連續(xù)油管主要開(kāi)窗工具淺析

陳偉峰，夏宏南

劉 敏

(中石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

李錦峰

(中石化江漢石油管理局鉆井二公司，湖北 潛江 433100)

周 昆

何 帆

(中石油新疆油田分公司采油二廠油田工藝研究所，新疆 克拉瑪依 834008)

連續(xù)油管主要開(kāi)窗工具淺析

陳偉峰，夏宏南

劉 敏

(中石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

李錦峰

(中石化江漢石油管理局鉆井二公司，湖北 潛江 433100)

周 昆

何 帆

(中石油新疆油田分公司采油二廠油田工藝研究所，新疆 克拉瑪依 834008)

連續(xù)油管鉆井技術(shù)(Coiled Tubing Drilling，CTD)是20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的新型鉆井技術(shù)。連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展、應(yīng)用較廣，但在國(guó)內(nèi)由于受到技術(shù)和設(shè)備的限制，起步、發(fā)展相對(duì)較晚，應(yīng)用相對(duì)較少。因此對(duì)連續(xù)油管開(kāi)窗工具的分析研究具有特別重要的意義。主要介紹了連續(xù)油管開(kāi)窗的導(dǎo)斜器、開(kāi)窗磨銑工具(起始銑鞋、開(kāi)窗銑鞋、銑錐及各種磨銑鉆頭)的結(jié)構(gòu)與作用，對(duì)加速連續(xù)油管開(kāi)窗工具國(guó)產(chǎn)化和推動(dòng)連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)在國(guó)內(nèi)的廣泛應(yīng)用具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

連續(xù)油管；導(dǎo)斜器；磨銑工具；銑鞋；銑錐

連續(xù)油管鉆井技術(shù)是20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的新型鉆井技術(shù),目前仍處于研究和開(kāi)發(fā)的初級(jí)階段[1]。1991年，美國(guó)、加拿大、法國(guó)開(kāi)始相繼成功地試驗(yàn)應(yīng)用了連續(xù)油管鉆井技術(shù)。連續(xù)油管具有無(wú)接頭、無(wú)變徑、彎曲大、能連續(xù)起下、能動(dòng)態(tài)密封和強(qiáng)度大、承壓高、體積小等特點(diǎn)[2]。近年來(lái)，隨著CT器材和制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展，可靠性高的高強(qiáng)度大直徑CT、小直徑容積式馬達(dá)、先進(jìn)的定向工具及測(cè)量系統(tǒng)和金剛石鉆頭的相繼問(wèn)世，極大地推動(dòng)了連續(xù)油管鉆井技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用[3]。

連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆工藝技術(shù)，就是用連續(xù)油管代替鉆桿，在油水井的某一特定深度固定一個(gè)導(dǎo)斜器，利用其斜面的造斜作用，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)。目前連續(xù)油管過(guò)油管開(kāi)窗側(cè)鉆的方法主要有3種：水泥塞開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)、水泥環(huán)內(nèi)置造斜器開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)和過(guò)油管造斜器開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)。3種方法相比較而言，水泥塞開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)比較成熟，應(yīng)用廣泛，是3種技術(shù)中最可靠、最經(jīng)濟(jì)的一種。關(guān)鍵工具的發(fā)展研究已經(jīng)成為連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一[4]。

上述3種開(kāi)窗側(cè)鉆方法的成功與否在很大程度上都取決于開(kāi)窗側(cè)鉆工具的選擇與組合。下面筆者通過(guò)對(duì)近年來(lái)連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆關(guān)鍵工具的分析研究,希望能對(duì)加速連續(xù)油管開(kāi)窗工具國(guó)產(chǎn)化和推動(dòng)連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用提供參考。

1 連續(xù)油管開(kāi)窗導(dǎo)斜器

導(dǎo)斜器也叫斜向器，是引導(dǎo)磨銑工具從一側(cè)磨銑套管形成窗口的專用工具。同時(shí)也是一帶斜面(一般2～4°)的半圓柱體鋼棒。在開(kāi)窗中起導(dǎo)向銑削工具磨銑套管的作用。就其固定方式而言，導(dǎo)斜器可分為注水泥式、機(jī)械式和液壓式等幾種[5]。

1)普通注水泥式導(dǎo)斜器 這種類型的導(dǎo)斜器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作簡(jiǎn)單。這種導(dǎo)斜器總成主要由導(dǎo)斜器、剪釘、承頓塊和送入器組成，如圖1所示。送入器與上部鉆具連接，其作用是將導(dǎo)斜器送至預(yù)定深度；剪釘用于連接送入器和導(dǎo)斜器，稍加壓力即可斷開(kāi)；承頓塊用于承接上部鉆具壓力，可判斷剪釘是否剪斷；導(dǎo)斜器最終將固定于井筒內(nèi)。

圖1 普通注水泥導(dǎo)斜器

2)XQSR-XQDM型地錨式導(dǎo)斜器 XQSR-XQDM型地錨式導(dǎo)斜器是一種可定向的水泥錨定式導(dǎo)斜器。這種導(dǎo)斜器總成由XQSR型導(dǎo)斜器送入總成和XQDM型注水泥地錨總成組成[6]。①導(dǎo)斜器送入總成由送入器、導(dǎo)斜器、剪斷螺栓、扶正壓套、卡瓦、公母鉸接短節(jié)、鉸鏈軸、簡(jiǎn)體等組成；②地錨總成上部與送入管柱連接，主要包括定向短節(jié)和懸掛短節(jié)，如圖2所示。

3)雙卡瓦封隔器錨定型導(dǎo)斜器 雙卡瓦封隔器錨定型導(dǎo)斜器主要由坐卡封隔總成、導(dǎo)斜對(duì)接總成和定向連接總成3大部分組成[7]。坐卡封隔總成主要由液力推動(dòng)裝置和坐封鎖緊裝置組成，如圖3所示。

圖2 XQSR-XQDM型地錨式導(dǎo)斜器總成 圖3 雙卡瓦封隔器錨定型導(dǎo)斜器總成

液力推動(dòng)裝置由活塞桿、活塞缸、扶正套、剪釘、中心管和各種密封件等組成；坐封鎖緊裝置主要由膠筒、上下錐體、上下卡瓦、下鎖緊套、活塞、銷釘?shù)冉M成，如圖3(a)所示。導(dǎo)斜對(duì)接總成由斜口接頭、中間接頭鎖軸、導(dǎo)斜器體等組成，如圖3(b)所示。定向連接總成由定向接頭、定向鍵、丟手接頭、球座、鋼球和各種密封件等組成，如圖3(c)所示。

2 連續(xù)油管開(kāi)窗磨銑工具

圖4 銑鞋類型

1)起始銑鞋 起始銑鞋是對(duì)套管進(jìn)行最初銑削的銑鞋。這種銑鞋的特點(diǎn)是具有導(dǎo)向桿。起始銑鞋主要由接頭、切削部分和導(dǎo)向桿等組成。按導(dǎo)向桿的形狀，起始銑鞋有2種型式，一種是圓柱形銑鞋，一種是錐形銑鞋，如圖4所示。

起始銑鞋的頸部設(shè)計(jì)成錐形或圓柱形，這樣就能使切削作用力加到套管上，而不是加到導(dǎo)斜器上。起始銑鞋設(shè)計(jì)成在切削一小段之后，它不去銑掉凸緣而繼續(xù)銑削套管。為了防止起始銑鞋的磨損，在本體上鑲?cè)肓颂蓟u塊。導(dǎo)向桿的作用還能防止銑鞋滑出套管。

圖5 開(kāi)窗銑鞋 圖6 復(fù)式銑錐

2)開(kāi)窗銑鞋 開(kāi)窗銑鞋主要由接頭和螺旋切削2部分組成。開(kāi)窗銑鞋設(shè)計(jì)成中心具有稍微凹進(jìn)的結(jié)構(gòu)，如圖5所示。開(kāi)窗銑鞋是在繼起始銑鞋之后，繼續(xù)對(duì)套管開(kāi)窗的磨銑工具。底部凹面的圓窩結(jié)構(gòu)有助于銑鞋找中扶正，防止過(guò)早滑出套管。銑鞋中心隆起的作用是當(dāng)銑鞋底面中心恰好處于套管壁的正前方時(shí)，仍具有開(kāi)窗磨銑作用[8]。

3)復(fù)式銑錐 復(fù)式銑錐由不同的錐度組成。錐度有2級(jí)、3級(jí)和4級(jí)之分，這里僅就常用的2級(jí)和4級(jí)銑錐進(jìn)行介紹[9]。2級(jí)復(fù)式銑錐主要由接頭和2級(jí)螺旋切削錐體組成，如圖6所示；4級(jí)復(fù)式銑錐的錐體由四級(jí)不同的錐體組成，如圖6所示，自上而下錐度逐漸增大，Ⅰ級(jí)為0°，Ⅱ級(jí)為2°，Ⅲ級(jí)錐頂角為6°50′，Ⅳ級(jí)錐頂角為20°。

4)單式銑錐 單式銑錐錐鞋只有一種錐度，形式有2種，如圖7所示。尖形銑錐表面鋪焊鎢鋼粉條棱。截錐形單式銑錐表面鑲焊鎢鋼塊。

5)組合式銑錐 這種類型的銑錐是將單式銑錐和鉆柱式銑錐組合后再進(jìn)行作業(yè)的銑錐，如圖8所示。

組合式銑錐可代替普通復(fù)式銑錐和單式銑錐，將開(kāi)窗和修窗2道工序一次完成。

6)鉆鉸式銑錐 鉆鉸式銑錐主要由上接頭、球形體、矩形刀片和YD合金等組成[10]。如圖9所示。鉆鉸式銑錐下端的半球形體起引導(dǎo)作用，首先磨削套管內(nèi)壁，并磨穿套管；棱形YD合金刀塊的錐形部分開(kāi)出上窗口；球形體上部開(kāi)出中下窗口。繼續(xù)磨削過(guò)程中，YD合金鉸形刀將不斷地磨銑窗口，使其平整、光滑。最后，矩形刀體再一次修整窗口。

圖7 單式銑錐 圖8 組合式銑錐 圖9 鉆鉸式銑錐

7)磨銑鉆頭 圖10是幾種常見(jiàn)的磨銑鉆頭。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前國(guó)外在連續(xù)油管開(kāi)窗工藝上，主要都是采用導(dǎo)斜器開(kāi)窗，其定向開(kāi)窗準(zhǔn)確性高，窗口形狀較規(guī)則，窗口附近狗腿度適中，在選擇磨銑工具方面，使用較多的是鉆鉸式銑錐，此工具前端部分磨銑套管窗口，后端部分修整窗口，2次作業(yè)可一次完成，減少施工時(shí)間和成本，降低風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)在開(kāi)窗工具上，將致力于研究出導(dǎo)斜-開(kāi)窗一體式工具組合，一趟鉆即可完成導(dǎo)斜器的定向和套管開(kāi)窗，進(jìn)一步提高連續(xù)油管套管內(nèi)開(kāi)窗效率，發(fā)展和完善連續(xù)油管特殊鉆井工藝技術(shù)。

圖10 磨銑鉆頭

[1]賀會(huì)群.連續(xù)油管鉆井技術(shù)與裝備[J].石油機(jī)械, 2009, 37 (7): 1-6.

[2] 李緒宜.國(guó)內(nèi)連續(xù)油管設(shè)備技術(shù)的發(fā)展研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2009，10(07)：21-26.

[3] 劉新會(huì)，張興平.連續(xù)油管設(shè)備及技術(shù)的發(fā)展[J].國(guó)外油田工程，2007，12(6)：26-29.

[4] Leising L J.Sidetracking technology for coiled tubing drilling[J].SPE 30486，1996.

[5] 朱麗華，陳新，黃焰.連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井技術(shù)[J].鉆采工藝，2001，25(3)：19-23.

[6] 吳文秀，韓興.連續(xù)油管過(guò)油管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)[J].石油機(jī)械，2000，28(7)：55-57.

[7] Hearn D D，Blount C G.Coiled tubing window milling[J].SPE 35126，1996.

[8] 陳會(huì)年,張國(guó)龍,胡清富.連續(xù)油管鉆井技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù), 2000, 28(2): 19-21.

[9] 郭志勤,蔣新,強(qiáng)杰.連續(xù)油管鉆井技術(shù)[J].石油鉆采工藝, 1999, 26(1): 16-20.

[10] 陳立人,張永澤,龔惠娟.連續(xù)油管鉆井技術(shù)與裝備的應(yīng)用及其新進(jìn)展[J].石油機(jī)械, 2006, 34(2): 59-63.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.10.033

TE243.2

A

1673-1409(2012)10-N107-03