小井眼高效一体式开窗工具的研究与应用

2022-11-11王磊郭天星王琦衣方宇张司艺白润飞

辽宁化工 2022年10期

王磊，郭天星，王琦，衣方宇，张司艺，白润飞

（1.中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院，辽宁盘锦 124010；2.中国石油集团长城钻探工程有限公司苏里格气田分公司，辽宁盘锦 124010）

随着长庆油田的深入开发，为了有效的挖掘井间剩余油气藏，提高油田的整体动用程度，未来，侧钻水平井开发将会越来越多。长城钻探自2006开发长庆苏里格，12年开展侧钻水平井以来，截至目前，已经完成侧钻水平井40 口，极大的提高了井间剩余油气资源，为苏里格的稳产上产做出了重大贡献。

在前期实施的这些侧钻水平井，为了提高开窗成功率和窗口质量，分体式导斜器及复式铣锥应用较多，但其施工工序多而影响侧钻水平井的整体时效与成本。针对此情况，苏里格二项目开展了侧钻水平井提质提效工作，依托长城工程技术研究院，开展了一体化开窗工具的研究与应用。该工具在现场应用后，减少了开修窗起下钻次数，规避了起下钻过程中窗口问题，提高了窗口质量，在降低了成本和提高窗口的安全性方面起到了积极作用。目前该工具已经成功应用5 口井，结果表明，该工具提高了侧钻井效率，操作简单，具有很好的推广应用前景。

1 深井小井眼一体式开窗工艺技术

1.1 工具结构

深井一体式开窗工具主要由送入铣锥、剪切螺栓、连通装置、斜面总成、液压总成（卡瓦牙）、封隔器总成等部分组成，如图1。

1.2 工作原理

工具到井后，认真检查外部结构，检查铣锥母水眼内清洁无杂物、连接处固定牢靠无裂痕、导斜器液压总成处卡瓦牙固定牢靠、封隔器总成固定牢靠。

工艺原理：

1）准备工作：工具下到预定位置后，调节方入，保证方钻杆入转盘（顶驱不考虑），锁死刹把，连接管线。

2）坐封工作：小排量钻具内灌液，观察泵压；泵压升高，液体推动工具的液压总成内的活塞上下移动，推动卡瓦牙外神，直至与套管内壁接触，泵压继续上升至坐封压力（23～25 MPa）；连续打压3次以上，每次稳压5～10 min，使卡瓦牙锚定在套管内壁上，保证导斜器一次完全坐封在套管上；同时，在打压过程中，封隔器总成也开始工作，保证对下部套管实现完全密封。

3）检查坐封情况及实现铣锥与导斜器脱离：憋压3 次后，上提钻具，观察悬重变化（一般上提20～30 kN），下放钻具，观察悬重变化（一般下压20～30 kN），检查导斜器是否坐封，坐封到位后，放置钻具至中和点（建议：现场指重表钻压为零或上提10～20 kN），以20～40 r·min-1低速正转钻具，观察扭矩变化（3 000 m 钻具限定扭矩设置20 kN·m），钻具突然释放扭矩，正常剪切分离，然后下压80 kN，检查导斜器坐封效果。

4）开窗：与导斜器面接触，上提下放至钻具悬重为0，标记为“0 刻度线”，开泵返出正常，正常磨铣开窗作业。

注：一体式开窗工具下入前一定要用标准通井规（外径大于导斜器2～3 mm）通洗井，其导斜器部分为先置球设计，采用的是单流阀方式，下钻过程中严禁开泵。

1.3 工具优点

工具优点有：（1）工具采用液压式坐封，较机械式坐封更为可靠，操作更为简单；同时该工具采用的预先内置球，坐封更安全；（2）与常规分体式相比，可减少一趟起下钻，一次完成工具坐封直接进行开窗与修窗作业；（3）在深井中进行开窗侧钻，提高侧钻效率明显；（4）下部带有封隔器总成，实现了下部老井套管的有效密封。

1.4 主要技术参数

一体式开窗工具主要参数见表1，施工参数见表2。

表1 工具参数

表2 施工推荐参数

1.5 施工工艺

YD-118 一体式开窗工具主要施工工艺：

1）预先内置球设计，通过管内灌液憋压压方式，实现液压总成作用，推动上下卡瓦牙块，实现导斜器坐封。

2）导斜器坐封到制定位置后，铣锥转动，与斜面分离，开始开窗工作。

3）开窗完成后，利用铣锥本体和钻铤本体，实现对窗口的反复磨铣和修复。

4）完成开修窗，取出铣锥，改换钻头继续钻进。

注：本工具能实现窗口位置精确坐封，规避套管接箍，利于开窗侧钻。

1.6 施工注意问题

应用一体化开窗工具施工中需要注意的几个问题：

1）原井筒必须通畅，满足一体化导斜器下入的需要。

2）下工具前，检查工具水眼，是否畅通，下钻过程中，确保钻具水眼通畅，灌液过程中，保证钻井液清洁，无结块情况。

3）下钻过程中，均匀送钻，如遇阻，下压不得超过20 kN，不能通过后，记录井深，起钻修复井筒。

4）开窗过程中，送钻平稳，参数参考施工参数设计，时刻关注转盘扭矩、悬重、泵压变化，观察好钻井液返出情况，出口处放置磁性装置。

5）开窗磨铣过程中，长时间进尺慢或无进尺，尝试改变施工参数进行施工。

2 现场应用情况

以S10-1XCH 井为例，该井构造位置在伊陕斜坡北部中带，位于内蒙古自治区乌审旗西，该井老井为直井，于2006年9月完井，于2020年11月停产封井，为了挖掘剩余油气资源，决定进行侧钻水平井施工。

2.1 老井基本情况

S10-1XCH 井老井井型直井，完钻井深3 417 m，最大井斜3.69°/885 m。

井身结构为311 mm 钻头*244.5 mm 表层套管+215.9 mm 钻头*139.7 mm 套管，侧钻位置为气层套管139.7 mm，钢级N80，壁厚9.17 mm。

2.2 窗口位置选择

为了保证窗口质量和降低侧钻施工难度，窗口位置选择同时遵守以下基本原则：

1）根据老井测井解释，选择固井声幅质量优质的井段。

2）根据录井岩屑草图，选择砂岩稳定地层。

3）核实新老井的补芯差，规避老套管接箍位置，选择套管中部开窗。

4）S10 区块区域性漏失严重，尤其在刘家沟组地层，根据地质分层，避开刘家沟组地层，选择石千峰组地层开窗。

2.3 侧钻轨迹设计

S10-1XCH 井侧钻剖面如表所示，根据侧钻轨迹和窗口选择，下入一体化开窗工具，从2 985 m开始侧钻，侧钻井段4 m，井斜由0.72°，增加至3°，方位从34.53°调整至156.05°。

表3 侧钻水平井剖面设计表

2.4 开窗钻具组合

窗口的品质不仅与开窗工具有直接关系，同时与修窗过程中的钻具组合密切相关，建议采用下面开窗钻具组合：

开窗钻具组合：YD-118 mm 一体式开窗工具+105 mm钻铤2根+88.9 mm加重钻杆15根+88.9 mm钻具若干。

优点：

1）提高开窗效率，施加钻压。

2）使用钻铤修窗，提高窗口质量。

2.5 钻井液保障

开窗过程中，随时调整和完善钻井液性能，尤其是携砂性和防塌性：

1）开窗过程中，保证钻井液粘度，保证开窗过程中的铁屑、岩屑及时携带出井口，保证不影响之后的仪器的下入。

2）开窗进入裸眼地层后，钻井液要有充足的防塌性能，保证出窗后的裸眼段井壁稳定，不影响工具的下入。

2.6 现场施工情况

长城钻探苏里格自营区块S10-1XCH 井应用YD-118 一体式开窗工具。

1）封堵原射孔井段，试压合格后，组织开窗工具组合：

①通井组合：118 mm 通井规（3～5 m）+转换接头+88.9 mm 钻具，通井至窗口以下5 m，不刮不卡，目的模拟一体式导斜器下入。

②开窗钻具组合：YD-118 一体式开窗工具+105 mm 钻铤2 根+转换接头+88.9 mm 加重钻杆15根+88.9 mm 钻杆若干。

2）工具坐封：下至预定深度后，连续憋压3 次，每次达到24 MPa，稳压5 分，憋压完成后，上提钻具悬重增加30 kN,下放钻具至悬重减少30 kN,确保工具坐封，然后上提钻具20 kN，顶驱正转17 圈后，扭矩突然释放，泵压下降，钻井液返出，上提不刮不卡，下压80 kN 悬重无变化，完成丢手坐封。

3）磨铣开窗：初始阶段:钻压5～10 kN，转速50～60 r·min-1;骑套阶段：钻压35 kN，转速65 r·min-1;出套阶段：钻压30～40 kN，转速65 r·min-1。（具体依据现场情况，开窗过程中，如果出现进尺变慢，在保证安全的情况下，可以停泵停转盘钻具下压来破坏套管，导斜器承重能达到35 t 以内）。

4）修窗阶段：修窗，采用高转速，低钻压，上下反复修窗，做到停泵停转盘，上提下放不刮不卡，控制在10 kN 以内完成开窗作业。