锻铣套管开窗侧钻技术的现场应用

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【摘 要】本篇文章主要介绍锻铣器套管开窗和侧钻技术的使用情况，分析了套管开窗侧钻的技术优势与适应条件，解剖了锻铣器套管开窗的关键技术和工艺流程。同时，更侧重于现场操作的应用，在认真总结现场应用经验的基础上，分析了套管开窗侧钻过程中有可能发生的复杂情况，并有针对性地提出了解决问题的措施和建议。

【关键词】套管开窗;锻铣工具;现场应用;复杂情况;应用效果

在油田开发后期的到来，相当一部分油气井因各种原因而报废，正钻井也会因各种事故而报废。为了控制成本，节约投资，提高效益，因此套管开窗侧钻技术被广泛应用。目前，套管开窗侧钻主要有两种：一种是采用锻铣器锻铣一段套管，打水泥塞开窗；另一种是采用下入地锚-斜向器，用复式铣锥开窗。本篇论文主要介绍锻铣器套管开窗和侧钻技术的钻井现场使用情况。

1.锻铣器套管开窗侧钻的适应条件与优势

1.1适应条件

（1）地层较软。

（2）侧钻点上下可选范围较大。

（3）套管容易锻铣。

（4）原井眼井斜较小的井。

1.2主要优缺点

优点是工艺技术容易掌握，有利于井眼轨迹控制；缺点是裸眼段长，开窗时间长，地层较硬时侧钻困难。

2.必备的资料

（1）原井井深；（2）原井套管记录；（3）原井固井质量曲线；（4）地质分层及岩层描述；（5）原井测井数据；（6）侧钻井设计书；（7）侧钻井所在区块地质构造图；（8）侧钻井周围的布井图及邻井轨迹图。

3.窗口位置的选择

套管开窗位置的选择直接关系到侧钻的成败，实践表明确定窗口位置应遵循以下原则：

（1）窗口应位于事故井段或套管损坏部位以上50m左右的套管本体上，以利于侧钻井形成一定的水平位移。

（2）开窗部位应避开套管接箍和扶正器，窗口上下距接箍最好超过1.5-2m。因为接箍难以磨铣，磨损锻铣工具严重，施工速度慢。

（3）尽可能选择井斜小，固井质量好，底层相对疏松的含沙层位，有利于侧钻成功。确保下部套管不松动，上部套管不倒扣脱落，上下窗口保持一致。

（4）开窗井段以下要留有30m以上的口袋，已容纳落井铁屑。

（5）对原井眼井下地层存在高压层或者漏失层的井，应加大侧钻长度与倾角，增大井底位移。

4.开窗工具的选择

目前套管开窗主要在外径244.5mm、177.8mm、139.7mm的套管中施工，开窗工具型号较多。在钻井现场施工中，黄河钻井总公司管具公司生产的TGX系列应用较多且比较成功。下面，以TGX－9型锻铣工具在直径244.5mm套管中开窗为例进行介绍。（附锻铣器锻铣套管开窗工具示意图）

该工具主要是由上接头、调压总成、活塞总成、弹簧、本体刀片总称，阻位扶正套、下扶正短节等组成。

工作原理：当套管锻铣器下放到预定位置时，先启动转盘后开泵。此时泥浆流经活塞上的喷嘴产生压力降。压力推动活塞下行从活塞杆推动六个刀片外张。刀片给套管壁一个横向力进行切割套管。当套管切断后，刀片逐渐外张最后达到最大限定位置，此时可加压进行套管锻铣施工。施工完成后，先停泵压力降消失后，活塞在复位弹簧的作用下复位，刀片靠自身重量和外力收回到槽内。然后停转盘，可进行起钻作业。

5.锻铣套管前的准备工作

5.1通井

下入标准的通井规，在通井规上接一柱钻铤，通井至锻铣井段以下20-30m。通井过程中若有轻微遇阻，可转动钻具划过直至无遇阻现象。通井至设计位置还应循环洗井，将井内杂物冲洗干净。

5.2钻井液性能

钻井液年度应高于60秒（马氏漏斗），切力1-3/3-5，最好采用正电胶型钻井液体系，达到比较理性的携岩能力。以保证尽可能将铁屑携带至地面。施工过程中尽可能保持钻井液性能稳定。

5.3进行工具的井口的试验

（1）试验目的：一是检验工具的可靠性；二是试验锻铣器刀片张开前后的泵压变化值，并做好记录，为判断井下切割套管时否切开提供参考。

（2）试验方法：用直径2mm铁丝单股将刀片捆紧，将工具与方钻杆连接，放入井口开泵，排量应根据该工具切割套管时所选用的排量，此时捆刀片的铁丝应被打开，六个刀片顺利张开至最大位置，并记录下打开前后的泵压变化值（约2MPa）然后开泵。停泵后，六个刀片应顺利收拢。证明工具达到标准，可以下井使用。试验后再用直径2mm单股铁丝捆好准备下井。

6.下钻

6.1钻具组合

为了提高工具工作的稳定性，以提高锻铣进尺和平均机械钻速，应满足以下要求：

（1）在工具的上部应连接足够长的钻铤，以满足钻压的要求。

（2）在工具上部的钻铤之间应接螺旋扶正器，其距离工具的距离应稍大于窗口的长度。在斜井段开窗作业更为重要，一是起稳定作用。二是有利于处理铁屑等复杂情况。

6.2下钻过程

司钻应操作平稳，合理控制下放速度，缓慢下放，中途严禁开泵，以防止工具刀片突然松开在套管接箍处遇阻，造成刀片损坏或者大钩倒挂等地面事故发生。

7.切割锻铣套管

7.1切割套管

将工具下到预定井深后，刹住刹把，不再下放钻具，先缓慢启动转盘后，转速50-60r/min，再开泵，排量12-15L/s，当钻井液流经喷嘴时，产生压降作用的活塞上，对活塞产生推力，活塞推动刀片切割套管，（注意：此时不要下放钻具加压）。当套管被完全切断后六个刀片完全张开，此时由于调压杆的作用，压力下降2MPa，整个切割过程通常需要15-45min左右。

切割套管后，在旋转工具10min，修整切割断面，然后进行坐压试验，若能加上20-30KN的钻压，证明切割成功，可以加压进行锻铣作业。

7.2锻铣套管

（1）证实套管被切割后进行锻铣，钻井液排量由小到大逐渐增加至正常排量，控制在25-30L/s，钻压控制在10-30KN进行锻铣施工。司钻送钻时要平稳均匀，严禁溜钻、顿钻、猛提猛放。

（2）钻井液性能要保持稳定，粘度60s左右，满足携带铁屑的要求。注意观察测量钻井液性能变化情况，出现情况及时调整。

（3）施工过程，特别要注意接第一个单根前的施工，钻压一定要小，防止钻压过大等情况造成刀片变形，不能收到刀槽内从而造成整个工具进不了上窗口接不上单根。既无法继续进行锻铣施工作业又很可能造成钻具事故。

（4）锻铣过程中，铁屑有可能在钻柱周围形成“砂桥”，可以定时上提方钻杆活动钻具，破坏“砂桥”将铁屑及时携带出来。

（5）正常锻铣过程中，若发现只有钻压而无进尺，是由于铁屑环或铁屑堆积影响，钻压没有直接加到刀片上。可采用上提下放转动钻具甩动突然开泵冲击的办法解决。

（6）正常锻铣过程中，若发现锻铣速度突然减慢，可能由于铁屑环缠在工具上旋转，应采用轻微顿钻，破坏铁屑环或改变其位置而被铣掉，从而使锻铣工作顺利进行。

（7）正常锻铣过程中，若发现泵压升高或憋泵严重，应立即停钻、停泵、上下活动钻具，严禁硬拔硬砸，若多次活动无效，可采取利用上窗口下窗口反复转动转盘和钻具扶正器进行处理，直至泵压正常后方可继续锻铣。

（8）井深较深时，考虑刀携带岩屑困难，应控制锻铣速度，加大活动钻具次数。

（9）接单根后，应开泵从上窗口位置划眼至下窗口，以利于下一步的施工。同时，也可以验证一下套管有没有“扒皮”现象，有没有残余的不规则套管。

（10）施工过程中，若出现锻铣速度变慢，一是可能遇到套管接箍，二是套管紧贴井壁，刀具在切割岩石。

（11）当套管外水泥胶结良好时可用较大钻压，较高的钻速加快锻铣速度；当套管外水泥胶结不好或无水泥胶结时，应采用小钻压、低钻速；套管腐蚀严重时应采用高钻速小钻压。

7.3起钻

正常情况下，铣完设计井段或发现坐不住钻压，经重复上提下放无效，应起钻。起钻前充分循环清洗井眼，停泵，转动转盘5-10min左右，以利于刀片收拢。锻铣工具进入上窗口时要缓慢，注意密切观察防止遇卡，刮坏上窗口或卡钻。

8.定向、完井作业

在开窗完后，应下钻至开窗窗口以下20m左右打水泥塞，候凝36-48h，进行定向作业。定向作业与普通定向井基本相同，一般采用携带随钻测斜仪（有线随钻测斜仪、MWD无线随钻测斜仪）的动力钻具钻进，完成增斜和稳斜钻进，同时检测井眼轨迹。但在具体施工中须注意以下几点。

（1）当动力钻具下井后，计算准确钻头位于窗口的位置，一般应距上窗口1-2m，用随钻测斜仪调整好定向的参数。

（2）当地层较硬时，应严格采用控时钻进，确保窗口长度能够满足定向需要。避免钻头碰在下窗口上，导致侧钻失败。

（3）动力钻具应选择较高的造斜类型，以缩短造斜井段的长度，提高钻井速度，有利于侧钻成功，实现安全、经济、优质、快速钻井的目的。

完井作业一般采用悬挂尾管固井后射孔完井，侧钻水平井采用筛管配合管内外封隔器完井。

9.应用实例

莱60－斜1，生产井（滚动开发井），设计垂深2950.00m，斜深2981.53m，属于济阳坳陷东营凹陷广利断裂鼻状构造带莱60－斜1断块，完钻层位是沙四段。在施工过程中，由于技术套管未能封住上部易漏失层位，造成打开油层后出现下涌上漏等复杂情况发生，决定填井开窗侧钻，填井井段：1800.00m～2410.00m。注入胜潍G级水泥30.0t，水泥浆平均密度1.89g/cm3，填井井段：2130.00m～2410.00m。2005年07月20日下钻硬探水泥塞深2130.00m。进行套管开窗作业，采用黄河钻井总公司管具公司生产的TGX－9型锻铣工具。段铣井段2002.00m～2022.00m，形成20米的窗口。下入定向工具至窗口处，定向侧钻成功。

【参考文献】

［１］房全堂,卢进庆.开窗侧钻技术.石油工业出版社.1997.10.

［２］韩忠勇.弯曲钻柱轴向力计算及强度校核.石油钻探技术.1997, 24（1）.