开窗侧钻小井眼.docx
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开窗侧钻小井眼
Φ139.7mm套管开窗侧钻小井眼技术研讨
陈向军
迄今为止,小井眼钻井活动遍及世界许多国家,如美国、法国、德国、英国、加拿大和委内瑞拉。
90年代,小井眼的数量呈不断增长趋势,目前美国仍是钻小井眼最多的国家。
国内在许多油田都进行过小井眼的钻探试验,但是在Φ139.7mm套管上开窗侧钻小井眼的实践只有吉林油田、辽河油田、塔里木油田、中原油田及华北油田完成过。
小井眼钻井技术是国外近年来发展的热门钻井技术之一。
国外各公司对小井眼的定义不尽相同,但是目前普遍被人接受的定义是:
完钻井径小于常规完钻井径(如Φ215.9mm)的井眼统称为小井眼。
促进这项技术发展的因素有经济、技术、勘探开发及环保压力等四方面的原因。
用于小井眼钻井的钻机可以是以下几种:
小型常规钻机、车装式钻修井两用作业机,矿业连续取心钻机、专门研制的小井眼钻机,以及近年来发展起来的连续油管钻井装置。
现在国内普遍使用的有IDECD-80修井机,SNC-350型柱塞泵及由振动筛、除砂器等组成的钻井液净化系统,固井也均采用SNC-350型柱塞泵。
但是,钻小井眼存在着机械钻速低、固井质量差、事故复杂多、井眼轨迹难以控制以及配套工具设备缺乏等因素,近年来有所降温。
但是,由于钻小井眼存在着的巨大利益空间,不少油田及公司对此方面的研究仍在不断发展,并取得了较大的进步。
基于我油田发展及降低生产成本的需要,上级领导及部门有意在近期再上小井眼的工程,而且特指在Φ139.7mm套管上开窗后侧钻小井眼,所以本文所提的小井眼专指Φ139.7mm套管开窗后侧钻的小井眼。
本文分别从Φ139.7mm套管开窗及侧钻小井眼两方面进行研讨。
一、开窗
套管开窗是侧钻技术中的首要环节,开窗成功与否直接影响到钻井周期、成本、质量。
对开窗技术进行系统的研究和实践有助于高效、安全地施工。
套管开窗是一项操作性较强的技术,规范作业、丰富的经验和理论都是必不可少的。
江汉油田在Φ244.5mm套管及Φ177.8mm套管开窗已有一定成功的经验,但在Φ139.7mm套管上开窗还没有先例,但是其主要的技术措施及方案应是相近的,较大的区别主要是开窗参数有所不同,所用的钻具尺寸更小,锻铣刀片较小(锻铣方式),或斜向器及磨铣工具更小。
本文简要地分析、比较一下锻铣或斜向器开窗的工艺技术及施工措施。
1、斜向器开窗
1.1优点
●使用范围广,能实用于大井斜角、套管损坏井和多层套管井。
●磨铣铁屑量少,钻井液性能要求低。
●开窗后勿需打水泥塞候凝下入定向工具即可侧钻。
●成本你,周期短。
●工具加工简单,可多次重复使用。
●井眼条件要求不甚严格。
1.2缺点
●原井眼为直井时,用陀螺确定斜向器方位。
井斜≥5°时,用陀螺或有线随钻测斜仪确定斜向器方位。
●出窗后定向易受磁干扰。
●斜向器坐封必须牢固,在整个钻井过程中窗口处容易引起事故。
●开窗后套管重复段固井合格较为困难。
1.3开窗重点技术要求
●井眼准备
通井检查好套管变形情况;开窗段避开套管接箍及套管外扶正器,必要时进行磁测井;建立人工井底封堵原井眼;试压,确保套管开窗前不漏。
●工具检查和入井
检查好卡瓦螺丝牢固情况;防止送斜器中心管进入石块等东西,造成投球蹩压出现问题;斜向器下入要均速缓慢,防止出现意外造成提前落、卡于井中。
●开窗位置的确定
避开套管接箍和扶正器;避开复杂地层开窗。
●锻铣长度的确定:
一般为3-5m。
●开窗技术
起始段轻压低转速;骑套段轻中压较高转速,防止提前出套;出套段吊压高转速,防止铣锥下滑到井壁;修窗至上提下放无明显碰挂为止;开窗中要求钻压均匀,保证窗口光滑。
●窗口保护
斜向器固定牢固可靠,防止开窗、钻进中斜向器转动;钻头、工具等在起下钻通过窗口时防止碰挂、损坏窗口。
●磁干扰消除
轨迹控制允许,转盘钻进20-30m;用磁性测斜仪器对侧钻方向定位钻进。
●井眼净化
钻井液密度合理,确保开窗段井壁稳定,不塌、不漏;调整钻井液性能,提高环空返速,保证铁屑的良好携带。
1.4开窗注意事项
●开窗钻具组合应满足设计要求,水平位移短时铣锥上加配刚性钻铤或加重钻杆。
●更换铣锥,直径应保持一致,原则上只允许小换大。
●修整窗口时,钻具上紧扣,防止铣锥高速旋转脱扣。
●开窗时保证设备、仪表等灵敏可靠。
●开窗时作好预防应急措施。
1.5常见事故分析及处理
●斜向器下钻遇阻
主要原因分析:
通井规设计不合理,套管变形检查不明确;洗井刮管不到位,井内死油、结蜡严重;遇阻处老井狗腿度大。
处理措施:
上提下放活动钻具,下压不允许超过斜向器设计许可吨位;起钻检查斜向器,必要时重新通井、洗井、刮管。
●开窗蹩钻严重
主要原因分析:
开窗参数不合理;斜向器锚定不牢固。
处理措施:
调整开窗参数;对斜向器进行挤水泥作业;重新下入新斜向器。
●开窗无进尺
主要原因分析:
铣锥与斜向器、套管钢级不匹配,或铣锥设计不合理、磨损严重;开窗参数不合理;形成“死点”。
处理措施:
起钻检查、更换铣锥、斜向器;调整开窗参数;下入小直径的开窗铣鞋破坏“死点”。
●起下钻钻具在窗口遇阻
主要原因分析:
窗口不规则或窗口已破坏。
处理措施:
修窗和扩大窗口。
1.6斜向器及铣锥的类型及发展情况
●斜向器
水泥式斜向器(普通式和CS-D型)地锚式斜向器(XQSR-XQDM)卡瓦锚定式斜向器(上提和下压型)封隔器式斜向器(双卡瓦型和SS-WS型)液压卡瓦式斜向器可回收式斜向器
●铣锥
起始铣锥开窗铣锥单、复式铣锥钻柱铣鞋和西瓜皮式铣鞋组合式铣锥钻铰式铣锥
2、锻铣式开窗
2.1优点
●锻先后可在任意方向侧钻。
●使用工具较少,只需一趟锻铣工具或更换刀片即可。
●工艺简单,不需修磨窗口。
2.2缺点
●磨铣铁屑量大且形状大,清除困难,特别是井斜大时,因此对钻井液性能要求高。
●稍有不慎,刀片被卡造成卡钻,处理困难。
●成本高,更换刀片及起下钻频繁。
影响周期。
●锻铣后打水泥塞候凝,水泥强度要求高,钻塞后才可侧钻。
2.3开窗技术要求
●井眼准备
通井和锻铣处套管刮管;了解锻铣处套管固井质量及扶正器情况;了解原井射孔井段情况。
●工具检查和入井
检查好锻铣工具刀片张开和回位情况,并作好刀片张开与泵压、排量关系试验;用细铁丝捆好刀臂,防止刀片入井时碰挂套,自动张开损坏刀片。
●开窗位置的确定
尽可能避开套管接箍,避开套管扶正器和老井射孔段;锻铣井段固井质量不好,不宜采用段铣开窗。
●锻铣长度的确定
一般12-20m左右。
●开窗技术
起始割断套管时,刹位刹把开泵锻铣1小时左右,确保套管切断和刀片全部张开,防止锻铣过程中“薄皮套管”现象。
锻铣中钻压均匀,防止刀刃或刀片扭坏;调整钻井液性能,确保铁屑净化良好;保证锻铣段水泥的强度。
●窗口保护
起下钻在窗口时操作要缓慢平衡稳,防止破坏水泥塞强度。
●磁干扰消除
开窗后初始定向钻进使用有线随钻测斜仪器优于MWD。
●井眼净化:
要求与斜向器开窗相同。
2.4开窗注意事项
●及时清除铁屑,防止堵塞钻井液通道。
●根据返出铁屑形状,及时调整钻压。
●每次下入新刀片时,均应对上次锻铣井段进行划眼。
●每锻铣1m应停止锻铣或起钻更换刀片前,充分徨、循环钻井液以便净化井眼。
●防止锻铣中“薄皮套管”和“鸟巢”现象的出现,调整好钻进及水力参数。
●操作要规范,防止刀片的损害和扭曲。
2.5常见事故分析及处理措施
●铣速慢
主要原因分析:
锻铣参数不匹配;刀片磨损严重;处于铣刀两排切削刃磨铣过渡期;铣到套管接箍或扶正器。
处理措施:
调整锻铣参数;起钻检查、更换刀片;正确分析情况,耐心磨铣。
●上提钻具,工具进套管困难
主要原因分析:
工具上缠有大量长铁屑;刀臂被铁屑卡死;锻铣工具活塞被卡;钻压大或溜钻,刀片扭曲。
处理措施:
提高排量,调整钻井液性能,放回原处小钻压磨铣,反复划眼、反复停开泵或倒划眼;刀片扭曲变形,慢慢上提,迫使刀片回收。
●锻铣进尺异常
主要原因分析:
套管固井质量不好、套管晃动;工具设计不合理,刀片自锐性差及抗震性能差;铣到扶正器;铣在射孔井段。
处理措施:
分析原因,调整锻铣参数和钻井液性能;选择高效锻铣工具。
耐心磨铣;填井重新锻铣。
●循环不畅,下钻遇阻
主要原因分析:
井眼净化不好。
处理措施:
调整钻井液性能,提高环空返速,确保铁屑良好携带。
●测井窗口遇阻
主要原因分析:
水泥塞破坏。
处理措施:
锻铣后保证打入的水泥强度;起下钻具、工具进出窗口要缓慢平稳,防止破坏水泥塞。
2.6锻铣工具的类型、发展情况
国产“TX”、“DX”型(TX型3翼6刀片,DX型6刀片)
3、开窗方式选择
3.1考虑成本、周期因素,则选择斜向器优于锻铣方式。
3.2考虑开窗套管处水泥固井质量不好,则优选斜向器开窗。
3.3若是双层套管开窗,则选择斜向器开窗。
3.4若井斜大、地层硬、井深,则优选斜向器开窗。
3.5若有特殊要求,则选择锻铣开窗(如超短半径侧钻水平井),斜向器开窗(如侧钻分枝井)
综观两种开窗方式,斜向器多于锻铣。
二、江汉油田的开窗技术探讨
1、江汉油田开窗方式选择
结合江汉油田的设备、技术以及老井情况,建议选用锻铣式开窗。
主要原因如下:
1.1我处无陀螺仪,斜向器开窗后开窗方位很难保证准确,需要侧钻出去后并且保持钻进离开老套管1m以上后,才可用电子测斜仪测定井眼方位,需要扭方位的可能性极大。
而用小钻具扭方位因其刚性不够,所以既费时费力,又难以奏效。
1.2因为是在Φ139.7mm套管上开窗,套管小,磨铣工作量少,开窗应该较快。
1.3锻铣式开窗,窗口质量容易保证,对于下部侧钻小井眼更有利。
1.4如果采用斜向器开窗,因在小套管内进行,所以斜向器的锚定更加困难,开窗成功的可能性相对较低。
1.5考虑到侧钻后的完钻方式主要以甩筛管或悬挂尾管完井,窗口的固井质量对于后期生产至关重要,而锻铣式开窗对于提高窗口的固井质量有利。
1.6但是江汉油田套管扶正器安放较密,在下部井段基本是一根套管安放一只扶正器,所以一般应选择开窗点较高的井段。
另外,如果对缩短钻井周期更加重视,也可以在无陀螺仪的情况下采取斜向器开窗,即:
在地面将斜向器工具面方位调整准确后入井,利用液压大钳上扣,锁死转盘,使得下部钻具不转动,下到底后开窗工具直接悬挂座封。
既可节约开窗时间,又可节约开窗成本。
利用地锚斜向器开窗一般仅为几小时,从通井开窗到定向钻进所用时间为2-3天;而采用锻铣式开窗需1-2天,从通井开窗到定向钻进所用时间约为4-6天。
2、江汉油田Φ139.7mm套管开窗施工流程
2.1原井资料调查,掌握原井的地层、井斜方位、套管、封固质量以及后期该井的使用情况,尤其是套管是否有变形等损坏情况,地层压力情况等等。
2.2井眼准备:
通径及洗井。
采用Φ118.5mm铣锥通井至预定开窗点下50m以深,充分循环,置换出井筒内污液。
保证井筒内充满锻铣时所用钻井液(正电胶结构浆)。
钻具组合:
Φ118.5mm铣锥+Φ89mm铣锥+上击器+Φ89mm钻铤6根+Φ73mm钻杆+108mm方钻杆
2.3套管试压,井口试压15MPa,稳压30min,压降为0。
2.4测井:
磁性测井,有必要的话,需测井斜,测声幅。
主要测试套管接箍及套管扶正器,确定开窗点在砂岩井段,固井质量较好的井段,且锻铣段跨跃的套管接箍越少越好,必须杜绝跨跃有扶正器的井段。
2.5工具地面试验,保证工具性能完好。
2.6下锻铣工具至预定井段
注意在下入刀片前,要用Φ2mm铁丝将刀片捆紧,接方钻杆缓慢开泵,观察崩断铁丝的泵压变化,并记录。
再用Φ2mm铁丝将刀片捆紧,防止在下井时提前张开而挂坏刀片。
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