套管開窗側(cè)鉆技術(shù)及應(yīng)用

1、套管開窗側(cè)鉆技術(shù)及應(yīng)用從 20 世紀(jì) 90 年代初期，我國(guó)各油田開始研究、應(yīng)用側(cè)鉆井技術(shù)，采用側(cè)鉆井技術(shù)能夠減少調(diào)整井施工，節(jié)省征地、道路建設(shè)、采油及地面工程等費(fèi)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。側(cè)鉆井技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾種井況：井下技術(shù)狀況差（套管變形或損壞、井下落物）；采油井不出油或低產(chǎn)井；老井油層互竄或油層高含水；調(diào)整井網(wǎng)挖掘剩余油，增加可采儲(chǔ)量；老井加深，開發(fā)或勘探深層系油藏。一、油田開發(fā)的現(xiàn)實(shí)需求套管開窗側(cè)鉆技術(shù)國(guó)內(nèi)各老區(qū)油田經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的開發(fā)生產(chǎn)，由于套管變形或損壞、井下落物事故不易處理，以及井下水錐或氣錐等多種原因的影響，陸續(xù)有部分油水井已不能維持正常生產(chǎn)，造成原油及天然氣產(chǎn)量逐年下降，嚴(yán)

2、重威脅到油田的正常生產(chǎn)。為了降低鉆井綜合成本，特別是有效的利用現(xiàn)有井眼，發(fā)揮老井潛力，國(guó)內(nèi)油田加強(qiáng)了小井眼開窗側(cè)鉆技術(shù)的研究與應(yīng)用。經(jīng)過幾年來的不斷發(fā)展，這一技術(shù)已日趨成熟和完善。開窗側(cè)鉆技術(shù)就是利用老井井眼對(duì)油藏進(jìn)行再開發(fā)挖潛，并充分利用老井原有的一些采輸設(shè)備，使原井的生產(chǎn)潛力得以充分發(fā)揮的新技術(shù)新工藝，從而延長(zhǎng)老井使用壽命，提高原油產(chǎn)量，同時(shí)還可利用老井的井眼大幅度降低施工成本，縮短施工周期，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。因而開窗側(cè)鉆二次開發(fā)老井的油氣資源，在今后數(shù)年仍具有廣闊的應(yīng)用前景。二、側(cè)鉆井設(shè)計(jì)、施工的相關(guān)原則由于各油田油藏埋深、儲(chǔ)層物性、地質(zhì)特點(diǎn)、套管程序有著諸多不同，如何有效利用套管開窗側(cè)

3、鉆技術(shù)，提高油藏開發(fā)效果，需要做大量的研究工作，這主要包括鉆井設(shè)備優(yōu)選配套，井眼軌跡設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)和控制，鉆井液、完井液選型及現(xiàn)場(chǎng)處理維護(hù)，完井固井施工及測(cè)井射孔等，以形成一套適合各油田的側(cè)鉆井技術(shù)。1 、窗口位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)側(cè)鉆位置的選擇與原井套管完好情況、地層巖性、油水層縱向分布狀況、工具造斜能力、開窗方式、地質(zhì)設(shè)計(jì)有關(guān)。側(cè)鉆位置的優(yōu)選應(yīng)以盡量利用較長(zhǎng)的老井眼、縮短鉆井周期、節(jié)約鉆井成本、保證鉆井施工安全、延長(zhǎng)油井有效壽命、提高油井產(chǎn)量為總原則。具體可以歸納為以下幾點(diǎn)：(1)側(cè)鉆位置要盡可能深；側(cè)鉆位置以上套管完好，無變形、破裂和漏失，窗口應(yīng)選擇在固井質(zhì)量好、井斜小的井段，并避開套管接箍2 3m

4、 。(2)若采用鍛銑方式開窗，側(cè)鉆位置及以下至少20m 之內(nèi)地層穩(wěn)定、可鉆性要好，以便于造臺(tái)肩和鉆出新井眼，并且不易回到老井眼。(3)側(cè)鉆位置應(yīng)盡量選擇在砂巖或非膨脹泥巖地層，最好能避開膨脹頁巖和巖鹽井段、避開老井的水淹區(qū)；側(cè)鉆位置應(yīng)盡可能避開射孔井段，保證開窗和鉆進(jìn)施工安全。(4)對(duì)于出砂嚴(yán)重、竄漏和射孔后套管破裂而需要開窗側(cè)鉆的油井，在開窗窗口的位置選定時(shí)，要綜合考慮側(cè)鉆效果。一般開窗位置選在距射孔井段30m 以上。(5)對(duì)比井史與測(cè)井資料，窗口位置應(yīng)滿足方位、水平位移、造斜點(diǎn)、井眼曲率等綜合參數(shù)的要求。2 、鉆井設(shè)備配套套管開窗側(cè)鉆的鉆井設(shè)備配套有兩種：一是修井機(jī)配套，另一種是鉆機(jī) 配套

5、。選用修井機(jī)配套進(jìn)行套管開窗側(cè)鉆，具有轉(zhuǎn)速易控制、鉆井消耗低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在動(dòng)力連接單一、處理復(fù)雜事故能力低等缺點(diǎn)；而使用鉆機(jī)配套具有動(dòng)力強(qiáng)勁、處理復(fù)雜事故能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但同時(shí)鉆井消耗高，設(shè)備搬按都十分不方便。一般情況下，套管開窗側(cè)鉆小井眼采用修井機(jī)配套，大井眼采用鉆機(jī)配套。3 、工程優(yōu)化設(shè)計(jì)套管開窗技術(shù)有兩種：一種是采用鍛銑器的鍛銑開窗技術(shù)，另一種是采用銑錐的磨銑開窗技術(shù)。磨銑開窗相對(duì)于鍛銑開窗具有周期短，對(duì)鉆井液性能和水泥環(huán)質(zhì)量要求低，且事故少等優(yōu)點(diǎn)，因此目前主要采用磨銑開窗的方式。井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)原井眼軌跡，靶點(diǎn)坐標(biāo)、完鉆垂深、最大水平位移、靶前距、入窗要求、水平段鉆進(jìn)的要求，原井

6、允許的窗口位置和定向造斜工具的造斜能力等，合理選擇造斜點(diǎn)、剖面類型和井眼曲率，并利用計(jì)算機(jī)軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)出能滿足鉆井、完井、測(cè)井、井下作業(yè)和采油需要的井眼軌跡。實(shí)踐證明：側(cè)鉆定向井采用“增一穩(wěn)”剖面，有利于鉆壓和扭矩的傳遞及井眼軌跡控制。側(cè)鉆水平井采用“增一穩(wěn)一增一穩(wěn)(水平)”剖面，這種剖面在施工中井眼軌跡控制有充分的調(diào)整井段，可以適時(shí)彌補(bǔ)工具實(shí)際造斜率的誤差。在確定造斜率時(shí)，第二個(gè)造斜率取得比第一個(gè)造斜率低，這樣在后期油藏位置發(fā)生變化時(shí)有利于調(diào)整。三、鉆井施工1、井眼的準(zhǔn)備(1) 使用陀螺測(cè)量?jī)x進(jìn)行原井軌跡復(fù)查。(2) 下鉆通徑，檢查套管有無變形和破損，注水泥封住原井欲開窗口的以下井眼，并按要

7、求進(jìn)行試壓（15Mpa穩(wěn)壓10min）。(3) 根據(jù)原井眼的陀螺數(shù)據(jù)和新井眼的設(shè)計(jì)方位確定斜向器的方向，并用鉆柱送入預(yù)定位置，用陀螺儀測(cè)量、確定斜向器的方向。2 、開窗作業(yè)磨銑開窗作業(yè)采用的銑錐，主要由鑲有硬質(zhì)合金的銑錐體、排水槽、水眼、接頭等部分組成。磨銑過程可分為四段：一段起引導(dǎo)作用、二段是磨銑套管的主要段、三段起穩(wěn)定銑錐擴(kuò)大窗口作用、四段起修整窗口作用。銑錐下到預(yù)定位置后，鉆具在轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)銑錐旋轉(zhuǎn)，在斜向器的作用下，銑錐沿著斜向器斜面方向?qū)μ坠苓M(jìn)行定點(diǎn)磨銑，將斜面所對(duì)應(yīng)的套管部分磨銑掉，形成窗口。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，一般采用復(fù)式銑錐開窗，先開泵循環(huán)洗井，開始要輕壓慢轉(zhuǎn)，然后中壓中速磨銑，待銑

8、錐磨銑出一個(gè)均勻接觸面后，使銑錐沿套管內(nèi)壁均勻磨銑，至銑出套管后，輕壓高速定點(diǎn)快速銑進(jìn)，長(zhǎng)度等于一個(gè)銑錐的長(zhǎng)度。完成開窗后，如果發(fā)現(xiàn)窗口有掛卡現(xiàn)象，可高速輕壓修窗，直至無掛阻現(xiàn)象起鉆。整個(gè)過程中鉆井液上返速度均應(yīng)大于0.6m/s ， 否則磨銑套管過程中鐵屑不易攜帶出來（步139.7mm 的油層套管）。完成開窗后，一般要起鉆換鉆頭通井檢查窗口質(zhì)量，并沿窗口鉆出20 30 米新井眼（試鉆），一切正常方可起鉆進(jìn)行定向施工。3 、井眼軌跡監(jiān)控井眼軌跡監(jiān)控采用的主要儀器有：有線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)、無線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)（ MWD ） 、 EMS 電子測(cè)量系統(tǒng)、陀螺測(cè)量系統(tǒng)。井眼軌跡控制因井段不同而采取不同的鉆具、鉆

9、進(jìn)方式等，各井段的鉆井參數(shù)為：鉆壓10 一 50KN ，泵壓 10 16Mpa ，排量 8 一 10L s。(1)造斜、增斜段井眼軌跡控制鉆具組合：鉆頭十單彎動(dòng)力鉆具十定向接頭十無磁鉆鋌十鉆桿。鉆進(jìn)方 式：滑動(dòng)鉆進(jìn)。監(jiān)測(cè)方式：為了避免磁干擾，一般采用陀螺測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行定向施工，條 件不具備時(shí)，也可以采用有線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)或MWD進(jìn)行定向作業(yè)和穩(wěn)斜段的監(jiān)測(cè)。(2)穩(wěn)斜段井眼軌跡控制鉆具組合：鉆頭十無磁鉆鋌十加重鉆桿 +鉆桿)。鉆進(jìn)方式：轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。采用上述組合，穩(wěn)斜段鉆進(jìn)時(shí)往往達(dá)不到穩(wěn)斜的效果，若裸眼段長(zhǎng)需要 多次調(diào)整井斜、方位。遼河油田鉆井一公司設(shè)計(jì)、加工的近鉆頭扶正器穩(wěn)斜 效果很好。國(guó)內(nèi)其他油

10、田如勝利、江蘇、中原則多采用上述組合表1、江蘇油田套管開窗側(cè)鉆井主要技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)井號(hào)原井眼尺寸備注最大開窗深度m2350周側(cè)8139.7mm最大完鉆垂深m3400安豐側(cè)3/139.7mm最大完鉆井深m3580安豐側(cè)1/139.7mm最大井斜角046富側(cè)3/139.7mm最大井底位移m650興側(cè)8139.7mm最大裸眼長(zhǎng)度m830周側(cè)8139.7mm四、鉆井液及完井液1、鉆井液與完井液的特點(diǎn)由于小井眼鉆井環(huán)空間隙小，鉆井液在環(huán)空呈紊流狀態(tài)，環(huán)空阻力大, 環(huán)空壓耗增加，使泵壓升高，排量受到限制，因此對(duì)鉆井液性能要求比較高, 一般要求鉆井液要具有如下性能：能夠在較低的排量下清洗井底，懸浮和攜

11、 帶巖屑；具有較低的濾失量；良好的造壁性、較強(qiáng)的防塌能力；具有良好的 潤(rùn)滑性能，較低的摩擦系數(shù)，并能防止井漏，很好地保護(hù)油氣層。因此優(yōu)化 環(huán)空流型，調(diào)整流變參數(shù)，搞好現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理是鉆井液與完井液技術(shù)的關(guān)鍵, 也是開窗側(cè)鉆井施工成敗的關(guān)鍵。2、主要的應(yīng)用體系目前，國(guó)內(nèi)油田套管開窗側(cè)鉆井主要應(yīng)用了三種鉆井液體系：一是正電 膠鉆井液體系，在開窗井段采用正電膠聚合物體系提高鉆井液動(dòng)切比和攜巖 性能，進(jìn)入儲(chǔ)層后采用正電膠乳化原油聚磺體系提高鉆井液潤(rùn)滑性能；二是 低密度油基鉆井液體系，主要應(yīng)用于小井眼套管開窗側(cè)鉆大斜度井欠平衡鉆 井中；三是最新推出的小井眼聚合醇鉆井液體系，在小井眼側(cè)鉆水平井中應(yīng) 用，以進(jìn)

12、一步提高了鉆井液的潤(rùn)滑性能。在油層保護(hù)方面，堅(jiān)持使用較為成 熟的屏蔽暫堵技術(shù)，根據(jù)側(cè)鉆井的特點(diǎn)，優(yōu)選暫堵劑類型。五、完井技術(shù)套管開窗側(cè)鉆井完井方式主要有兩種：側(cè)鉆定向井采用尾管懸掛完井；側(cè)鉆水平井采用尾管懸掛篩管頂部固井完井。1 、完井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀目前常規(guī)尾管固井技術(shù)已經(jīng)比較成熟，使尾管固井作業(yè)向著安全、技術(shù)易掌握、施工方便、可靠性強(qiáng)、固井質(zhì)量好、成本更加低廉的方向發(fā)展。隨著開窗側(cè)鉆技術(shù)的發(fā)展，側(cè)鉆井也大多采用尾管或尾管內(nèi)管并注水泥漿完井，但是由于該技術(shù)發(fā)展時(shí)間短、側(cè)鉆尾管固井技術(shù)的特殊性，還存在許多技術(shù)難題，造成開窗側(cè)鉆尾管固井質(zhì)量不高。2 、主要技術(shù)難題(1)小井眼開窗側(cè)鉆尾管固井工具不配

13、套。(2)尾管懸掛器在上層套管內(nèi)座掛難度大。由于上層套管內(nèi)壁磨損腐蝕嚴(yán)重，都有不同程度的直徑變化、擠扁、橢園、或腐蝕有孔洞，給尾掛懸掛器座掛成功帶來困難。(3)下尾管施工和固井注水泥作業(yè)困難；環(huán)空間隙小，循環(huán)阻力大，如果水泥漿量多，環(huán)空水泥漿液柱高，易因井漏造成水泥低返。4 4) 環(huán)空間隙小，不利于套管扶正器的使用。5 5) 不碰壓尾管固井，井下留水泥塞。在小套管內(nèi)鉆水泥塞不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且還容易出現(xiàn)難以處理的復(fù)雜情況，甚至還要破壞原本就很薄弱的水泥環(huán)，影響固井質(zhì)量。(6)尾管重量輕，地面判斷井下困難，尾管串不宜“丟手”。內(nèi)管柱雙向阻流尾管固井技術(shù)和碰壓式尾管固井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在側(cè)鉆井固井時(shí)尾管

14、內(nèi)不留水泥塞,提高了側(cè)鉆井完井技術(shù)水平。3、尾管固井技術(shù)的改進(jìn)(1)、碰壓式尾管完井技術(shù)該工藝主要特點(diǎn)有：在下套管過程中，允許中途循環(huán)鉆井液，采取膠塞碰壓座封及脫掛，不使用轉(zhuǎn)盤倒扣，適合深井及大斜度井的完井施工。懸掛器采用儲(chǔ)能彈簧，坐封位置可任意選定。(2)倒扣工藝技術(shù)倒扣工藝過程采用先例扣后注水泥的方式，防止注水泥完成后懸掛器脫不開的嚴(yán)重后果。(3)循環(huán)沖洗工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)全通徑不鉆水泥塞尾管固井，解決了尾管固井后懸掛器喇叭口留水泥塞的問題。該工藝技術(shù)的實(shí)施以可靠的碰壓作為前提條件，在碰壓完成后，對(duì)管內(nèi)實(shí)施憋壓并高于懸掛位置循環(huán)壓力3 一 5Mpa ，緩慢上提送入管柱，當(dāng)上提到管內(nèi)壓力下降時(shí)停止

15、上提并立即開泵循環(huán)沖洗，此時(shí)懸掛器密封裝置剛剛脫離，對(duì)回接筒以上混漿和水泥漿進(jìn)行循環(huán)沖洗兩周以上，從而實(shí)現(xiàn)了懸掛器喇叭口的全通徑要求。(4)使用非離子表面活性劑進(jìn)行清洗，消除在井壁和管壁上形成的油膜，形成水濕性，保證了水泥的膠結(jié)質(zhì)量；(5)配備應(yīng)急接頭由于尾管較短等原因，施工中有時(shí)難以判斷尾管是否脫開，而反復(fù)拔插中心管易導(dǎo)致中心管堵塞器損壞，不能保證密封。這時(shí)可將中心管起出，用應(yīng)急接頭替換堵塞器重新下入，確保施工成功。(6)中心管沖洗式尾管固井工藝技術(shù)中心管沖洗式固井工藝技術(shù)的特點(diǎn)是：(1)采用內(nèi)管循環(huán)沖洗法清除多余水泥漿，避免了風(fēng)險(xiǎn)；(2)能夠達(dá)到不留水泥塞的目的；(3)固井施工不用精確計(jì)量

16、替量，降低了固井施工的難度；(4)降低了固井施工的替漿壓力，保證了施工的安全。江蘇油田馬側(cè)22 井、馬側(cè)13 1 井及揚(yáng)側(cè)12 2 井實(shí)施了尾管沖洗式尾管固井工藝技術(shù)，馬側(cè) 22 井是該固井工藝技術(shù)在江蘇油田應(yīng)用的第l口井， 井深 1706m ， 最大井斜46 ， 套管下深1698m ， 水泥漿返高1066m 。步88. 9mm管串結(jié)構(gòu)為：引鞋+套管X 1根+浮箍+短套十浮箍十套管x l 根十球座短節(jié)十套管+定位短節(jié)十套管串+ 1 139 . 7mm X爐88 . 9mm 中 心管沖洗式全通徑液壓式尾管懸掛器+爐73mm鉆桿。整個(gè)固井施工過程順 利，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了全通徑不留水泥塞的固井目的。六、套管開窗側(cè)鉆技術(shù)未來展望側(cè)鉆井技術(shù)的發(fā)展初期，僅限于套管損壞和井下落物等停產(chǎn)井的恢復(fù)工作，側(cè)鉆位移只有幾米；隨著技術(shù)的發(fā)展，大井斜、大位移側(cè)鉆技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)得到應(yīng)用，側(cè)鉆工具、儀器也得到研制、開發(fā)和應(yīng)用；現(xiàn)在，大部分油田配套和完善了側(cè)鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了利用側(cè)鉆井技術(shù)整體開發(fā)低產(chǎn)、難動(dòng)用的區(qū)塊油田。側(cè)鉆井技術(shù)已由單純的使關(guān)停井復(fù)產(chǎn)，發(fā)展為挖掘剩余油潛力的重要手段。目前，我局已將這一技術(shù)列為今后重點(diǎn)攻關(guān)課