一種連續管開窗技術實踐

張燕萍，王金宏, 李 峰, 吳千里

(1中國石油集團工程技術研究院有限公司 2中國石油集團渤海鉆探工程有限公司定向井技術服務分公司)

國內大多數老油田已經處于開發的中后期，低產、停產及報廢井越來越多，但老油田采收率平均只有30%，在局部地區仍然存在較為豐富的剩余油沒有開發，而國外某些油田的采收率已經達到50%～60%，因此我國老油田采收率還有很大的提升空間，開窗側鉆技術的研究日益成為國內油田研究的重點。

連續管開窗側鉆以其占地面積小、鉆機搬遷快速、連續下入和鉆進過程不間斷循環等特點開始受到國內一些企業的關注，并進行了一定的研究。

本文介紹了中石油工程院自主研發設計的一種連續管開窗技術及配套工具，并用于現場應用。通過實踐，該開窗工藝的可行性以及工具的可靠性得到了驗證。

一、連續管開窗技術

常規鉆桿開窗是一種成熟技術，是需要將開窗銑錐接入到鉆桿上，通過鉆臺面上的方鉆桿或者頂驅對鉆桿串施加一定扭矩，通過鉆桿串將扭矩傳遞到井下開窗銑錐上，驅動開窗銑錐繞鉆桿串中心軸旋轉的同時沿著斜向器斜面軸向運動，切削套管直至套管破裂。

連續管開窗是將開窗銑錐通過連續管連接器與連續管連接。由于連續管纏繞在連續管滾筒上，在井筒內的運動為上下運動，無法在井口驅動連續管旋轉帶動開窗銑錐在井下旋轉。因此，開窗銑錐上部需要連接可輸出扭矩的動力鉆具來帶動開窗銑錐完成旋轉破窗。但該技術與常規鉆桿開窗相比存在需要克服的技術問題：①連續管抗扭剛度較小，不利于動力鉆具扭矩傳遞；②常規動力鉆具輸出速度在140～320 r/min，在銑錐接觸套管初期容易引起打齒，毀壞銑錐；③開窗不利于銑錐切削套管，而且也與斜向器導斜面相互摩擦，既造成能量損失、導致開窗效率降低，又造成銑鞋和斜向器磨損，影響連續管開窗效果。

二、開窗試驗

1 .連續管開窗BHA

連續油管開窗側鉆所用的主要井下工具有連續油管連接器、回壓閥、液壓斷開接頭、可循環接頭、非旋轉接頭、開窗馬達、開窗銑錐，如圖1所示等。

連續油管連接器用于連接連續油管和井下工具，并承受軸向載荷和扭轉載荷，現場一般采用卡瓦式連接器。回壓閥安裝在連續油管接頭下方，用于阻止鉆井液的反向流動。現場根據實際情況選擇安裝或者不安裝。液壓斷開接頭位于回壓閥下方，在卡鉆時用于分離上部和下部工具串，防止插旗桿。工作時可投球憋壓斷開。非旋轉接頭，用于井口連接工序。當下部鉆具進入井眼后并坐井口，上部鉆具組合和下部鉆具組合不可旋轉的情況下，使用非旋轉接頭進行上下部分的連接。開窗馬達采用低速大扭矩直螺桿馬達，在?140mm套管內主要使用102規格的螺桿馬達，馬達頭數為7：8，工作扭矩2 000 N·m。開窗銑錐，用于進行套管的開窗和修窗，可一趟鉆完成套管開修窗作業。在穿過套管開窗時，為保持開窗BHA穩定，防止憋跳鉆，應選用小粒度硬質合金頭堆焊，低鉆壓，小排量切削。

2.開窗側鉆工藝

連續油管開窗側鉆國外應用較廣泛的是水泥塞開窗側鉆技術。該技術需要注開窗水泥塞、鉆導引孔和磨銑窗口。目前國內使用的連續管開窗側鉆技術為我院自主研發的斜向器定向開窗側鉆技術。其開窗工藝為：

圖1連續管開窗BHA

1連續管 2連接器 3回壓閥 4液壓斷開接頭 5非旋轉接頭 6開窗馬達 7開窗銑錐

(1)下井下定位總成并測量定位總成定向斜口的方位。井下定位總成是一種井下錨定工具，通過液壓方式將其固定在井下。

(2)下入自旋轉斜向器并卡在井下定位總成上，井下定位總成與自旋轉斜向器連接在一起，承受開窗時的鉆壓和扭矩。自旋轉斜向器系統有與井下定位總成相配合的定位斜口，通過該定位斜口在井下自旋轉到位后與井下定位總成鎖定，通過送入工具上提可完成丟手。完成丟手后該自旋轉斜向器的工具面與設計開窗方位一致。

(3)磨銑窗口。管串功能：開窗+修窗。針對?140 mm套管，下入連續管開窗BHA：?73 mm連續管+連續油管連接器+回壓閥+液壓斷開接頭+可循環接頭+非旋轉接頭+加重鉆桿+開窗馬達+開窗銑錐。

在非旋轉接頭與開窗馬達之間接有8～9根?73 mm加重鉆桿，以增加鉆壓和工具面的穩定性。開窗作業中，最關鍵的技術之一是慢下輕觸探底磨銑。磨銑進尺到0.4 m后在保證不蹩泵的情況下加鉆壓磨銑，此時磨銑速度較之前明顯下降，直到進尺2.8～3 m后，窗口完全磨銑完畢。繼續進尺到5 m完成開窗通道施工，上下拖動管串進行修窗直至窗口無掛卡。

(4)側鉆。開窗完成后 根據井眼軌跡選取不同彎度螺桿完成造斜段和穩斜段鉆進。

3． 開窗側鉆地面模擬實驗

該實驗主要由以下幾個階段組成。第一階段：下井下定位總成。在井下，當送到位后，打壓，利用建立起來的高壓推動脹塞上行，將井下定位總成的膨脹管部分自下而上脹開并脹貼在?140 mm套管上。本實驗完全模擬井下力學條件，測試該系統的施工壓力。第二階段：下自旋轉斜向器。膨脹管定位后，下入斜向器，坐在膨脹管定位系統上。測試該系統下放到位后的丟手的剪釘剪斷值。第三階段：開窗作業。模擬現場，下入開窗銑錐和螺桿馬達，測試開窗過程中的各項參數：排量，扭矩，鉆壓等。其實驗目的主要為在完全模擬井下力學條件和使用工況的情況下，用螺桿馬達帶動開窗銑錐，在?140 mm套管開窗實驗中，研究其鉆壓、轉速和排量對開窗的影響。

實驗結果：

(1)下井下定位總成管串：?73 mm油管+轉換接頭+井下定位總成。打壓壓力28 MPa，系統壓力掉零，停泵，完成實驗。

(2)下自旋轉斜向器實驗管串：?73 mm油管+轉換接頭+軸承短節+自旋轉斜向器。下放斜向器，受壓旋轉后下放到底，下壓至6 t后確認斜向器到位，上提7T將斜向器丟手螺栓剪斷，提出丟手。

(3)作業管串：?73 mm油管+轉換接頭+螺桿馬達+開窗銑錐。泵排量:9 L/s，泵壓:5 MPa，銑錐開始切削套管;泵排量6.44 L/s，泵壓3.89 MPa，銑錐切穿套管;泵排量5～6 L/s，泵壓2～4 MPa，銑錐繼續切削套管直至窗口全部切削完成。結論：螺桿馬達+開窗銑錐的開窗工藝理論上可行,可以運用于連續管鉆機用于套管開窗作業。

存在問題1：由于開窗條件所限，?140 mm套管空懸地下，當銑錐開破套管后可能會由于前端失去支撐力而無法加鉆壓。鑒于此，該試驗只能試驗開窗初期的工藝。理論窗口長度2 293 mm，實際開窗長度1 260 mm。

存在問題2：理論上銑錐下行176 mm后開始鉆破套管，實際上銑錐多下行約1 000 mm后鉆破套管，導致開窗時間多了17 h。原因分析：斜向器硬度不夠，而此次開窗套管硬度較高，導致銑錐同時切削斜向器和套管。改進：調整斜向器斜面硬度，從原來的HRC280-302調整到HRC300-330，使之適應各種級別套管，改變熱處理工藝，保證硬度處處均勻(如圖2)。

圖2 斜向器斜面硬度

存在問題3：本次實驗共開窗20 h，磨銑金屬14.56 kg，使用2根銑錐，且開窗銑錐頭外緣全部磨平，開窗銑錐保徑處有磨損。原因分析：初始泵排量:9 L/s，泵壓:5 MPa，鉆壓0.5 t，開窗銑錐開始切削套管，此時轉速85 r/min，現場可以聽到很大的震動聲音。初步判斷小鉆壓，高轉速造成開窗銑錐在套管內旋轉沖擊，導致磨損加快。改進：調整參數，初始泵排量5～6 L，降低初始轉速，增加鉆壓至1 t，減小沖擊震動；開窗銑錐硬質合金頭選用更細顆粒堆焊。

4． 連續管開窗側鉆現場試驗

2014年6月，在大港油田女S67-43井進行了連續管開窗、側鉆試驗。實現了使用連續管+低速大扭矩開窗螺桿馬達+開窗銑錐一趟鉆開窗、修窗和鉆進工藝，驗證了開窗工具的現場適應性。低速大扭矩開窗螺桿馬達可以滿足現場連續管開窗扭矩要求。開窗銑錐可一次性完成開窗和修窗。連續管開窗20 h，相對10～12 h的常規鉆桿開窗時間相對長，窗口規則，通過性好，修窗時間相對短，綜合優勢明顯。

2015年5月，在大港油田142-2K井進行了開窗、側鉆全過程試驗。該井自1 506 m開窗、1 909 m完鉆，完鉆井斜26°，其中1 506～1 509 m為開窗井段，連續管開窗18 h，相較上一口井提速2 h。

2015年11月，在大港油田港3-57-2K井進行了開窗、側鉆全過程試驗。開修窗時間18 h。

2016年10月，在大港油田港539-3HK井進行了開窗、側鉆全過程試驗。該井設計自1 408 m開窗，2 226 m完鉆。1 407～1 410 m為銑錐開窗井段，連續管通井、刮削、井下定位系統坐封、斜向器坐掛、連續管開窗各工序一次成功，開修窗時間14 h，與常規開窗相比窗口更加平滑，通過性好。

三、結論

(1)該種連續管開窗方式完成5口其綜合效率目前與鉆桿鉆井相當，但窗口規則，通過性好，同時修窗時間相對短，綜合優勢明顯。

(2)?140 mm的套管柱連續管開窗現場試驗的成功，為連續管在開窗側鉆井的推廣應用提供了工藝基礎，也為小井眼側鉆技術提供了一種新的技術手段。