shù)，大大縮短了套管開窗時間，窗口質(zhì)量也有了很大提高。

3.4 井眼軌跡控制工具及儀器選擇

（1）鉆頭；針對小井眼鉆井和套管開窗側(cè)鉆特點(diǎn)，分別有Φ118mm和Φ152mm兩種尺寸規(guī)格的牙輪鉆頭和PDC鉆頭可供選擇。（2）動力鉆具；根據(jù)鉆頭尺寸大小，目前研制成功的由Φ120mm、Φ95mm等不同度數(shù)的單彎和雙彎動力鉆具可供選擇，最高造斜率達(dá)到3.6°/m。（3）測量儀器；對于磁性測量儀器，有無線隨鉆MWD+γ+R、小尺寸有線隨鉆測斜儀、電子單多點(diǎn)測斜儀等，對于非磁性測量儀器，有電子框架陀螺儀、速率陀螺儀兩類陀螺測量工具進(jìn)行選擇。

3.5 有關(guān)技術(shù)參數(shù)的配合

在進(jìn)行套管開窗時，技術(shù)參數(shù)的配合十分重要，只有采用合理的轉(zhuǎn)速、排量、鉆壓才能達(dá)到快速、優(yōu)質(zhì)、安全鉆進(jìn)的目的。而在整個開窗過程中，技術(shù)參數(shù)配合是變化的。

（1）第一階段：（啟始磨銑階段）約0.8m，從銑錐磨銑造斜器頂部到磨銑底部直徑圓周與套管內(nèi)壁接觸段，要注意輕壓慢轉(zhuǎn)，使銑錐先銑出一個均勻接觸面。一般鉆壓5 KN，轉(zhuǎn)速25～40r/min，以免造斜器頂部撞碎鎢鋼塊而降低切削能力，并可防止因鉆壓過大堵死銑錐下水眼而產(chǎn)生重復(fù)切削現(xiàn)象。（2）第二階段：（開窗磨銳階段）約0.8m，從銑錐底圓接觸套管內(nèi)壁到底圓剛出套管外壁，要注意輕壓快轉(zhuǎn)，一般鉆壓10～15 KN，轉(zhuǎn)速50～l00r/min。這樣能達(dá)到高速切削的目的。（3）第三階段：（窗口加長修整階段）約0.6m，從銑錐底圓出套管到銑錐最大直徑全部銑過套管。此段是下窗口的關(guān)鍵段，因此要定點(diǎn)、快速、懸空銑進(jìn)。一般鉆壓小于5 KN，轉(zhuǎn)速120r/min。這樣能保證把造斜器對面的套管全部磨掉。

4 DA3-14CP井套管開窗側(cè)鉆應(yīng)用實(shí)例

DA3-14CP井是吉林南部大安油田大23區(qū)塊由于勘探開發(fā)形勢需要，在DA3-14井基礎(chǔ)上套管開窗側(cè)鉆而成的水平井，其成功實(shí)踐為今后進(jìn)一步推廣應(yīng)用套管開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)借鑒。

4.1 設(shè)計簡介

4.1.1 地質(zhì)目的及井身結(jié)構(gòu)

原井DA3-14井于2006年06月22日完鉆，完鉆井深2294.00m，套管尺寸Φ139.70mm，下深2288.53m。新井DA3-14CP井設(shè)計鉆探目的為開發(fā)扶余油層復(fù)合油藏，由于受原井上部井眼尺寸的限制，新井開窗側(cè)鉆點(diǎn)以下井眼尺寸為Φ117.50mm。開窗方式選擇了簡便、可靠的液壓斜向器開窗工藝，完井管柱尺寸為Φ88.90mm，采取小井眼裸眼封隔器+多級壓裂滑套完井（井身結(jié)構(gòu)如圖1）。

圖1 DA3-14CP井井身結(jié)構(gòu)圖

4.1.2 剖面設(shè)計

DA3-14CP井采用常規(guī)“直-增-穩(wěn)-增-平”水平井剖面設(shè)計，此類剖面軌跡控制技術(shù)成熟，易于實(shí)現(xiàn)，其基本數(shù)據(jù)和分段設(shè)計數(shù)據(jù)見表2：

表2 剖面設(shè)計數(shù)據(jù)

關(guān)鍵點(diǎn)

測深

（m）

井斜

（°）

方位

（°）

垂深

（m）

北坐標(biāo)

（m）

東坐標(biāo)

（m）

視平移

（m）

閉合距

（m）

閉合方位

（°）

狗腿度

（°/30m）

側(cè)鉆點(diǎn)

1900.00

2.80

101.12

1899.59

1.26

29.01

-10.16

29.04

87.51

0.00

增斜段

2327.12

83.61

204.84

2191.24

-238.18

-68.07

247.55

247.71

195.95

5.92

穩(wěn)斜段

2376.13

83.61

204.84

2196.69

-282.38

-88.53

295.91

295.93

197.41

0.00

A點(diǎn)

2400.81

88.50

205.53

2198.39

-304.65

-99.00

320.33

320.33

198.00

6.00

B點(diǎn)

2955.63

88.50

205.53

2212.90

-805.15

-338.00

873.22

873.22

202.77

0.00

井底

2987.63

88.50

205.53

2213.74

-834.02

-351.78

905.17

905.17

202.87

0.00

4.2 開窗點(diǎn)選擇

根據(jù)原井DA3-14CP套管數(shù)據(jù)中182號套管下深1902.37m，和原井固井質(zhì)量聲幅圖，結(jié)合入靶點(diǎn)A的垂深2198.39m和位移320.33m，選擇開窗側(cè)鉆點(diǎn)為井深1900.00m，該處固井質(zhì)量良好，離套管節(jié)箍2m以上，地層巖性為黑灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖組成不等厚互層，地層較穩(wěn)定、井徑小。

4.3 井眼準(zhǔn)備

根據(jù)開窗側(cè)鉆的要求，開窗側(cè)鉆之前用光鉆桿鉆具結(jié)構(gòu)將側(cè)鉆點(diǎn)以下套管打上水泥塞，封隔住窗口以下射孔井段，然后對原井眼進(jìn)行了井眼清理、洗井、Φ120.00mm通徑規(guī)通徑、試壓等主要施工工藝，收集了原井眼的井眼軌跡電測數(shù)據(jù)，為順利側(cè)鉆及以后的施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.4 開窗側(cè)鉆

4.4.1 開窗側(cè)鉆方式選擇

套管開窗側(cè)鉆目前有兩種方式：第一種是利用套管鍛銑工具銑掉20～30m套管，然后打水泥塞進(jìn)行側(cè)鉆；第二種是下斜向器，用銑錐開窗側(cè)鉆。本井采取第二種方式，下入帶封隔器的液壓卡瓦式斜向器，主要基于以下兩點(diǎn)考慮：

（1）開窗套管尺寸為Φ139.70mm，尺寸小，環(huán)空間隙小，采用鍛銑方式開窗，鐵屑多，返出速度慢，容易造成環(huán)空卡鉆事故；（2）下斜向器后進(jìn)行磨銑開窗與鍛銑開窗相比不僅能縮短開窗周期，而且開窗成功率高；雖然磨銑開窗方式磁干擾井段長，但由于斜向器可產(chǎn)生一定的初始井斜，有利于有磁環(huán)境下的定向施工。

4.4.2 開窗施工工藝

（1）斜向器座封；本井下入結(jié)構(gòu)簡單的Φ114.00mm液壓卡瓦式斜向器，其示意圖如圖2所示，下鉆到底后，利用陀螺測斜儀器將斜向器的斜面擺在開窗需要的位置，然后投球進(jìn)行憋壓，使斜向器開始座封。下鉆前將斜向器斜面與送入管托環(huán)處進(jìn)行了焊接，防止下鉆過程中因摩擦等原因?qū)е滦毕蚱餍泵孓D(zhuǎn)動。其工作原理如下 圖2：

圖2 液壓卡瓦式斜向器示意圖

送斜向器鉆具組合為：Φ114.00mm斜向器總成+Φ104.80mm定向接頭+Φ73.00mm鉆桿。

斜向器直接下入開窗點(diǎn)深度1900.00m處，陀螺定向至設(shè)計方位，開泵憋壓，第一次憋壓20-22MPa，泵壓穩(wěn)定在20MPa左右靜止2～3分鐘泄壓，第二次開泵憋壓22-25MPa，泵壓穩(wěn)定在22MPa左右靜止2～3分鐘泄壓，第3次開泵憋壓28-30MPa，泵壓穩(wěn)定在25MPa左右靜止1～2分鐘泄壓；然后分別下壓40～50KN、上提50～60KN三次，并分別靜止觀察鉆具是否活動（鉆壓是否回零）；確保坐封牢固以后，上提鉆具至斜向器中和點(diǎn)，開動轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)20圈，泵壓逐漸下降，直至回零，證明送入管反扣與斜向器已經(jīng)分離，斜向器座封成功。

（2）套管開窗；本井選擇開窗和修窗能一次性完成的鉆鉸式復(fù)合銑錐，其結(jié)構(gòu)示意圖如 圖3：

圖3 復(fù)合銑錐示意圖

磨銑窗口鉆具組合為：Φ118.00mm銑錐+Φ73.00mm加重鉆桿*5根+Φ73.00mm鉆桿。精確計算井深后，將銑錐下到離斜向器頂端0.50m左右，緩慢旋轉(zhuǎn)下放到頂尖位置，開始開窗。起始段采取低鉆壓低轉(zhuǎn)速方式，鉆壓5～10KN，轉(zhuǎn)速40～50r/min，從1896.00m磨銑至1896.50m，進(jìn)尺0.50m；騎套段采取中鉆壓中轉(zhuǎn)速方式，鉆壓10～20KN，轉(zhuǎn)速60～70r/min，磨銑至1897.30m，進(jìn)尺0.80m；出套段采取低鉆壓高轉(zhuǎn)速，鉆壓10～15KN，轉(zhuǎn)速80～90r/min，磨銑至1897.80m，進(jìn)尺0.50m。磨銑窗口時每鉆進(jìn)20～30cm，上提活動鉆具，邊開窗邊修窗，確保窗口圓滑，開窗完畢后，自窗口至窗底采取加壓0～5KN，中轉(zhuǎn)速修整窗口，并鉆至井深1899.33m，反復(fù)多次修整窗口，直到窗口暢通，上提下放無任何碰撞為止。

開窗之前，預(yù)先在泥漿出口槽處放上磁鐵，開窗時每一個小時左右清理磁鐵一次，及時清理泥漿中的鐵屑，以利于保持泥漿性能的穩(wěn)定，并可防止下一步定向時鐵屑對隨鉆儀器的影響。在磨銑中，通過觀察返出鐵屑的形狀及尺寸，同時計量返出鐵屑中鐵屑、水泥與巖石含量的比例，以保證開窗的效果，當(dāng)鐵屑中水泥、巖石的含量達(dá)到95%以上時，判定銑錐已銑穿套管完全進(jìn)入地層，說明開窗成功。

4.5 定向施工

4.5.1 測量儀器的選擇

座封斜向器進(jìn)行定位時使用的是陀螺連續(xù)測斜儀，其優(yōu)點(diǎn)是具有自動尋北的功能，不需要地面初始對準(zhǔn)，使用時只需輸入當(dāng)?shù)氐乩砭暥燃纯蓪?shí)現(xiàn)真北方位測量，是一種先進(jìn)的慣導(dǎo)級陀螺測量儀器。定向施工時使用MWD+γ無線隨鉆測斜儀，該型號測斜儀不僅可以測量定向施工時所需要的井斜、方位、工具面等基本參數(shù)，而且還可以測量地層伽馬數(shù)值，實(shí)時跟蹤井深，進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向施工。

4.5.2 軌跡控制

（1）開窗后導(dǎo)眼鉆進(jìn)；因開窗后銑錐磨銑井段僅3.33m，同垂深點(diǎn)處新井眼與老井眼之間的位移太小。若下入動力鉆具組合直接增斜側(cè)鉆，因下部鉆具組合具有一定的長度，測量滯后的測斜儀器在定向造斜初始階段尚位于強(qiáng)磁套管內(nèi)，無法監(jiān)測隨鉆工具面與井眼方位，因此，側(cè)鉆第一趟鉆決定下入Φ117.50mm單牙輪鉆頭，光鉆桿鉆具組合，先以轉(zhuǎn)盤穩(wěn)斜鉆進(jìn)至井深1914.39m，作為導(dǎo)眼，使得隨鉆測量儀器能夠脫離套管，以減少定向初期套管對測量儀器的磁干擾，減小測量儀器測量的失真度。（2）斜井段鉆進(jìn)；（a）鉆具組合：Φ117.50mm鉆頭+Φ95mm動力鉆具（1.50°或1.25°）+回壓凡爾+定向接頭+Φ105mm無磁鉆鋌+Φ73mm無磁承壓鉆桿+Φ73mm加重鉆桿*2柱+Φ73mm斜坡鉆桿（數(shù)量根據(jù)井深井斜大小確定）+Φ73mm加重鉆桿*8柱+Φ73mm鉆桿；（b）鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓：10～50KN；轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：20～40rpm；泵壓：12-18MPa；排量：8～14L/s；（c）鉆進(jìn)情況簡述：斜井段施工第一趟鉆為保證增斜效果，使用單牙輪鉆頭，進(jìn)尺84m，平均狗腿度6.38°/30m，略高于設(shè)計；后換成PDC鉆頭施工完成增斜段和穩(wěn)斜段，平均狗腿度5.55°/30m，完全滿足設(shè)計要求；最終該井鉆進(jìn)至井深2990.00m順利完鉆。共用動力鉆具10根，平均實(shí)用時間僅為79.52小時。

5 結(jié)論及建議

（1）套管開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)是在側(cè)鉆井技術(shù)、水平井技術(shù)和小井眼技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的代表九十年代鉆井水平的新技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在“廢井”利用、提高油氣田采收率和開發(fā)難動用油氣資源方面具有顯著的優(yōu)越性，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。（2）套管開窗側(cè)鉆井施工工藝包含著許多相關(guān)內(nèi)容，如尾管懸掛技術(shù)、小井眼鉆井技術(shù)、開窗技術(shù)及其工具制造、螺桿鉆具及鉆頭等的優(yōu)選。因而，套管開窗側(cè)鉆技術(shù)是一個系統(tǒng)工程。（3）常規(guī)套管開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)已經(jīng)非常成熟，要想在速度、安全、成功率等各方面有所突破，不但要加快各種新工具的研制開發(fā)力度，還要要提高各種工具的安全保證性能，如提高隨鉆儀器的工作穩(wěn)定性、提高動力鉆具的實(shí)用壽命等，才能從整體上提升套管開窗側(cè)鉆井的技術(shù)含量。

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作者簡介：邵珠磊（1981—），男，山東蒼山人，本科，畢業(yè)于西南石油學(xué)院石油工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職于勝利定向井公司，主要從事定向井、水平井等特殊工藝井的技術(shù)服務(wù)和相關(guān)研究工作。