雙層套管開窗工藝在某井中首次成功應用

劉亮(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

0 引言

平常作業中所設計或作業的開窗側鉆一般指對單層套管進行開窗作業，作業工藝相對簡單，開窗難度相對較小；所謂的雙層開窗簡單來講就是同時對兩層套管(隔水導管+技術套管或技術套管+油層套管)一次性進行開窗作業，考慮到不同導管或套管的鋼級、材質和尺寸，以及兩層套管間的固井質量和間距等因素，使得窗口的形成難度增大，作業時間長，側鉆成功率低。因此，對開窗工具的改進和工藝的研究還是很重要的。

1 某井井況介紹和側鉆要求

某井的井身結構為Ф609.6 mm隔水導管×120 m+Ф339.7 mm技 術 套 管×397 m+Ф177.8 mm生 產套管×下至油層。根據施工設計，本井側鉆點選擇在130 m進行側鉆，需取出130 m以上Ф339.7 mm技術套管。

按照施工設計，該井于2017年5月1日至2017年5月8日進行了第一次撈取Ф339.7 mm技術套管作業，作業累計時間7.25 d。本次作業主要以套銑、切割打撈和磨銑Ф177.8 mm生產套管作業為主，但是磨銑至85.83～96.73 m時日進尺非常慢，僅為4.33 m/d，且磨銑損壞嚴重，考慮到實際作業情況與設計預想不同，工期超設計，再加上海上作業鉆井船高昂的日費，決定暫停磨銑作業思路，就地對Ф609.6 mm隔水導管+Ф339.7 mm技術套管雙層復合套管的開窗作業進行思路處理[1]。

2 雙層套管開窗技術及工況分析

鑒于海上油氣田雙層套管開窗技術(隔水管+技術套管)在國內還沒有成功應用案例，作業前對該井進行詳細的工況分析及技術研究。

2.1 雙層套管開窗難點

(1)開窗位置選擇：單層套管開窗一般窗口長度為3 m左右，所以一般選擇避開接箍且保證套管外固井質量優。但是雙層套管開窗的窗口銑錐要穿雙層套管，這兩層套管的接箍往往不會在同一位置，所以在選擇開窗點時難度很大，同時還要考慮套管外面固井質量等因素；

(2)開窗工具選擇：雙層套管開窗要穿越雙層套管，對銑錐的耐磨性和攻擊性要求很高，要滿足長時間作業對工具的磨損，但為了避免工具提前出窗口，對斜向器硬度要求并不是越高越好，銑錐在切削套管的時候，不易確定作用位置，無法很好地掌握在作業中的技術參數；

(3)雙層套管在開窗作業工程中會遇到兩個“死點”：上死點和下死點，在鉆壓和鉆柱等技術參數選擇上很重要，要打破內軟外硬的套管障礙是很難的技術操作；

(4)在作業中如何將產生的鐵屑及時并盡可能多地返出也是作業中的難點；

(5)在開窗作業中選擇什么樣的操作能開出足夠長足夠平滑的窗口來保證后續作業的進行也是重中之重。

2.2 雙層套管組合分析

如表1所示，最外層隔水導管壁厚和硬度遠遠大于技術套管壁厚和強度，稱之為“內軟外硬”型復合套管，從而增加了開窗難度。采用普通三段式銑錐開窗，當內層套管開出去后，頭錐就會處在兩層套管之間，如果再遇到雙層套管環空中無水泥環，那么頭錐再次切削厚度和硬度較強的隔水導管難度系數更大，開窗速度也大幅度降低，此時西瓜銑和尾錐正處于斜向器位置，長時間擠壓斜向器及錨定器，會加大錨定器松動落井風險。

表1 雙層套管井套管情況

2.3 內層套管偏心程度對開窗作業的影響

隔水導管和技術套管之間的相對關系存在兩種情況：(1)技術套管相對隔水導管居中；(2)技術套管相對隔水管偏移。而在實際作業中，往往以相對偏移這種情況居多(尤其是深層側鉆)，相對開窗側鉆難度增大。

如圖1所示技術套管處于居中狀態，在開窗作業過程前通過建立模型模擬窗口長度及相關作業參數來指導現場作業，但這是一種理想化狀態，這也是作業過程相對容易的一種情況。因此，在下套管作業過程中應盡可能保證套管居中，為后續開窗側鉆作業提供有利條件。

圖1 技術套管居中狀態

圖2和圖3都是屬于偏移情況，其中如圖2所示的向右偏移隔水導管的情況可看成加厚的單層套管開窗，這樣開窗工作量少，銑錐和斜向器磨損量小，可高效成功地將雙層套管開窗出去。這種情況在深層開窗比較常見。

圖2 技術套管偏移(右)狀態

相對于以上兩種情況，圖3偏移情況是雙層套管開窗作業中最常見的一種狀況，也是作業難度最大，成功率最低的一種。如果隔水導管和技術套管環空中有水泥環，內層軟套管開出去后環空中有水泥環承托銑錐按原來的軌跡進行切削至雙層套管開窗成功，期間單只普通復合銑錐可能不足以完成整個作業，尤其在切削水泥環和外層導管時，速度明顯減慢，作業工期時間長，對銑錐和斜向器的磨損較大；如果隔水導管和技術套管環空中沒有水泥環，當內層軟套管開出去后頭錐無支撐，就會卡在環空中，就會出現頻繁憋扭矩無進尺現象，無法保證窗口質量，導致開窗失敗[2]。

圖3 技術套管偏移(左)狀態

通過分析內層套管偏心程度可知，選擇在內層套管偏向外層套管一側方向(環空中最好有水泥環)進行開窗時，開窗成功率最大。

2.4 雙層套管側鉆參數設計

雙層套管開窗與單層套管開窗不同的是要通過兩個“死點”，可劃分為四個階段：

(1)頭錐接觸內層套管階段，該階段應該采用小鉆壓，低轉速磨出一個光滑接觸面；

(2)頭錐磨穿內層套管到通過 “上死點”階段，該階段銑錐切削正常，采用高鉆壓高轉速；

(3)“上死點”到“下死點”階段，該階段主要切削水泥環和外層硬質套管，采用高鉆壓高轉速使銑錐平穩通過“死點”位置；

(4)“下死點”到開窗結束階段，該階段采用高鉆壓中轉速使頭錐盡快通過窗口進入新地層。

3 現場應用

某井是渤海灣第一口成功實施雙層套管開窗的井。該井前期撈取Ф177.8 mm生產套管至96.73 m，側鉆點設計在89.40 m，對Ф609.6 mm隔水導管+Ф339.7 mm技術套管進行開窗作業[3]。

3.1 開窗鉆具組合

考慮到開窗點比較淺，為了保證窗口尺寸和有足夠的鉆壓加在銑錐上，采用剛性強的鉆具組合：12-1/4″復合銑錐 +12-1/4″鉆柱銑 +8″DC×3+ X/O+5″HWDP 。

3.2 開窗參數

由于現場對雙層套管相對偏移關系無法判斷，為了保證作業的成功率，在各個開窗階段優選了開窗參數。雙層套管開窗參數如表2所示。

表2 雙層套管開窗參數

(1)當銑錐剛接觸斜向器頂部并且銑錐頂部與套管內壁接觸時，應采用小鉆壓、低轉速，使套管壁首先磨出一個圓形接觸面；

(2)當銑錐與套管接觸面增加時，可提高鉆壓和轉速，快速磨銑至銑錐頭接觸到隔水導管內壁；

(3)從銑錐頭接觸到隔水導管內壁至“上死點”前采用大鉆壓，中轉速去磨銑隔水導管；

(4)到達“上死點”時進一步加大鉆壓，中轉速使銑錐頭穿過“上死點”，進而接觸到技術套管外壁；

(5)從“上死點”到“下死點”之前，適當降低鉆壓，提高轉速，使窗口平穩過度；

(6)到達“下死點”后應進一步加大鉆壓，使銑錐穿過“下死點”；

(7)“下死點”通過后，使用大鉆壓高轉速使銑錐迅速進入新地層，形成新的窗口；

(8)最后就是使用小鉆壓，高轉速進行修窗作業。

最終，某X井采用合理的鉆具組合，優選開窗參數，一趟鉆高效完成了雙層開窗作業，上窗口89.40 m，下窗口95.70 m,窗口長度6.30 m，后續起下鉆、下套管過窗口無阻掛現象，優質高效完成開窗作業[4]。

4 結語及建議

(1)開窗前應進行理論分析，選擇合理的技術參數進行作業前模擬，更好地指導實踐開窗作業；

(2)雙層套管開窗時應考慮到開窗組合的剛性問題，為后續作業鉆具過窗口提供保障；

(3)斜向器斜面材質的選擇很重要，根據所開窗套管的剛級和材質選擇合適硬度的斜向器斜面，確保斜向器安全的前提下，開出更長更平滑的窗口；

(4)雙層開窗時應盡量選擇雙層套管偏移量嚴重的方向(環空間隙小)進行開窗，可提高開窗成功率；

(5)雙層套管開窗過程中，重視兩個“死點”位置，優選開窗參數，尤其對“內軟外硬”型復合套管開窗；

(6)針對多層套管鍛銑、磨銑難度大的井型，雙層套管開窗是一種成本低、見效快、成功率高且作業程序簡單的方法，能在短時間內完成開窗側鉆作業，在調整井作業中效果顯著。