小井眼高效一體式開窗工具的研究與應用

王磊，郭天星，王琦，衣方宇，張司藝，白潤飛

（1.中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程技術研究院，遼寧 盤錦 124010；2.中國石油集團長城鉆探工程有限公司蘇里格氣田分公司，遼寧 盤錦 124010）

隨著長慶油田的深入開發，為了有效的挖掘井間剩余油氣藏，提高油田的整體動用程度，未來，側鉆水平井開發將會越來越多。長城鉆探自2006開發長慶蘇里格，12年開展側鉆水平井以來，截至目前，已經完成側鉆水平井40 口，極大的提高了井間剩余油氣資源，為蘇里格的穩產上產做出了重大貢獻。

在前期實施的這些側鉆水平井，為了提高開窗成功率和窗口質量，分體式導斜器及復式銑錐應用較多，但其施工工序多而影響側鉆水平井的整體時效與成本。針對此情況，蘇里格二項目開展了側鉆水平井提質提效工作，依托長城工程技術研究院，開展了一體化開窗工具的研究與應用。該工具在現場應用后，減少了開修窗起下鉆次數，規避了起下鉆過程中窗口問題，提高了窗口質量，在降低了成本和提高窗口的安全性方面起到了積極作用。目前該工具已經成功應用5 口井，結果表明，該工具提高了側鉆井效率，操作簡單，具有很好的推廣應用前景。

1 深井小井眼一體式開窗工藝技術

1.1 工具結構

深井一體式開窗工具主要由送入銑錐、剪切螺栓、連通裝置、斜面總成、液壓總成（卡瓦牙）、封隔器總成等部分組成，如圖1。

1.2 工作原理

工具到井后，認真檢查外部結構，檢查銑錐母水眼內清潔無雜物、連接處固定牢靠無裂痕、導斜器液壓總成處卡瓦牙固定牢靠、封隔器總成固定牢靠。

工藝原理：

1）準備工作：工具下到預定位置后，調節方入，保證方鉆桿入轉盤（頂驅不考慮），鎖死剎把，連接管線。

2）坐封工作：小排量鉆具內灌液，觀察泵壓；泵壓升高，液體推動工具的液壓總成內的活塞上下移動，推動卡瓦牙外神，直至與套管內壁接觸，泵壓繼續上升至坐封壓力（23～25 MPa）；連續打壓3次以上，每次穩壓5～10 min，使卡瓦牙錨定在套管內壁上，保證導斜器一次完全坐封在套管上；同時，在打壓過程中，封隔器總成也開始工作，保證對下部套管實現完全密封。

3）檢查坐封情況及實現銑錐與導斜器脫離：憋壓3 次后，上提鉆具，觀察懸重變化（一般上提20～30 kN），下放鉆具，觀察懸重變化（一般下壓20～30 kN），檢查導斜器是否坐封，坐封到位后，放置鉆具至中和點（建議：現場指重表鉆壓為零或上提10～20 kN），以20～40 r·min-1低速正轉鉆具，觀察扭矩變化（3 000 m 鉆具限定扭矩設置20 kN·m），鉆具突然釋放扭矩，正常剪切分離，然后下壓80 kN，檢查導斜器坐封效果。

4）開窗：與導斜器面接觸，上提下放至鉆具懸重為0，標記為“0 刻度線”，開泵返出正常，正常磨銑開窗作業。

注：一體式開窗工具下入前一定要用標準通井規（外徑大于導斜器2～3 mm）通洗井，其導斜器部分為先置球設計，采用的是單流閥方式，下鉆過程中嚴禁開泵。

1.3 工具優點

工具優點有：（1）工具采用液壓式坐封，較機械式坐封更為可靠，操作更為簡單；同時該工具采用的預先內置球，坐封更安全；（2）與常規分體式相比，可減少一趟起下鉆，一次完成工具坐封直接進行開窗與修窗作業；（3）在深井中進行開窗側鉆，提高側鉆效率明顯；（4）下部帶有封隔器總成，實現了下部老井套管的有效密封。

1.4 主要技術參數

一體式開窗工具主要參數見表1，施工參數見表2。

表1 工具參數

表2 施工推薦參數

1.5 施工工藝

YD-118 一體式開窗工具主要施工工藝：

1）預先內置球設計，通過管內灌液憋壓壓方式，實現液壓總成作用，推動上下卡瓦牙塊，實現導斜器坐封。

2）導斜器坐封到制定位置后，銑錐轉動，與斜面分離，開始開窗工作。

3）開窗完成后，利用銑錐本體和鉆鋌本體，實現對窗口的反復磨銑和修復。

4）完成開修窗，取出銑錐，改換鉆頭繼續鉆進。

注：本工具能實現窗口位置精確坐封，規避套管接箍，利于開窗側鉆。

1.6 施工注意問題

應用一體化開窗工具施工中需要注意的幾個問題：

1）原井筒必須通暢，滿足一體化導斜器下入的需要。

2）下工具前，檢查工具水眼，是否暢通，下鉆過程中，確保鉆具水眼通暢，灌液過程中，保證鉆井液清潔，無結塊情況。

3）下鉆過程中，均勻送鉆，如遇阻，下壓不得超過20 kN，不能通過后，記錄井深，起鉆修復井筒。

4）開窗過程中，送鉆平穩，參數參考施工參數設計，時刻關注轉盤扭矩、懸重、泵壓變化，觀察好鉆井液返出情況，出口處放置磁性裝置。

5）開窗磨銑過程中，長時間進尺慢或無進尺，嘗試改變施工參數進行施工。

2 現場應用情況

以S10-1XCH 井為例，該井構造位置在伊陜斜坡北部中帶，位于內蒙古自治區烏審旗西，該井老井為直井，于2006年9月完井，于2020年11月停產封井，為了挖掘剩余油氣資源，決定進行側鉆水平井施工。

2.1 老井基本情況

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

井身結構為311 mm 鉆頭*244.5 mm 表層套管+215.9 mm 鉆頭*139.7 mm 套管，側鉆位置為氣層套管139.7 mm，鋼級N80，壁厚9.17 mm。

2.2 窗口位置選擇

為了保證窗口質量和降低側鉆施工難度，窗口位置選擇同時遵守以下基本原則：

1）根據老井測井解釋，選擇固井聲幅質量優質的井段。

2）根據錄井巖屑草圖，選擇砂巖穩定地層。

3）核實新老井的補芯差，規避老套管接箍位置，選擇套管中部開窗。

4）S10 區塊區域性漏失嚴重，尤其在劉家溝組地層，根據地質分層，避開劉家溝組地層，選擇石千峰組地層開窗。

2.3 側鉆軌跡設計

S10-1XCH 井側鉆剖面如表所示，根據側鉆軌跡和窗口選擇，下入一體化開窗工具，從2 985 m開始側鉆，側鉆井段4 m，井斜由0.72°，增加至3°，方位從34.53°調整至156.05°。

表3 側鉆水平井剖面設計表

2.4 開窗鉆具組合

窗口的品質不僅與開窗工具有直接關系，同時與修窗過程中的鉆具組合密切相關，建議采用下面開窗鉆具組合：

開窗鉆具組合：YD-118 mm 一體式開窗工具+105 mm鉆鋌2根+88.9 mm加重鉆桿15根+88.9 mm鉆具若干。

優點：

1）提高開窗效率，施加鉆壓。

2）使用鉆鋌修窗，提高窗口質量。

2.5 鉆井液保障

開窗過程中，隨時調整和完善鉆井液性能，尤其是攜砂性和防塌性：

1）開窗過程中，保證鉆井液粘度，保證開窗過程中的鐵屑、巖屑及時攜帶出井口，保證不影響之后的儀器的下入。

2）開窗進入裸眼地層后，鉆井液要有充足的防塌性能，保證出窗后的裸眼段井壁穩定，不影響工具的下入。

2.6 現場施工情況

長城鉆探蘇里格自營區塊S10-1XCH 井應用YD-118 一體式開窗工具。

1）封堵原射孔井段，試壓合格后，組織開窗工具組合：

①通井組合：118 mm 通井規（3～5 m）+轉換接頭+88.9 mm 鉆具，通井至窗口以下5 m，不刮不卡，目的模擬一體式導斜器下入。

②開窗鉆具組合：YD-118 一體式開窗工具+105 mm 鉆鋌2 根+轉換接頭+88.9 mm 加重鉆桿15根+88.9 mm 鉆桿若干。

2）工具坐封：下至預定深度后，連續憋壓3 次，每次達到24 MPa，穩壓5 分，憋壓完成后，上提鉆具懸重增加30 kN,下放鉆具至懸重減少30 kN,確保工具坐封，然后上提鉆具20 kN，頂驅正轉17 圈后，扭矩突然釋放，泵壓下降，鉆井液返出，上提不刮不卡，下壓80 kN 懸重無變化，完成丟手坐封。

3）磨銑開窗：初始階段:鉆壓5～10 kN，轉速50～60 r·min-1;騎套階段：鉆壓35 kN，轉速65 r·min-1;出套階段：鉆壓30～40 kN，轉速65 r·min-1。（具體依據現場情況，開窗過程中，如果出現進尺變慢，在保證安全的情況下，可以停泵停轉盤鉆具下壓來破壞套管，導斜器承重能達到35 t 以內）。

4）修窗階段：修窗，采用高轉速，低鉆壓，上下反復修窗，做到停泵停轉盤，上提下放不刮不卡，控制在10 kN 以內完成開窗作業。

3 側鉆應用效果與評價

3.1 側鉆效果

由表4可以看出，YD-118 一體式開窗技術在三口井中均取得了一次坐封開窗成功，成功率100%，平均開窗時間7 h，與分體式相比，減少時間5 h，節約時間比為41.67%。

表4 開窗數據

3.2 效果分析

經后期起下鉆及完井下尾管檢驗，應用一體式開窗技術的窗口，與分體式銑錐開窗效果一致，未出現窗口起下鉆刮卡現象，同時，未出現與順延老井套管情況，窗口質量滿足施工需要。

4 結束語

1）開窗位置選擇點極為重要，是成功開窗和成功側鉆的基礎條件。

2）對于造斜段施工井段短、大斜度段、降斜段、水平段開窗，建議必須采用陀螺擺工具面，降低開窗后側鉆后期施工難度，增加側鉆的成功率。

3）針對于大斜度井和水平段開窗井，有必要使用倒裝鉆具組合，提高開窗成功機率。

4）應用一體式開窗工具，較其他普通分體式導斜器平均節約時間18.25 h,目前應用的5 口井，成功率達到100%，為下一步老井開窗側鉆提供了借鑒和指導意義，下一步將固化開窗工藝模塊，在全區域進行推廣應用，促進側鉆井整體提質提效。