套管開窗側鉆技術在DA3—14CP井中的應用

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區塊利用老直井側鉆完成的一口套管開窗側鉆水平井，這標志著吉林油田套管開窗側鉆水平井施工技術有著廣闊的發展空間，逐步成為油田增產的重要手段。本文從套管開窗側鉆的技術概況、技術優勢與適應條件入手，指出套管開窗側鉆的關鍵技術，并結合DA3-14CP井的現場施工進行應用效果分析與經驗總結，為同類井型施工提供借鑒。

【關鍵詞】套管開窗 側鉆 施工技術 DA3-14CP

1 技術概況

套管開窗側鉆技術是在定向井技術基礎上發展起來的。從常規側鉆井（非定向側鉆井和定向側鉆井）發展到側鉆水平井和連續油管側鉆井，代表著側鉆井新技術鉆井所占比例在逐年增加。國外開窗側鉆水平井早在三十年代就進行過這方面的試驗，由于工具不配套、工藝不成熟、成本高而告失敗。90年代，開窗側鉆水平井技術和徑向水平井技術得到了迅速發展。國內從50年代末、60年代初開始試驗研究套管側鉆鉆井技術。經歷了非定向側鉆、定向側鉆到側鉆水平井三個發展階段。勝利油田從1993年開始對側鉆工藝技術進行研究攻關，“九五”期間承擔了國家重點項目，形成了一整套適合勝利油田地質特點的側鉆水平井及常規側鉆定向井鉆采修配套技術。

2 技術優勢和適應條件

2.1 技術優勢

作為一項新發展起來的技術，其不但可以節約鉆井費用，還可以有利于環境保護，具有明顯的技術優勢：

（1）能使死井復活，老井更新，保持和完善原有的井網結構；（2）能強化采油，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施，節約建設投資，保護環境；（5）可以獲得新的地質資料，為重新認識油層提供依據。

2.2 適用條件

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

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

3 施工關鍵技術

3.1 開窗位置的選擇

套管開窗位置的選擇是關系到側鉆成敗的關鍵。選擇好開窗位置必須遵循以下原則：

（1）開窗部位應在事故井段或套管損壞部位以上30m左右，以利于側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）盡可能選擇固井質量好、井斜小、地層較硬的井段；（4）對出砂井和嚴重竄漏井，側鉆長度與傾角均應加大。

3.2 側鉆前的井眼處理

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

3.3 側鉆開窗工具的選配與改進

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

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鉆特點，分別有Φ118mm和Φ152mm兩種尺寸規格的牙輪鉆頭和PDC鉆頭可供選擇。（2）動力鉆具；根據鉆頭尺寸大小，目前研制成功的由Φ120mm、Φ95mm等不同度數的單彎和雙彎動力鉆具可供選擇，最高造斜率達到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行選擇。

3.5 有關技術參數的配合

在進行套管開窗時，技術參數的配合十分重要，只有采用合理的轉速、排量、鉆壓才能達到快速、優質、安全鉆進的目的。而在整個開窗過程中，技術參數配合是變化的。

（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壁接觸段，要注意輕壓慢轉，使銑錐先銑出一個均勻接觸面。一般鉆壓5 KN，轉速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生重復切削現象。（2）第二階段：（開窗磨銳階段）約0.8m，從銑錐底圓接觸套管內壁到底圓剛出套管外壁，要注意輕壓快轉，一般鉆壓10～15 KN，轉速50～l00r/min。這樣能達到高速切削的目的。（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。此段是下窗口的關鍵段，因此要定點、快速、懸空銑進。一般鉆壓小于5 KN，轉速120r/min。這樣能保證把造斜器對面的套管全部磨掉。

4 DA3-14CP井套管開窗側鉆應用實例

DA3-14CP井是吉林南部大安油田大23區塊由于勘探開發形勢需要，在DA3-14井基礎上套管開窗側鉆而成的水平井，其成功實踐為今后進一步推廣應用套管開窗側鉆水平井技術提供了寶貴的經驗和技術借鑒。

4.1 設計簡介

4.1.1 地質目的及井身結構

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井設計鉆探目的為開發扶余油層復合油藏，由于受原井上部井眼尺寸的限制，新井開窗側鉆點以下井眼尺寸為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（井身結構如圖1）。

圖1 DA3-14CP井井身結構圖

4.1.2 剖面設計

DA3-14CP井采用常規“直-增-穩-增-平”水平井剖面設計，此類剖面軌跡控制技術成熟，易于實現，其基本數據和分段設計數據見表2：

表2 剖面設計數據

關鍵點

測深

（m）

井斜

（°）

方位

（°）

垂深

（m）

北坐標

（m）

東坐標

（m）

視平移

（m）

閉合距

（m）

閉合方位

（°）

狗腿度

（°/30m）

側鉆點

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

穩斜段

2376.13

83.61

204.84

2196.69

-282.38

-88.53

295.91

295.93

197.41

0.00

A點

2400.81

88.50

205.53

2198.39

-304.65

-99.00

320.33

320.33

198.00

6.00

B點

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 開窗點選擇

根據原井DA3-14CP套管數據中182號套管下深1902.37m，和原井固井質量聲幅圖，結合入靶點A的垂深2198.39m和位移320.33m，選擇開窗側鉆點為井深1900.00m，該處固井質量良好，離套管節箍2m以上，地層巖性為黑灰色泥巖、粉砂質泥巖組成不等厚互層，地層較穩定、井徑小。

4.3 井眼準備

根據開窗側鉆的要求，開窗側鉆之前用光鉆桿鉆具結構將側鉆點以下套管打上水泥塞，封隔住窗口以下射孔井段，然后對原井眼進行了井眼清理、洗井、Φ120.00mm通徑規通徑、試壓等主要施工工藝，收集了原井眼的井眼軌跡電測數據，為順利側鉆及以后的施工打下了堅實的基礎。

4.4 開窗側鉆

4.4.1 開窗側鉆方式選擇

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

（1）開窗套管尺寸為Φ139.70mm，尺寸小，環空間隙小，采用鍛銑方式開窗，鐵屑多，返出速度慢，容易造成環空卡鉆事故；（2）下斜向器后進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，但由于斜向器可產生一定的初始井斜，有利于有磁環境下的定向施工。

4.4.2 開窗施工工藝

（1）斜向器座封；本井下入結構簡單的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處進行了焊接，防止下鉆過程中因摩擦等原因導致斜向器斜面轉動。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深度1900.00m處，陀螺定向至設計方位，開泵憋壓，第一次憋壓20-22MPa，泵壓穩定在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，開動轉盤順時針旋轉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合銑錐，其結構示意圖如 圖3：

圖3 復合銑錐示意圖

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，緩慢旋轉下放到頂尖位置，開始開窗。起始段采取低鉆壓低轉速方式，鉆壓5～10KN，轉速40～50r/min，從1896.00m磨銑至1896.50m，進尺0.50m；騎套段采取中鉆壓中轉速方式，鉆壓10～20KN，轉速60～70r/min，磨銑至1897.30m，進尺0.80m；出套段采取低鉆壓高轉速，鉆壓10～15KN，轉速80～90r/min，磨銑至1897.80m，進尺0.50m。磨銑窗口時每鉆進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，中轉速修整窗口，并鉆至井深1899.33m，反復多次修整窗口，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，當鐵屑中水泥、巖石的含量達到95%以上時，判定銑錐已銑穿套管完全進入地層，說明開窗成功。

4.5 定向施工

4.5.1 測量儀器的選擇

座封斜向器進行定位時使用的是陀螺連續測斜儀，其優點是具有自動尋北的功能，不需要地面初始對準，使用時只需輸入當地地理緯度即可實現真北方位測量，是一種先進的慣導級陀螺測量儀器。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，而且還可以測量地層伽馬數值，實時跟蹤井深，進行地質導向施工。

4.5.2 軌跡控制

（1）開窗后導眼鉆進；因開窗后銑錐磨銑井段僅3.33m，同垂深點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磁套管內，無法監測隨鉆工具面與井眼方位，因此，側鉆第一趟鉆決定下入Φ117.50mm單牙輪鉆頭，光鉆桿鉆具組合，先以轉盤穩斜鉆進至井深1914.39m，作為導眼，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；（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（數量根據井深井斜大小確定）+Φ73mm加重鉆桿*8柱+Φ73mm鉆桿；（b）鉆進參數：鉆壓：10～50KN；轉盤轉速：20～40rpm；泵壓：12-18MPa；排量：8～14L/s；（c）鉆進情況簡述：斜井段施工第一趟鉆為保證增斜效果，使用單牙輪鉆頭，進尺84m，平均狗腿度6.38°/30m，略高于設計；后換成PDC鉆頭施工完成增斜段和穩斜段，平均狗腿度5.55°/30m，完全滿足設計要求；最終該井鉆進至井深2990.00m順利完鉆。共用動力鉆具10根，平均實用時間僅為79.52小時。

5 結論及建議

（1）套管開窗側鉆水平井技術是在側鉆井技術、水平井技術和小井眼技術的基礎上發展起來的代表九十年代鉆井水平的新技術，該項技術在“廢井”利用、提高油氣田采收率和開發難動用油氣資源方面具有顯著的優越性，因此具有廣闊的應用前景。（2）套管開窗側鉆井施工工藝包含著許多相關內容，如尾管懸掛技術、小井眼鉆井技術、開窗技術及其工具制造、螺桿鉆具及鉆頭等的優選。因而，套管開窗側鉆技術是一個系統工程。（3）常規套管開窗側鉆水平井技術已經非常成熟，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定性、提高動力鉆具的實用壽命等，才能從整體上提升套管開窗側鉆井的技術含量。

參考文獻：

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作者簡介：邵珠磊（1981—），男，山東蒼山人，本科，畢業于西南石油學院石油工程專業，工程師，現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服務和相關研究工作。