勝利一趟式177.8 mm（7″）套管開窗工具在渤海油田的成功應用

石磊，李洪方，趙海建，王曉波，史富全

中海石油（中國）有限公司 天津分公司（天津300452）

SZ36-1油田自開發至今已30余年，受儲層出砂及防砂管柱老化影響，部分老井產液量日益低下甚至停產，老井側鉆實現老井恢復生產技術相對于新鉆井的建井成本較低，是區域剩余油充分挖潛的有效手段之一。另一方面，在渤海油田開發過程中，隨著鉆完井工藝的不斷改進，渤海常規生產井的井身結構也發生了相應變化，前期部分調整井生產套管為小尺寸套管，套管外徑在244.475 mm（958″）以下，尺寸小于該區域常規井[1]。套管開窗側鉆技術主要分為套管鍛銑開窗和下斜向器磨銑開窗兩種[2]，考慮到套管鍛銑開窗工序復雜，時效較低，渤海油田套管開窗均選擇下斜向器磨銑的開窗方式。大尺寸套管的開窗側鉆技術從陸地油田開始研究推廣，至今已廣泛應用于渤海油田[3-5]，但小尺寸套管國產一趟式開窗工具在渤海油田從未使用。本文以國產勝利一趟式開窗側鉆工具在綏中區塊177.8 mm（7″）套管首次成功應用為例，論證該型工具在渤海油田小尺寸套管開窗作業使用中的可行性及優越性。

1 勝利一趟式177.8 mm（7″）套管開窗工具

渤海油田177.8 mm（7″）套管開窗一直沿用兩趟鉆的模式，即第一次下鉆單獨下斜向器完成坐向器作業；第二次下鉆下磨銑工具完成磨銑套管開窗及修窗的作業。該作業模式時效低，成本高。勝利油田的177.8 mm（7″）套管開窗工具能實現一趟鉆模式，即一次下鉆完成下斜向器并坐斜向器和套管開窗及修窗作業，該開窗工具串的組合為斜向器+銑錐+鉆柱銑+柔性短接+鉆柱銑+加重鉆桿+定向儀器+鉆桿，開窗工具下到側鉆點之后通過定向儀器調整斜向器的工具面，坐掛斜向器，脫手斜向器，開窗作業，修窗作業，起鉆完成開窗作業，工具工作原理及步驟如圖1所示。

1.1 工具結構

勝利177.8 mm(7″)套管一趟式鉆開窗工具由YT-150斜向器、XZ-151銑錐和ZX-154鉆柱銑組成[6]。其中斜向器與銑錐采用銷釘連接，銑錐和鉆柱銑采用螺紋連接，在開窗作業時同時下入井內，可在中途不用起鉆更換鉆具的情況下，完成斜向器坐掛、套管開窗和修窗作業。該工具可與MWD或陀螺儀配合使用，通過更換部件，該工具可適用于不同磅級的7″套管開窗作業。

YT-150斜向器由錨定部分和導向斜面組成，它與XZ-151銑錐通過銷釘連接，YT-150斜向器內部液壓系統與XZ-154銑錐內部通過傳壓管線連接。

圖1 勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具工作原理及步驟

1.2 工具尺寸參數

勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具主要參數見表1。

表1 套管開窗工具參數

1.3 工作原理

開窗工具平穩下入至坐掛位置并開泵確認好工具面后，重復開關泵5次確認關閉旁通閥，通過傳壓管線打壓控制斜向器內部液力活塞下行，使卡瓦完全張開，坐掛于套管。緩慢下壓鉆具驗證斜向器已坐掛后，上提鉆具至剪斷銷釘，使得銑錐與斜向器分離，而后進行套管開窗作業。XZ-151銑錐頂部和肩部布有碳化鎢齒，具備良好的攻擊性，在下放鉆具過程中其肩部碳化鎢齒破壞套管壁，達到套管開窗的目的。ZX-154鉆柱銑外徑稍大于銑錐，兼有擴大窗口及扶正作用，可保證開窗工具達到足夠的剛性，避免在修窗段造成過大的局部全角變化率。開窗完畢后，旋轉并上下活動鉆柱銑，以達到修整窗口的目的。

2 勝利一趟式177.8 mm（7″）套管開窗工具施工工藝

套管開窗側鉆合理優選側鉆點，側鉆點的選取首先要滿足下一井段定向井軌跡要求，避開套管接箍和套管外扶正器，套管外固井質量滿足側鉆要求。其次對于綏中區塊而言，側鉆點盡量選取在館陶底礫巖以下，因為館陶底礫巖可鉆性差，對鉆頭和鉆柱損害較大，所以館陶組底礫巖也是側鉆點優選所考慮的因素。側鉆點選取之后下斜向器之前要對斜向器坐掛位置上下10 m進行刮管作業，并大排量清洗套管內壁，保證斜向器坐掛的成功率，刮管洗井結束之后開始下一趟式的開窗工具。

2.1 斜向器的坐掛

1）鉆臺組合開窗工具。斜向器+三段式銑鞋+變扣接頭+送入工具+旁通循環閥+MWD，測量MWD與斜向器的角差，斜向器下入到坐掛位置之后通過MWD工具面來確定斜向器的坐掛方位。

2）下鉆至斜向器坐掛位置。下鉆過程中控制下鉆速度，密切關注懸重變化，防止遇阻噸位過大，銑錐與斜向器之間的剪切銷釘提前剪斷。

3）接頂驅。200～300 L/min排量開泵頂通確認泥漿返出后可以提高排量至900～1 000 L/min使MWD出信號，維持此排量（禁止停泵或減少排量），完成斜向器工具面擺放的操作。

4）斜向器工具面擺放到正確位置后，再重復開關泵4次（每次排量大于等于900 L/min），第6次開泵緩慢提高泵壓，注意觀察立管壓力表，憋壓到約20 MPa，坐掛斜向器。斜向器坐掛成功后，上提下放鉆具使銑錐連接銷釘疲勞，然后逐漸過提懸重至20 t剪斷銷釘，銑錐和斜向器脫手。

2.2 開窗、修窗作業

銑錐與斜向器脫手之后，上提鉆具2～3 m，開泵緩慢下放至斜向器頂部，開始開窗磨銑作業。開窗參數：鉆壓2～3 t，排量1 000～1 100 L/min，轉速60～70 r/min，泵壓13～14 MPa，扭矩5～7 kN·m。開窗過程中可配合掃稠漿清潔井眼，開窗工具開窗窗口深度為2.6 m。開窗結束之后修窗作業，修窗時間要充分，至上下通過窗口無阻掛為止，以保證窗口平滑。修窗參數：排量1 100 L/min，泵壓13～14 MPa，轉速70～100 r/min，扭矩4～7 kN·m。修窗作業結束之后起鉆檢查銑錐，銑錐磨損程度不超過4.762 mm（3/16″）視為合格，否則下入備用修窗工具，重新修窗作業。

3 應用效果分析與技術優勢對比

3.1 工具開窗效果分析

SZ36-1-DW井位于渤海海域綏中區塊，采用勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具，對該井177.8 mm(7″)套管進行開窗作業，優選的側鉆點深度為1 398.5 m，開窗之后上窗口深度1 398.5 m，下窗口深度1 401.1 m。作業中將不同鉆井參數下對應的機械鉆速統計見表2。

表2 SZ36-1-DW井開窗鉆井參數

由表2可以看出，該工具進行開窗作業時使用低鉆壓及中等轉速即可保證相對較快的開窗鉆速，開窗過程中無蹩扭現象。開窗工具出井后，頭錐磨損3.175 mm(1/8″)，中錐磨損1.588 mm(1/16″)，尾錐磨損0.794 mm(1/32″)，銑錐表面磨損均勻，說明該工具斜向器斜面強度足夠，銑錐布齒合理。后續的鉆井及電纜測井作業中，工具及電纜過窗口無阻掛現象，說明鉆柱銑修窗效果良好。

3.2 工具技術優勢對比

國產小井眼開窗工具多為兩趟鉆進行開窗作業，即第一趟鉆下入并錨定斜向器，而后起鉆更換開窗銑錐，進行套管開窗作業。在渤海油田首次采用國產一趟式開窗工具，去掉了一趟起下鉆工序，顯著提高了作業時效。SZ36-1-DW井一趟式開窗工具時效劃分為：組合開窗鉆具4.25 h，下鉆至斜向器坐掛位置5.0 h，坐掛斜向器1.25 h，銑錐與斜向器脫手1.0 h，開窗7.5 h，修窗3.25 h，起鉆3.75 h，甩開窗鉆具0.75 h。開窗工序總共用時26.75 h。一趟式開窗工具相對于之前常用的兩趟式開窗工具節約了一次起下鉆的時間，相對本井來說節約時間8.75 h，提效達到25%。

4 結論

1）勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具在渤海灣首次使用，結構可靠，斜向器一次坐掛成功，銑錐與斜向器一次脫手，開窗、修窗作業順利，后續鉆具起下均能順利通過窗口，此次使用較為成功。

2）開窗成功后應保留足夠的修窗時間，確認窗口平整，降低后續鉆井作業風險。修窗效果可根據開窗鉆具過窗口時有無阻掛現象及銑錐磨損程度綜合評價。

3）勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具較于兩趟式開窗工具，作業工序簡單，節約時效，使SZ36-1-DW井提效達到25%。

4）勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具技術在SZ36-1油田的成功應用，為今后渤海小尺寸套管開窗側鉆提供了參考，具有較好的指導意義。