可循環式開窗工具研制與應用

鐘 暉

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413）

側鉆開窗已經成為油田發展后期的重要手段，側鉆開窗是油田開發后期重要的增產手段，具有以下優點：①可使老井復活，保證原有的井網完善；②延長油井年限，提高采收率；③充分利用原井眼降低生產成本；④節約基建費用，保護環境；⑤可獲得最新地質材料，為后期開發提供依據。常規的開窗工具在下入管柱的過程中，工具及鉆具水眼內會進入大量的油砂，常規開窗工具受結構所限無法將油砂排出，導致陀螺定位無法得到有效數值，甚至在打壓坐封時，液壓無法有效傳遞至錨定機構上，使得坐封失敗，嚴重影響了施工進度。

為解決常規開窗工具在老井側鉆過程中遇到的難題，研制了可循環式開窗工具，既可以實現常規開窗工具結構簡單、錨定力強等優點，同時下到指定位置后可以進行循環作業清除管內油砂，保證了側鉆施工的成功率。

1 可循環式開窗工具的結構

可循環式開窗工具主要由上接頭、送入桿、扶正盤、導斜體、噴管、外殼體、上下卡瓦、上下活塞、中心桿等部件組成（如圖1所示）。

圖1 可循環式開窗工具結構示意圖

1.1 工作原理

工具上接頭連接鉆具并隨鉆具下至設計井深，調整至預定方位，開泵憋壓至15～20MPa，推動上、下活塞外推上下卡瓦錨定在套管內壁上，特殊的鎖定裝置鎖定活塞，正轉鉆柱倒扣起出送入工具。然后，下入配合的開窗銑錐一次即可完成開窗作業。

1.2 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，推動卡瓦牙外伸，直至與套管內壁接觸，泵壓繼續上升至坐封壓力（19～21MPa），穩壓5min，壓降不超過1MPa，使卡瓦牙錨定在套管內壁上，保證工具一次完全坐封在套管上。

（3）檢查坐封情況及實現銑錐與工具脫離：穩壓5min 后，上提鉆具，觀察懸重變化（一般上提20～30kN），下放鉆具，觀察懸重變化（一般下壓20～30kN），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10～20kN），以20～40r/min低速正轉鉆具，觀察扭矩變化（3000m 鉆具限定扭矩設置20kN·m），鉆具突然釋放扭矩，正常剪切分離，然后下壓80kN，檢查工具坐封效果。

（4）開窗：與工具斜面接觸，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：可循環式開窗工具下入前一定要用標準通井規（外徑大于導斜器2～3mm）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 施工工藝

可循環式開窗工具主要施工工藝：

（1）按表1 中鉆具組合設計連接鉆具，井口測量角差；

表1 坐掛工具作業鉆具表

（2）鎖定轉盤，以每柱（2 根一柱）3min 的速度下入可循環式開窗工具坐掛組合，工具頂部到達設計深度；

（3）下鉆時，仔細觀察指重表，每下10 柱（20 根鉆桿），上下活動鉆柱稱量并記錄；

（4）當可循環式開窗工具通過套管尺寸變化位置時要特別注意阻卡掛碰，緩慢下放；

（5）下鉆到預定開窗位置后，測套內前磁，根據測量結果，校正井深，在鉆桿處做好標記。

（6）下陀螺儀測可循環式開窗工具方向，調整可循環式開窗工具斜面至指定方位（嚴禁正轉鉆具，反轉調節方位后上提下放釋放應力）；

（7）可循環式開窗工具坐掛，開泵憋壓到19～21MPa，穩5min，壓降不超過1MPa即可；

（8）丟手送入工具，轉盤正轉24 圈以上，觀察泵壓下降至0MPa。此時，可下放鉆具加壓2～3t確認斜向器是否坐住，確認后起出送入工具；

（9）起出送入工具勻速起鉆，把鉆桿立在井架上。坐掛工具作業鉆具表如表1所示。

1.4 施工注意問題

應用可循環式開窗工具施工中需要注意的幾個問題：

（1）原井筒必須通暢，滿足可循環式開窗工具下入的需要。

（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20kN，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 可循環式開窗工具性能參數及技術特點

2.1 性能參數

該工具系統的性能參數如下：最大外徑118mm；工具通徑50mm；工具長度3980mm；適應井徑118～124mm；適應溫度150℃以內；打開壓力10～15MPa。

2.2 技術特點

（1）工具結構簡單，加工難度低，結構優化后組裝簡易。

（2）設計了錨定卡瓦，能夠穩定有效在套管內支撐，可承受的重量達到300kN以上。

（3）研制了可循環式噴嘴及中心管，球下落到工具下端后便可打壓坐封。

（4）斜面采用高頻淬火處理，硬度遠高于套管本體，保證側鉆成功。

3 現場應用實例

可循環式開窗工具目前在大慶采油七廠臺105 區塊成功應用7口井，全部施工成功，見表2。

表2 大慶采油七廠臺105區塊工具施工情況表

以T96-S134 井為例，該井構造位置在大慶采油七廠臺105區塊，位于黑龍江大慶肇源，為了挖掘剩余油氣資源，決定進行老井側鉆工。

3.1 老井基本數據

T96-S134 井位于大慶采油七廠臺105 區塊，全井射開砂巖厚度5.2m，有效厚度3.7m，主要發育PI32 層，有效厚度2.0m。初期日產液1.7t，日產油1.5t，含水9.5%。2010 年11 月壓裂，初期日增油1.2t。2020 年7月日產液1.4t，日產油0.6t，綜合含水56%，累積產油量0.45×104t。

3.2 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。

3.3 側鉆軌跡設計

T96-S134 井設計垂深1418.9m，斜深1792.16m，開窗點位置1439m，入靶點垂深1437.50m，側鉆水平段長260m。目的層位PI3層，側鉆方位角NE111°，入靶點橫向位移60m，目的層鉆進方向地層上傾，傾角4.09°，水平段鉆進平均井斜角94.09°。側鉆剖面如表3所示，根據側鉆軌跡和窗口選擇，下入可循環式開窗工具，從1439m 開始側鉆，側鉆井段2.9m，井斜由17.42°增加至19.22°，方位從137.22°調整至130.00°。

表3 T96-S134 井軌道設計

3.4 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，建議采用以下開窗鉆具組合：

開窗鉆具組合：可循環式開窗工具+陀螺定位接頭+?73mm 鉆桿（1 根）+?73mm 短鉆桿（標記短接）+?73mm鉆桿（到井口）。

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。

3.5 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。

3.6 現場施工情況

大慶采油七廠臺105區塊T96-S134 井井應用可循環式開窗工具。

鉆具組合：

（1）清洗通井：?120mm×1.5m 通徑規+?73mm 鉆桿（到井口）；

（2）刮壁：GX140T 套管刮削器+?73mm 鉆桿（到井口）；

（3）坐掛工具：可循環式開窗工具+陀螺定位接頭+?73mm鉆桿（1根）+?73mm短鉆桿（標記短接）+?73mm鉆桿（到井口）；

（4）開窗磨銑：?120mm 銑錐+?88.9mm 鉆鋌（8根）+?73mm鉆桿（到井口）；

施工參數：鉆壓5～15kN；扭矩1～6kN·m；排量8L/s；泥漿密度1.12g/cm3；

施工情況：開窗進尺3.48m，開窗結束后反復修窗10次，上提下放無刮卡顯示。

3.7 效果分析

經后期起下鉆及完井下篩管檢驗，應用可循環式開窗工具的窗口，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 結論

（1）可循環式開窗工具結構新穎、性能可靠、使用方便,可以解決老井側鉆過程中油砂進入管柱內造成坐封失敗的技術難題；

（2）與常規開窗工具相比，該工具的結構更加簡單，組裝工藝簡化，同時在下鉆后具有可循環的特點，大大提高了工具施工成功率；

（3）與常規的開窗相比,可循環式開窗工具有效地針對了老井側鉆的所帶來的困難，保證原有工具的特點外增加了可循環功能，提高了坐掛成功率。具有良好的推廣應用前景。