勝利一趟式177.8 mm（7″）套管開窗工具在渤海油田的成功應用

石磊，李洪方，趙海建，王曉波，史富全

中海石油（中國）有限公司 天津分公司（天津300452）

SZ36-1油田自開發(fā)至今已30余年，受儲層出砂及防砂管柱老化影響，部分老井產(chǎn)液量日益低下甚至停產(chǎn)，老井側(cè)鉆實現(xiàn)老井恢復生產(chǎn)技術相對于新鉆井的建井成本較低，是區(qū)域剩余油充分挖潛的有效手段之一。另一方面，在渤海油田開發(fā)過程中，隨著鉆完井工藝的不斷改進，渤海常規(guī)生產(chǎn)井的井身結構也發(fā)生了相應變化，前期部分調(diào)整井生產(chǎn)套管為小尺寸套管，套管外徑在244.475 mm（958″）以下，尺寸小于該區(qū)域常規(guī)井[1]。套管開窗側(cè)鉆技術主要分為套管鍛銑開窗和下斜向器磨銑開窗兩種[2]，考慮到套管鍛銑開窗工序復雜，時效較低，渤海油田套管開窗均選擇下斜向器磨銑的開窗方式。大尺寸套管的開窗側(cè)鉆技術從陸地油田開始研究推廣，至今已廣泛應用于渤海油田[3-5]，但小尺寸套管國產(chǎn)一趟式開窗工具在渤海油田從未使用。本文以國產(chǎn)勝利一趟式開窗側(cè)鉆工具在綏中區(qū)塊177.8 mm（7″）套管首次成功應用為例，論證該型工具在渤海油田小尺寸套管開窗作業(yè)使用中的可行性及優(yōu)越性。

1 勝利一趟式177.8 mm（7″）套管開窗工具

渤海油田177.8 mm（7″）套管開窗一直沿用兩趟鉆的模式，即第一次下鉆單獨下斜向器完成坐向器作業(yè)；第二次下鉆下磨銑工具完成磨銑套管開窗及修窗的作業(yè)。該作業(yè)模式時效低，成本高。勝利油田的177.8 mm（7″）套管開窗工具能實現(xiàn)一趟鉆模式，即一次下鉆完成下斜向器并坐斜向器和套管開窗及修窗作業(yè)，該開窗工具串的組合為斜向器+銑錐+鉆柱銑+柔性短接+鉆柱銑+加重鉆桿+定向儀器+鉆桿，開窗工具下到側(cè)鉆點之后通過定向儀器調(diào)整斜向器的工具面，坐掛斜向器，脫手斜向器，開窗作業(yè)，修窗作業(yè)，起鉆完成開窗作業(yè)，工具工作原理及步驟如圖1所示。

1.1 工具結構

勝利177.8 mm(7″)套管一趟式鉆開窗工具由YT-150斜向器、XZ-151銑錐和ZX-154鉆柱銑組成[6]。其中斜向器與銑錐采用銷釘連接，銑錐和鉆柱銑采用螺紋連接，在開窗作業(yè)時同時下入井內(nèi)，可在中途不用起鉆更換鉆具的情況下，完成斜向器坐掛、套管開窗和修窗作業(yè)。該工具可與MWD或陀螺儀配合使用，通過更換部件，該工具可適用于不同磅級的7″套管開窗作業(yè)。

YT-150斜向器由錨定部分和導向斜面組成，它與XZ-151銑錐通過銷釘連接，YT-150斜向器內(nèi)部液壓系統(tǒng)與XZ-154銑錐內(nèi)部通過傳壓管線連接。

圖1 勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具工作原理及步驟

1.2 工具尺寸參數(shù)

勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具主要參數(shù)見表1。

表1 套管開窗工具參數(shù)

1.3 工作原理

開窗工具平穩(wěn)下入至坐掛位置并開泵確認好工具面后，重復開關泵5次確認關閉旁通閥，通過傳壓管線打壓控制斜向器內(nèi)部液力活塞下行，使卡瓦完全張開，坐掛于套管。緩慢下壓鉆具驗證斜向器已坐掛后，上提鉆具至剪斷銷釘，使得銑錐與斜向器分離，而后進行套管開窗作業(yè)。XZ-151銑錐頂部和肩部布有碳化鎢齒，具備良好的攻擊性，在下放鉆具過程中其肩部碳化鎢齒破壞套管壁，達到套管開窗的目的。ZX-154鉆柱銑外徑稍大于銑錐，兼有擴大窗口及扶正作用，可保證開窗工具達到足夠的剛性，避免在修窗段造成過大的局部全角變化率。開窗完畢后，旋轉(zhuǎn)并上下活動鉆柱銑，以達到修整窗口的目的。

2 勝利一趟式177.8 mm（7″）套管開窗工具施工工藝

套管開窗側(cè)鉆合理優(yōu)選側(cè)鉆點，側(cè)鉆點的選取首先要滿足下一井段定向井軌跡要求，避開套管接箍和套管外扶正器，套管外固井質(zhì)量滿足側(cè)鉆要求。其次對于綏中區(qū)塊而言，側(cè)鉆點盡量選取在館陶底礫巖以下，因為館陶底礫巖可鉆性差，對鉆頭和鉆柱損害較大，所以館陶組底礫巖也是側(cè)鉆點優(yōu)選所考慮的因素。側(cè)鉆點選取之后下斜向器之前要對斜向器坐掛位置上下10 m進行刮管作業(yè)，并大排量清洗套管內(nèi)壁，保證斜向器坐掛的成功率，刮管洗井結束之后開始下一趟式的開窗工具。

2.1 斜向器的坐掛

1）鉆臺組合開窗工具。斜向器+三段式銑鞋+變扣接頭+送入工具+旁通循環(huán)閥+MWD，測量MWD與斜向器的角差，斜向器下入到坐掛位置之后通過MWD工具面來確定斜向器的坐掛方位。

2）下鉆至斜向器坐掛位置。下鉆過程中控制下鉆速度，密切關注懸重變化，防止遇阻噸位過大，銑錐與斜向器之間的剪切銷釘提前剪斷。

3）接頂驅(qū)。200～300 L/min排量開泵頂通確認泥漿返出后可以提高排量至900～1 000 L/min使MWD出信號，維持此排量（禁止停泵或減少排量），完成斜向器工具面擺放的操作。

4）斜向器工具面擺放到正確位置后，再重復開關泵4次（每次排量大于等于900 L/min），第6次開泵緩慢提高泵壓，注意觀察立管壓力表，憋壓到約20 MPa，坐掛斜向器。斜向器坐掛成功后，上提下放鉆具使銑錐連接銷釘疲勞，然后逐漸過提懸重至20 t剪斷銷釘，銑錐和斜向器脫手。

2.2 開窗、修窗作業(yè)

銑錐與斜向器脫手之后，上提鉆具2～3 m，開泵緩慢下放至斜向器頂部，開始開窗磨銑作業(yè)。開窗參數(shù)：鉆壓2～3 t，排量1 000～1 100 L/min，轉(zhuǎn)速60～70 r/min，泵壓13～14 MPa，扭矩5～7 kN·m。開窗過程中可配合掃稠漿清潔井眼，開窗工具開窗窗口深度為2.6 m。開窗結束之后修窗作業(yè)，修窗時間要充分，至上下通過窗口無阻掛為止，以保證窗口平滑。修窗參數(shù)：排量1 100 L/min，泵壓13～14 MPa，轉(zhuǎn)速70～100 r/min，扭矩4～7 kN·m。修窗作業(yè)結束之后起鉆檢查銑錐，銑錐磨損程度不超過4.762 mm（3/16″）視為合格，否則下入備用修窗工具，重新修窗作業(yè)。

3 應用效果分析與技術優(yōu)勢對比

3.1 工具開窗效果分析

SZ36-1-DW井位于渤海海域綏中區(qū)塊，采用勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具，對該井177.8 mm(7″)套管進行開窗作業(yè)，優(yōu)選的側(cè)鉆點深度為1 398.5 m，開窗之后上窗口深度1 398.5 m，下窗口深度1 401.1 m。作業(yè)中將不同鉆井參數(shù)下對應的機械鉆速統(tǒng)計見表2。

表2 SZ36-1-DW井開窗鉆井參數(shù)

由表2可以看出，該工具進行開窗作業(yè)時使用低鉆壓及中等轉(zhuǎn)速即可保證相對較快的開窗鉆速，開窗過程中無蹩扭現(xiàn)象。開窗工具出井后，頭錐磨損3.175 mm(1/8″)，中錐磨損1.588 mm(1/16″)，尾錐磨損0.794 mm(1/32″)，銑錐表面磨損均勻，說明該工具斜向器斜面強度足夠，銑錐布齒合理。后續(xù)的鉆井及電纜測井作業(yè)中，工具及電纜過窗口無阻掛現(xiàn)象，說明鉆柱銑修窗效果良好。

3.2 工具技術優(yōu)勢對比

國產(chǎn)小井眼開窗工具多為兩趟鉆進行開窗作業(yè)，即第一趟鉆下入并錨定斜向器，而后起鉆更換開窗銑錐，進行套管開窗作業(yè)。在渤海油田首次采用國產(chǎn)一趟式開窗工具，去掉了一趟起下鉆工序，顯著提高了作業(yè)時效。SZ36-1-DW井一趟式開窗工具時效劃分為：組合開窗鉆具4.25 h，下鉆至斜向器坐掛位置5.0 h，坐掛斜向器1.25 h，銑錐與斜向器脫手1.0 h，開窗7.5 h，修窗3.25 h，起鉆3.75 h，甩開窗鉆具0.75 h。開窗工序總共用時26.75 h。一趟式開窗工具相對于之前常用的兩趟式開窗工具節(jié)約了一次起下鉆的時間，相對本井來說節(jié)約時間8.75 h，提效達到25%。

4 結論

1）勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具在渤海灣首次使用，結構可靠，斜向器一次坐掛成功，銑錐與斜向器一次脫手，開窗、修窗作業(yè)順利，后續(xù)鉆具起下均能順利通過窗口，此次使用較為成功。

2）開窗成功后應保留足夠的修窗時間，確認窗口平整，降低后續(xù)鉆井作業(yè)風險。修窗效果可根據(jù)開窗鉆具過窗口時有無阻掛現(xiàn)象及銑錐磨損程度綜合評價。

3）勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具較于兩趟式開窗工具，作業(yè)工序簡單，節(jié)約時效，使SZ36-1-DW井提效達到25%。

4）勝利一趟式177.8 mm(7″)套管開窗工具技術在SZ36-1油田的成功應用，為今后渤海小尺寸套管開窗側(cè)鉆提供了參考，具有較好的指導意義。