大斜度井套管开窗技术

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【摘要】套管开窗侧钻即用专用工具将老井眼套管磨铣出一个与地层连通的窗口而后进行侧钻。套管开窗侧钻工艺技术主要应用在分支井、事故井处理和老井二次开发等。渤海地区应用的套管开窗工具主要有SZ系列开窗侧钻工具（胜利石油管理局）、Trackmaster Plus Wellbore Departure Systems（SMITH）、One Trip？ Starburst？ Whipstock System（Weatherford）。

【关键词】开窗 侧钻 渤海

1 概况

1.1 SZ系列开窗侧钻工具

SZ系列开窗侧钻工具特点：斜向器斜面设计为3？；斜向器斜面经过表面硬化处理，斜面的抗磨性较好；轴向和周向有两套卡瓦、共计6片，可以避免发生移动；活塞依靠水力打压，使活塞锥体推动卡瓦外张嵌入套管；正转丢手，比较安全方便；套管组合铣锥可一次完成套管开窗、修窗作业，窗口规则；套管组合铣锥切削性好，磨铣速度较快。优点为：工艺较简单，工具灵活可靠，操作方便；工具价格较低；供货及时、周期短。缺点为：无法实现与老井的封隔；无法实现与老井的封隔；大斜度井正转丢手易引发复杂情况。如图1：

1.2 Trackmaster Plus Wellbore Departure Systems（SMITH）

斜向器：最上面的斜坡保证铣锥成功开出，开始磨铣满眼尺寸窗口；中间竖直坡面，保证窗口满眼尺寸；下面斜坡保证5-10 m口袋。三铣锥：分领眼铣锥，跟随铣锥和窗口修理铣锥，领眼铣锥最大化的磨铣套管，同时减少斜向器侧向荷载，从而引导磨铣指向套管而不是斜向器；跟随铣锥帮助延长窗口长度，高效磨铣清除套管；修理铣锥设计为修理打磨窗口，减少开窗之后工具串过窗口时的阻挂。优点为：只需一趟钻就能完成开窗侧钻作业，作业时间短；开窗、修窗时间较短；可以实现与老井的封隔；加装循环阀后，可实现开关泵，利用MWD确定开窗方位。缺点：对工具面摆放有要求；工具价格较高；供货慢，供货周期长。

1.3 One Trip？ Starburst？ Whipstock System（Weatherford）

工具优点为：一趟钻可实现开窗作业；利用空心斜向器可使主井眼和分支井同时生产，配合定向射孔技术，可实现四级完井；位于导向磨鞋内，专利的AccuSet？系统能够可靠的使斜向器卡瓦及封隔器座挂，无需使用控制阀；通过接近2o的斜面，提供一个平滑、完整地从主井眼到分支的通道，可保证较长的旋转导向钻井工具顺利通过窗口；独特的导向块、轨技术保护斜向器压力盘在磨铣过程中不受损并准确地引导磨鞋在套管内作业；周全的安全脱手装置，使斜向器和封隔器可很容易的回收。工具缺点为：开窗时间较长；工具价格较高；开泵排量限制。

2 大斜度井开窗作业难点

大斜度井开窗作业难点在于下钻时套管内磨阻大，斜向器与铣锥连接的销钉易产生疲劳提前剪切；井斜大，特别是老井由于套管壁不清洁（结蜡）造成下斜向器时遇阻；由于侧钻点以上的井眼轨迹复杂，狗腿等原因造成斜向器遇阻；下钻时下放过猛造成销钉提前剪断；井斜大，坐挂时由于斜向器贴壁，坐挂不成功；井斜大造成磨阻大，脱手时不易压断销钉；井斜基数大，侧钻后新老轨迹不易分离。

3 开窗侧钻技术措施

3.1 开窗前作业准备

（1）开窗点应选择固井质量良好、岩性为泥岩的井段，上下窗口及锚定位置避开接箍及套管扶正器；（2）搜集老井资料包括生产管柱图、油品性质（原油粘度、含蜡程度，井下温度等）； （3）对生产时间较长且含蜡量高、重质、稠油等老井，洗井时可考虑选用地热水、柴油或套管清洗剂等，充分清洁套管内壁残留物。

3.2 刮管及通井作业

通井钻具应当模拟斜向器组合刚性，并能起到良好的清理井壁的效果。推荐钻具组合中带近满眼扶正器及可旋转刮管器（刮管器牙板可收缩，不能明显验证套管变形或有异物的情况）。3.3 下斜向器

斜向器前收集斜向器结构图、销钉弱点等相关资料；斜向器吊至钻台时做好防磕碰工作，防止液压管线损坏；下钻过程中要严格控制遇阻吨位，原则上不超过3t；下钻时，严格保证钻具不转动，下放速度控制在0.20～0.3m/s之间；斜向器等工具过防喷器及防磨衬套时，缓慢下放钻具，避免发生磕碰；每次接完立柱，缓慢上提，提活之后缓慢下放，克服掉钻具摩阻之后，再正常下钻，避免钻具对下部销钉产生过大的冲击；遇阻后开泵应当缓慢，避免因压力激动造成斜向器提早座挂。

3.4 坐挂斜向器及销钉剪切

大井斜在使用MWD找出斜向器工具面之后需确认多次。在转动钻具找工具面时每次转动角度不应过大避免转过且操作平稳（斜向器与铣锥为销钉连接，尽可能避免重复转动钻具）。坐挂斜向器时应当控制悬重在中和点位置。受到磨阻影响，下压存在无法剪断销钉风险，应尝试多次，最终在尝试上提脱手。（斜向器卡瓦存在上提解封的风险）。大斜度井由于开窗段多在稳斜段居多，在设定开窗工具面时可考虑在原轨迹扭方位段，通过边增斜边带方位方式离开老井眼，建议斜向器工具面摆到45～50°为宜。3.5 开窗作业

提前在高架槽备强磁，以便开窗过程中搜集套管铁屑以便承重及观察铁屑形状判断井下磨铣情况。进行开窗前应当记录上提和下放重量，空钻重量，转速，扭矩，泵速和压力为下一步作业提供参数依据。开窗过程可分四个阶段：（1）初始阶段：从铣锥磨铣斜向器顶部到铣锥底圆与套管内壁接触，此段开始要轻压慢转，然后中压中速磨铣；（2）骑套阶段：从铣锥底圆接触套管内壁到底圆刚出套管外壁为开窗第二阶段，此段重压很容易提前外滑，但不加一定钻压又不易磨铣切削套管，使铣锥沿套管外壁均匀磨铣，保证窗口长度；（3）出套阶段：从铣锥底圆出套管到铣锥最大直径全部铣过套管为开窗第三阶段，此段是保证下窗口圆滑的关键段，只要稍一加压就会滑出套管；（4）修窗阶段：高转速，平稳在窗口上下活动，修窗完毕后，停止转动下放管串通过窗口，如果摩阻异常，继续修窗直到摩阻正常。起钻后，铣锥，磨鞋起出后需确认最大外径处磨损在1/8’’以内，方可转入下步作业。大斜度井在开窗过程中由于老井眼轨迹复杂，扭矩基值大，波动幅度大现象，在开窗过程中应设定扭矩上限确保铣锥不会蹩坏套管或造成硬卡；根据铁屑返出情况可中途及开窗完毕后扫稠塞携带铁屑；在开窗过程中，每进尺1m活动钻具一次或者每钻进45min活动钻具一次；在开窗过程中，蹩扭矩时严禁带扭矩上提钻具。如图1：

图1 现场开窗参数及开窗示意图

4 经验总结

下斜向器时操作需平稳，必要时可控制下放速度；工具下至预定位置后，需对钻具长度、工具面摆放认真复核，避免低级失误；斜向器锚定、剪切销钉等操作时需平稳操作，避免动作过猛；开窗时根据厂家给出技术要求，严格控制开窗参数。

参考文献

[1] 刘正仁.海洋石油钻井手册[M].北京：北京石油出版社