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1、侧钻工艺技术,第一节 侧钻工艺原理及技术关键一、概述1、侧钻种类斜向器侧钻：在套管内欲开窗的位置固定一个斜向器，开窗工具靠斜向器的导斜作用开出窗口的侧钻工艺。自由侧钻：欲开窗的位置不下斜向器，利用井下错断的套管或套管内落物的偏斜作用开出窗口的侧钻工艺。定向侧钻：对侧钻开窗的方位有明确要求的侧钻工艺。非定向侧钻：对侧钻开窗的方位无明确要求的侧钻工艺。,侧钻水平井：套管开窗井眼曲率、方位、水平段垂深、水平段长度有严格要求且井斜角达到85以上的侧钻工艺。侧钻分枝井及侧钻丛式井：在同一个套管里多处开窗侧钻或在一处开窗多方向侧钻，各个侧钻的轨迹、方位、井眼曲率、水平段垂深、长度各自有严格要求，形成不同方
2、位，不同井眼曲率的分枝或多底定向井或水平井。,2、侧钻的适用范围（1）套管损坏严重，无法修复的井。（2）井下发生复杂事故，无法处理的井。（3）油层出砂严重，套管又有损坏，无法采取防砂工艺的井。（4）需要钻开井底附近新的含油层系。（5）在海上、湖泊、大陆钻多底井等特殊要求。,3、侧钻方式选择 侧钻方式选择应根据油田勘探、开发及油藏工程的要求，保证实现侧钻的目的，根据油田构造特征、油、气、水产状，侧钻后有利于提高油井产量和采收率及改善投资效益的原则。,4、窗口选择（1）为减小裸眼井段长度，缩短建井周期，窗口位置应保证有足够造斜井段的条件下尽量接近目的层。（2）窗口位置应选择在比较稳定的地层，避免在
3、岩石破碎带、漏失地层等复杂层位，以避免开窗时出现复杂井况。（3）窗口应选择在远离事故井段或套管损坏井段以上30m左右，有利于避开原井眼。,4）窗口以上上部套管应完好，无变形、漏失、破裂现象，以利于侧钻施工的采油工艺。（5）窗口应选择在固井质量好、井斜小的井段，并避开套管接箍。（6）窗口选择在上述原则的基础上，必须进行严格的通井和上部套管试压。,二、工艺原理 在选定的套损井的套损点以上某一合适深度位置固定一专用斜向器，利用斜向器的导斜和造斜作用，使专用工具如铣锥等在套管侧面开窗，形成通向油层的必由通道，然后由侧钻钻具（包括钻头）斜直向钻开油层至设计深度，下入小套管固井射孔完成。,三、技术关键1、
4、原井严重套损部位以下报废处理（1）原井层系间不能窜通，至少在平面半径5m以内层间不能窜通，否则窜通会绕过层段上窜到侧钻完成的上部套管内。因喇叭口完井悬挂小套管处密封性能差，而窜通将干扰影响侧钻完井的“新井”，所以原井层间需处理。,（2）原则上原井套损部位以下落物需捞尽。套损部位以下有落物，则层间不能验窜封窜，也会影响套损部位以下套管的水泥挤注封堵深度，所以一般情况下，套损部位以下落物需捞尽。（3）原井套损部位以上30-50m以至人工井底的水泥封固报废。原井需报废处理，否则将影响干扰侧钻完井，而报废应达到井下无落物、层间无窜通、井内（套损部位）无窜流。,2、套管开窗技术 套管开窗就是在套管井眼的
5、侧面专用铣锥钻磨出一条一定长度和宽度的豁口，使裸眼钻进的钻具及完钻后下入小直径套管能顺利通过。（1）斜向器开窗1）斜向器的送入与固定 斜向器的重要作用是导斜，使开窗铣锥能在套管侧面开出出利于侧钻和完井套管下入的窗口。斜向器的固定位置一般应选在套损部位以上20-30m的完好套管部位，且在两个套管接箍之间。,双卡瓦封隔器锚定法 双卡瓦封隔器锚定斜向器主要是靠卡瓦锚定器锚定套管，封隔器胶件密封油套环空，使套损部位以上20-30m间的斜向器以下井段封隔密封，不用挤水泥浆封固，定向较为简单。因双卡瓦封隔器的上端配有斜向引键，封隔器被锚定后下入带有锚定装置的斜口引鞋，斜向器与被锚定的封隔器上端对接，固定斜
6、向器，从而使斜向器既不能上下窜动，也不能左右窜动，从而实现完全的机械式送入与固定斜向器。,挤注水泥浆固定法A先期注入法 先期注入水泥浆后，起出注入管柱，再用送斜管柱将斜向器送至设计深度，然后靠管柱重量剪断送斜器与斜向器间的连接销钉，起出送斜管柱候凝。B后期注入法 斜向器与送斜器均有循环通道，先将斜向器送至设计深度位置后，注入水泥浆，然后剪断送斜器与斜向器间的连接销钉，起出送斜管柱候凝。,2）套管开窗与窗口修整 套管开窗的关键是开窗工具的选择使用和开窗时铣、磨、钻三参数（钻压、转数、排量）的合理配合。窗口长度、宽度的规则与否和光滑程度将对裸眼钻进、井斜、钻具起下、测井、下套管等有重大影响。开窗钻
7、具结构 27/8钻杆、开式下击器、配重钻铤3-5根、钻铰式铣锥,钻铣（开窗）参数起始时，钻压0-5kN 转数20-30r/min 排量0.3-0.5m3/min 泵压15MPa无跳、别钻现象，开窗稳定后 钻压15-30kN 转数40-60r/min 排量0.4-0.6m3/min 泵压15MPa,窗口长度确定 侧钻时要求的套管开窗应能满足起下钻具、测井、下小套管等顺利通过窗口无刮阻现象。,（2）段铣开窗 段铣开窗是用套管锻铣工具铣去套管20-25m，再通过其它技术形成一个造斜点。段铣钻具组合：钻杆、钻铤、段铣工具、扶正器段铣套管：确认刀片在切割位置后定点先缓慢启动转盘20r/min，然后开泵，
8、泵压不小于8Mpa，转速40-60r/min，套管切断后将有1.2-1.4Mpa压降。则泵压平稳后正常段铣套管。,（3）其它开窗技术段铣与斜向器结合开窗：用段铣方法先段铣套管，再下斜向器造斜。爆炸开窗技术：利用炸药的聚能效应原理和控制爆炸原理，在套管内瞬时完成开窗作业。自由开窗技术：利用井内原有管柱落鱼在套管破损处自由磨铣开窗，或在套管错断处自由磨铣开窗。,3、裸眼钻进技术 裸眼钻进时的裸眼轨迹如何将直接影响测井、完井套管的下入及固井质量的好坏。（1）钻具组合27/8钻杆、105mm配重钻铤6-8根、118mm三刮刀钻头（2）钻进参数 钻压30-50kN 转数60-100r/min 排量0.3
9、-0.4m3/min 泵压15Mpa,4、侧钻工作液的配制要与所需钻进井段地质条件配伍5、下套管与固井技术（1）套管串结构：27/8油管柱、套管尾管悬挂器、101.6mm套管、阻流环、套管鞋。（2）固井水泥浆的挤注泵压15Mpa左右使环空的水泥浆呈紊流状态，最大限度地破坏掉井壁上的泥浆泥饼，提高固井质量。6、测井与射孔技术,第二节 侧钻施工步骤一、原井报废1、套管技术状况检测（1）工程测井法或铅模打印法检测、核实套管技术状况1）套损程度、几何形状、深度位置。2）落物状况、鱼顶形状、深度，落鱼结构。（2）通井规通井,2、打捞原井内落物3、修整套损部位4、对原井眼套损部位以下封堵报废1）油层间验窜
10、、封堵窜。2）套损部位以上2030m至人工井底用水泥浆循环挤注封固，水泥浆应上返至套损部位以上2030m，为套管开窗位置的先定打好基础。5、上部套管试压,二、固定斜向器1、水泥浆固定法1）开窗位置应选在套管完好部位避开接箍，距套损部位至少30m以上。2）将送斜向器管柱缓慢下入。3）斜向器到位后，核定深度无误后，斜向器尾部支座于封堵水泥面上，开泵循环井内工作液，正常后挤注水泥浆。挤注完后，用工作液顶替水泥浆至斜向器以上23m处。,4）提起送斜面向器管柱向下顿击，剪断送斜器与斜向器连接销钉，然后上提送斜器0.51m，大排量冲洗斜向器，洗出多余水泥浆。5）候凝固化。6）若送斜器与斜向器均无循环通道，
11、则应先用专用管柱挤注水泥浆，然后起出管柱，再下入斜向器，到位后顿断销钉，提起送斜器候凝。,2、卡瓦锚定固定法1）送斜管柱：油管柱（或钻杆柱）、送斜器、斜向器与尾部装置。缓慢下入送斜管柱，不得刮、碰尾部结构。2）斜向器到达深度位置后，记录管柱悬重，缓慢转动管柱，同时下压管柱，使卡瓦坐卡机构摩擦块与套管摩擦，卡瓦锥座下行，胀开卡瓦密封件，3）卡瓦完全胀开后，试提管柱150200mm，悬重明显上升，卡瓦已完全咬住套管，继续上提管柱拉断销钉，提起送斜器。4）起出送斜管柱。,3、桥塞锚定法1）用电缆或管柱将桥塞送至设计位置，引爆坐封桥塞或水力憋压坐封桥塞。2）测桥塞顶部凸起键方位，可用单点成像仪或彩超成
12、像与陀螺方位仪测出桥塞顶部凸起键方位角。3）连接斜向器与复式或钻铰式铣锥入井。,4）根据测得的桥塞凸起键方位角调整斜向器角度，使斜向器斜面与设计侧钻方位相符。5）斜向器与桥塞对接锚定后，下放钻具加压，剪断销钉，使开窗铣锥脱离斜向器连接部位，即可启动转盘磨铣开窗。,三、套管开窗1、套管开窗三阶段（1）铣锥与套管接触阶段 开窗磨铣伊始，铣锥开始磨铣斜向器顶部，同时铣锥顶部（前端部）直径圆周与套管内壁接触磨铣，使套管壁首先被均匀地磨铣出一个接触圆面。此时，钻压应轻，一般不超过10kN，转数应低，一般不超过40r/min。当铣锥与套管接触面增长，已磨铣出一较深且长的斜面后，可提高钻压，进行较快速磨铣。
13、钻压可提高到1530KN，转数可提高到6080r/min，排量保持0.5m3/min左右即可，以达到快速切削磨铣套管。,（2）铣锥中部直径圆磨出套管段 从铣锥中后部直径圆接触套管内壁到底部圆直径部磨出套管，此段很容易造成铣锥提前外滑出套管，使窗口与套管轴线夹角增大，因而造成完钻井底水平位移比较大。所以，此段应保持轻钻压，较高转数钻进，一般钻压控制在10kN以内，转数保持控制在6080r/min以内，使铣锥磨出套管后，沿套管外壁均匀斜直向下钻进，以保持窗口的长度。,（3）铣锥底部（尾部）最大直径段全部铣出套管 从铣锥底部（尾端圆直径）铣出套管到铣锥最大外径端全部铣出套管，此段是窗口最后形成段，也
14、是保证下窗口圆滑的关键段。此段钻压不可增加，稍一加压，铣锥很容易滑到井壁，保证不了窗口长度的圆滑。因此，应悬吊快速铣磨，磨铣进尺长度约为一段磨铣面长度，钻压一般不超过3kN，转数可提高到80120r/min。 根据复式铣锥或钻铰复式铣锥开窗情况，必要时可用单式铣锥提前进行加长窗口和修整窗口。,2、开窗时应注意的事项1）开窗钻具配合应能满足设计要求，井底水平位移要求较短时，铣锥之上应加配刚性强的钻铤68m，或加重钻杆，以保证窗口长度。 2）如需更换铣锥，直径应保持一致，铣锥最大直径应大于完井所下套管接箍8mm以上，以保证裸眼轨迹规整，使套管串顺利入井。如需更换尺寸不同的铣锥时，原则上只许小换大，
15、不得大换小，以免铣锥磨铣时产生台阶，使裸眼钻进增加难度。,3）修整窗口时，铣锥容易悬空锥进，高速转动容易脱扣，因此钻具必需上紧扣，做好防掉防卡工作。 4）开窗前，必须保证设备、设施、工具、仪器仪表、钻具、侧钻工作液性能等的灵活、灵敏、可靠。 5）开窗三阶段及加长、修整窗口时，必须保证措施的有效实施，同时预防措施，同时预防措施应得当。,3、开窗操作程序 1）组配连接钻具。 钻具结构为（自上而下）：上部3方钻杆、27/8钻杆、开式下击器、配重钻铤，安全接头、复式铣锥或钻铰式复式铣锥。 所有钻具均应涂防粘扣密封脂，旋紧扭矩不低于3200Nm。 2）钻具入井 铣锥等工具入井后，下放速度不应超过3m/s
16、。,3）铣锥至斜向器12m时，开泵循环工作液记录钻柱悬重。 4）缓慢下放钻柱，铣锥接触到斜向器斜面后，悬重下降不超过5kN，启动转盘，转数控制在40r/min以内，磨铣开窗。 5）按前述三个阶段要求进行开窗。,四、裸眼钻进 套管侧钻的裸眼钻进基本同常规普通钻井相同，但又有所区别。侧钻的裸眼钻进又有独自特点，就是钻进时井斜角度较大，由斜向器斜面斜度 3左右开始，到开窗完成，裸眼钻进时的井斜角可能会增到45左右，钻具在窗口处的通道很小。一般118mm铣锥开出的窗口，最大直径也不过122124mm裸眼。钻头一般选用118mm三刮刀钻头。所以与窗口间隙也只有23mm左右，钻具与窗口总是不断在磨擦。另外
17、，钻具与原套管井眼及裸眼井筒间隙也很小，钻杆或钻头等一旦脱落不易打捞等，这些都是有别于普通钻井的。因此，侧钻的裸眼钻进应格外慎重，必需预防卡钻、断脱钻具等事故的发生。,1、裸眼钻进程序步骤要求1）窗口修整加长并达到规整圆滑之后，起出开窗、修窗钻具。必要时用彩色超声波成像法检测窗口状态。 2）组配连接裸眼钻进钻具 钻具组合结构（自上而下）：3方钻杆、27/8内平钻杆（或正规钻杆）、开式下击器、配重钻铤、钻头（优先选用三刮刀钻头、其次为PDCA钻头，三牙轮钻头）。 入井钻具螺纹旋紧扭矩不低于3200KNm，涂防粘扣密封脂。,3）钻头下至斜向器以上0.51m时，开泵循环工作液，缓慢下放并同时转动管柱
18、，使钻头沿斜向器斜面引滑出窗口至遇阻。此时应记录清楚钻具悬重，遇阻时悬重下降不超过2KN。 4）继续保持0.5m3/min左右排量循环冲洗。转数控制、保持在6080r/min，钻压控制保持在1020KN，以较轻悬重、较快转速钻进12个单根。,5）每接换1个单根，应上下划眼35次。 6）以3050KN钻压，80120r/min转数、0.50.8m3/min排量，快速钻进。 7）钻达设计深度后，反复划眼35次，并循环工作液。,2、裸眼钻进注意事项 1）裸眼内的钻进钻具强度应高于套管内钻具强度，避免发生折断钻具现象。一旦发生断脱，裸眼内的落鱼不易打捞。 2）起下较大直径的钻具、工具通过窗口时，应操作
19、平衡，缓提慢放，防止顿击，划碰窗口。 3）经常检查和及时调换窗口位置上下钻杆、钻具，防止磨断磨损钻具。当钻进进尺较缓慢时，应预防和防止窗口钻具钻杆的长期定位磨损。 4）随时调整侧钻工作液性能，务使工作液始终保护最佳性能。,5）特别注意钻压、转数、排量的配合，尽量保持合理最佳配合，以利快速钻进。 6）始终保持钻进的连续性，因故停钻，必须将钻头提出窗口。 7）随时作好防掉、防卡、防断、防喷等工作。,五、测井 测井是在裸眼钻进完成后，下套管前的重要工序，同普通钻井完井一样，要测横向图、油水层位、完钻前磁遇阻深度等曲线，为下套管、固井完井射孔等提供依据。 1）按设计要求钻进完成后、划眼循环工作液。 2
20、）起出裸眼钻具。 3）连接测井仪器，安装井口防喷管等。,4）缓慢提起测井仪器，对正井口入井。 5）仪器入井后，下放速度不超过3m/s。 6）仪器通过窗口时，下放速度控制在0.5m/s以内。 7）仪器通过窗口后，以正常测井速度下放测井。 8）按规定要求完成所有测井项目。,六、下套管 下完井小直径套管，是侧钻裸眼钻进完成后的重要工序，应严格操作，特别是套管引鞋、套管鞋等通过窗口时，应操作平衡。 1、操作要点 1）连接组装完井套管串，套管串入井结构（自上而下）为上部送入油管（或钻杆）丢手接头、正反扣接头、喇叭口接头或套管（尾管）悬挂器、内装复式胶塞上段、完井套管、套管鞋及阻流环、导向引鞋。,完井套管
21、完成深度按下式计算： 所需套管长度：L套 裸眼完成深度：h裸正反扣喇叭接头或悬挂器设计深度：h设计套管鞋长度：h套 引鞋长度：h引。即：L套=h裸h设计h套h引 上部送入油管长度按下式计算： 所需油管长度L油=h设计深度丢手接头长度L丢正反扣嗽叭或悬挂器可提出长度L正反悬挂 即： L油=h设计深度L丢L正反悬挂,2）所有入井管柱工具、螺纹涂密封脂，旋紧扭矩：送入管柱不低于2800Nm，套管串不低于3800 Nm。 3）提起第1根套管（包括套管鞋、阻流环、导向引鞋）对正井口缓慢入井，依次接下套管单根。套管入井下放速度不超过3m/s。 4）最后一根套管（完井套管串最上一根）入井后，坐入井口吊卡，然
22、后用送入油管（或钻杆）的第一根下接丢手、正反扣嗽叭接头或套管悬挂器，与最上一根套管连接紧固。,5）提起送入油管及以下的丢手接头、正反扣喇叭口接头或悬挂器及以下套管，去掉吊卡，缓慢入井。 6）悬挂器入井，因其外径较大，下放速度一般不超过1.5m/s。 7）依次下入油管（或钻杆），将套管串完成设计深度。,2、注意事项 1）用丢手接头、正反扣喇叭口接头完井的套管串，接头以下、斜向器以上留在原管内的小直径套管长度应不少于20m。丢手接头、喇叭口接头等应试压合格，螺纹无损伤。 2）用套管悬挂器完成悬挂的完井套管，留在斜向器以上的套管不得小于10m，悬挂器卡瓦支座点应避开原套管接箍。 3）套管下井过程中，
23、原则上不得转动油管。遇阻时，应轻提慢放，悬挂器中途坐卡应上提解卡，不得顿击。,七、固井 侧钻完井套管下入完成后，与原井套管的间隙很小，套管与裸眼井筒的间隙也很小，井斜又较大，对固井封固质量影响很大。因此，应采取有效措施，调整顶替液性能，必要时对水泥浆进行初凝调整。 1、套管悬挂器复式胶塞顶替固井 1）套管下到深度位置后，大排量冲洗井壁，破坏泥饼。,2）正循环挤注水泥浆，挤前泵入12m3清水前垫，水泥浆用量按下式计算： Vcs=（V裸V套+V环）K式中 Vcs水泥浆用量，m3 V裸裸眼井筒容积，m3 V套完井下入套管外容积，m3 V环原井套管与小套管留在套管内长度的环空容积，m3 K附加量，一般
24、K=1.21.5,3）顶替 水泥浆挤注完后，由油管内投入复式胶塞的上段，用侧钻工作液憋顶胶塞。当胶塞上段坐于正反扣接头或悬挂器内的复式胶塞下段时，泵压将上升。此时，继续憋压，剪断下段胶塞与丢手接头的销钉，上、下段胶塞复合在一起下行，顶推套管内的水泥浆至阻流环处，胶塞将碰顶阻流环，压力上升，即可停泵。注意碰压不超过阻流环（生铁圈）的许用压力。,4）挤注水泥浆过程中和顶替完成后，应上下活动套管串。 5）顶替完成后，坐卡悬挂器，脱开丢手，提起送入管柱12m，反循环冲洗出多余的水泥浆，然后上提管柱50m。 6）关井候凝2448h。,2、丢手接头、正反扣喇叭口接头完成套管支座的侧钻井，固井顶替时，按下述
25、程序操作： 1）大排量冲洗井壁，破坏泥饼。 2）泵入清水前垫12m3。 3）调整侧钻工作液密度达1.61.75g/cm3以上。 4）正循环挤注水泥浆，同时上下活动管柱。 5）顶替。,用工作液顶替，顶替用量按下式计算： Vd=V油+V套 +V液式中 Vd顶替液用量， m3 V油送入管柱容积，m3 V套下入套管容积，m3 V地地面流程、管线内容积，m3,6）顶替完成后，将套管下入到裸眼井底，上部套管顶端的大直径喇叭口接头坐挂于原套管内壁上，正转管柱，倒开丢手接头，然后上提送入管柱13m，反循环冲洗出多余水泥浆。7）反洗后，上提管柱50m。8）关井候凝2448h。,八、测固井质量1）下管柱探人工井底
26、，井底水泥塞高度超过要求侧钻至适合深度。2）按射孔通知单完成射孔。3）替喷完井4）收尾交井。,九、侧钻施工注意事项1）侧钻方式原则上不宜采用自由式侧钻，应坚持采用高升段较大斜角侧钻，使新井眼避开地层结构复杂、破坏段。一般井底水平位移应在510m以内。2）对高压高含水、易出砂层段，在裸眼钻进前，需将窗口事先加长修整光滑，钻进中采用优质侧钻工作液，在不发生井喷前提下，快速钻进，完成钻进、下套管、固井，这是侧钻施工的关键。,3）开窗、修窗应避免形成死台阶。4）开窗时应遵循开窗三阶段原则，严防加压形成死台阶。5）修窗时，应使钻铤或大钻杆位于窗口之上，钻具长度大于15m时，修窗井段应超过斜向器底部以下5m。6）对测井仪器下不去的井段，应采用偏心钻头或扩孔钻头反复慢放划眼，必要时可冲击通过，为下步套管创造良好条件。7）原井眼套损部位以下及油层的报废处理应达到四无要求。,
