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1、332 振兴吉林老工业基地科技工作者的历史责任套管双向开窗技术在径向水平井钻井中的实践与认识林风波张嵇南何军(吉林石油集团有限责任公司钻井工艺研究院松原l 38003)摘要：总结了国内第一口套管双向开窗径向水平井钻井中5一14：井的套管开窗经验。讨论了径 向水平井钻井施工中套管开窗作业存在的问题，介绍套营双向开窗的工具的结构和工作原理。结合吉林 油田中514：井径向水平井套管开窗施工情况，提出了提高套管双向开窗成功率的主要技术措施。关键词：套管开窗双向开窗径向井水平井钻井 中5-14：井吉林油田国内径向水平井钻井技术经过lo多年的研究与试验取得了突破性的进展，但是仍然存在一些问题 需要解决，业
2、内人士一致认识到井下空间准备(包括套管开窗和大直径扩fL)是径向水平井钻井施工成败 的关键，因而套管开窗方式的选择是决定井下空间准备的关键环节之一。吉林石油集团公司先后试验了段铣套管开窗、水力切割套管开窗和套管双向开窗的径向水平井钻井 试验。通过总结分析笔者认为：无论是段铣套管的开窗方式，还是水力切割的套管开窗方式，对在吉林油 田实施径向水平井钻井施工都有一定的局限性。理由是：虽然段铣套管开窗的方式开窗工艺非常成熟，但 是在段铣套管后把段铣井段的井径扩大到qb650一qb660mm是比较困难的；虽然利用水力切割的套管开 窗方式在吉林油田试验了3口井，但是水平井眼的距离相对较短。经过严格的技术论
3、证和工具准备后课 题组对套管双向开窗工艺技术进行了现场施工试验，套管开窗工艺取得了较好的效果。1 径向水平井钻井施工中套管开窗作业存在问题国内径向水平井钻井技术经过多年的研究与试验取得了突破性的进展。先后研究出了多种套管开窗工艺技术，即：段铣套管开窗工艺技术、水力切割套管开窗工艺技术和套管双向开窗工艺技术。 吉林石油集团公司对以上三种套管开窗工艺技术，都进行过现场施工试验结合后期的扩孔施工发现套管开窗存在以下问题：(1)在段铣套管开窗工艺技术中，套管段铣效率相对较高。但要求后序的扩孔井眼直径大，对扩孔工具的强度要求高。如果岩石强度大，很难达到大直径扩孔的目的。 大直径扩孔是指将原井眼的井径扩大
4、至中650一中660mm的过程，其目的是为转向器提供转向空间，是该技术的关键技术之一。由于扩孔直径大导致扩孔过程中工具扭矩大(扩孔直径是工具本体的56 倍)，而且受到井下空间限制，增加扩孔难度。扩孔工具现场试验情况表明：刮刀式扩孔器扩孔扭矩偏大， 易造成井下事故，当井径超过qb450mm以后，情况尤为严重；水力扩孔工具由于在淹没射流条件下喷射， 有效喷射距离受到影响很难达到要求的井径；水力-机械联合扩孔器现场操作较复杂，制造工艺要求高， 抗冲蚀性尚需改进 。(2)在水力切割开窗工艺技术中，开窗过程中采用了高压磨料射流施工泵压低，降低了对施工管柱及 工具在密封性能等方面的要求，开窗后再利用高压磨
5、料射流进行水力扩孔施工效率低，需要使用压裂设 备，施工费用高。开窗工具所开窗口的纵向高度小(一般在60era70era)，不适应双向弯曲转向器，并且该吉林省第三届科学技术学术年会333种开窗方式在同一井下深度内只能完成一个径向水平井眼”。 (3)套管双向开窗工艺的施工方法借鉴和发展r套管开窗侧钻的套管开窗技术，利用可回收式套管开窗工具对套管进行双向开窗，在同一井下深度内的180。方向上，可以钻2个径向水平井眼；对单侧窗口 的扩孔深度要求低，容易满足造斜器在井下的转向要求。但是对套管开窗的纵向距离大、对两窗E1的对称 精度要求高、对转向器的结构和性能要求较高。以后需要对该种开窗工艺技术进行完善，
6、从提高造斜器的 刚度和耐磨性能，降低开窗扭矩，简化操作工艺人手，进一步提高开窗效率和施工成功率。2 套管双向开窗工艺的技术原理和井下工具的结构特点2 1 施工原理套管双向开窗工艺原理是利用可回收式造斜器(包括地锚和造斜体)及与之配套的套管开窗铣锥，在 套管1800方向上二对称开出2个窗口。使窗口的有效宽度80mm，有效高度1800ram，满足后序施工的要 求。套管双向开窗工艺适合于油层岩石的强度大，用全面扩7L方法很难达到径向井施工要求的井下空 间：油层厚度相对较薄，在相同井深位置只能对称钻进2个径向水平井眼的径向水平井施工。22 工具结构可回收式套管双向开窗工具主要由地锚、造斜器和铣锥三大部
7、分组成。地锚由换向轨道、扶正机构、 锚爪、导向键、导向键筒和扶正块等组成；造斜器由对键引导体、连接销轴和导向斜铁组成；铣锥由上接 头、球型体和嵌焊在其上的YD合金及不同几何形状的硬质合金块组成。(见下图)23 工具特点 (1)机械悬挂式地锚的锚定方式安全可靠，保证在套管开窗时，窗口的深度和方位不变。 (2)造斜器与地锚自动对接，简化施工程序，保证窗口的深度和方向精确。 (3)造斜器表面为弧型，保证2个窗口的对称性。 (4)全套工具为可回收结构，施工后保持原井简通径尺寸不变。24 工具主要技术参数 (1)地锚的纵向载荷200 kn。 (2)工具最大外径中120ram。 (3)造斜器角度分别是25
8、。和2。3设计简况31地质设计基础数据 中5142井原井射孔井段4050044560m，射孔厚度1660m4层。1997年9月投产，累计产油1908t。累计产水8853，2002年4月水淹停产，停前产液15td，产油0td，含水100。设计径向水平井眼深度位于47100m一477 60m，油层厚度66m。试验层解释号是12号，小层号是12+13号，该层平均空334振兴吉林老工业基地科技工作者的历史责任隙度2325，平均渗透率22010um。设计水平井眼方位是Oo和180。32套管开窗窗口设计基本数据 (1)1。窗口方位0。，2i窗口方位1800。(2)11窗口上边缘深度：473 02m，达到有
9、效宽度点：47500m，窗口下边缘深度是47570m：2”窗口上 边缘深度：47235m，达到有效宽度点：47492m，窗口下边缘深度是47570m。4 现场施工技术41 地锚定向在井眼准备工作完成后，根据窗口的设计位置，按如下组合下人钻具：地锚+送人接头+定向接头+0105mm钻铤8根+073mm钻杆到井口。使用小直径速率陀螺进行地锚方向确定，把地锚锚定在井深476 21m一47867m处，地锚上端面位于井深47621m，地锚内键的方位是35710。42 1。造斜器送入和1窗口套管开窗 用0118ram的1。造斜器(250)+1开窗铣锥(中118ram)+073mm钻杆1根+0105mm钻铤
10、8根+073mm钻杆+89ram方钻杆的钻具组合送人1。造斜器，待造斜器自动对接后，进行l。窗El的套管开窗和 修窗施工。当造斜器引导杆的前端与地锚距离35m时，缓慢试下钻具，使造斜器与地锚顺利对接，核对井深后试旋转钻具，确认造斜器与地锚对接成功，然后，下压70 KN剪断悬挂销钉，进行1。窗口开窗。 结合有关资料推导的窗口宽度计算公式”1，进行窗口宽度预测计算，判断铣锥的工作位置和状态。 铣锥接触造斜器顶部磨铣到铣锥底圆与套管内壁接触的开窗第一阶段，钻压控制在15 kN，转速为6080 rmin。修井液环空返速控制在0608 ms。铣锥底圆接触套管内壁到底圆出套管外壁的开窗 第二阶段，钻压控制
11、在515 kN，转速为80一120 rrain。铣锥接触底圆出套管外壁磨铣到铣锥最大直径 全部出套管的开窗第三阶段，钻压控制在15 kN，转速为120150 rmin。修窗时，控制钻压在15 kN，转速为80一120 rmin。修井液环空返速为0608 ms，直到窗口没 有挂阻现象后完成l。窗口开窗。1窗口开窗井深47338m一47590m，方位3571。43 回收1。造斜器 用母锥回收l。造斜器，钻具组合如下：中118mm母锥+0105mm钻铤8根+073mm钻杆+89mm方钻杆。用转盘驱动方钻杆，1档小油门启动转盘，正向旋转，缓慢释放钻柱，使造斜器的上端面进入母锥内 腔，待确认母锥已经和造
12、斜器的上端面接触，下放钻压5一t0 kN，造扣58圈。上提钻具后悬重增加，证 明回收成功，匀速上提钻具起钻，井口操作平稳。44 2造斜器送入和2窗口套管开窗 在地面调整2造斜器斜铁面的方位标记线与引导杆键的方位标记，使2造斜器斜铁面方位标记线与引导杆的方位标记差是180。，保证2。窗口和1窗口180。对称。 用复合铣锥连接、送人2造斜器并进行2窗口的套管开窗施工。钻具组合是0118ram的2造斜器(2。)+0118ram2开窗铣锥+0105mm钻铤8根+073mm钻杆+89ram方钻杆。施工工艺和参数与1窗口基本相同，但是由于2。造斜器的斜铁长且背部有已经开完的l。窗口。使其 刚度明显降低，造
13、成了铣锥超越死点困难的现象。现场采用了使用变角度铣锥和改变工程参数的方法，圆 满地完成了对2窗口开窗的施工试验。2窗13开窗井深47279m一475 90m，方位1771。45回收2。造斜器用回收l造斜器的钻具组合回收2谴斜器没有成功。分析可能是2造斜器的斜铁上部变薄，而且直径变小。改用打捞直径在045一0105mm的通天母锥进行2。造斜器回收，操作方法不变成功回收了2造斜器。吉林省第三届科学技术学术年会335水力扩孔以后用窗口检测工具对所开窗口的有效高度和宽度进行测量，验证了窗口有效高度l 80cm，窗口有效宽度80ram，满足了转向器在井下转向的空间要求，为后序试验提供了保证。5 几点认识
14、(I)一定要根据油层岩石强度的不同和扩孔方式来选择套管开窗方式，保证井下空间达到下步施工要求。(2)如果选择套管双向开窗，一定要使用具有足够承载能力的地锚，保证在开窗过程中造斜器的深度位置和方向不变。 (3)为了保证两个窗口的中心线对称，一定要把造斜器的断面设计加工成弧面。 (4)由于弧面造斜器与铣锥的接触面积增加，转盘的负荷较大，开窗铣锥的磨损加快，一般需要2只铣锥完成1个窗口。(5)由于2-造斜器的背面是已经完成的1。窗口，造成2。造斜器中闻失去有力支撑，在开窗过程中表现出开窗铣锥磨穿套管的能力降低，影响了2窗口的开窗效率。(6)为了保证造斜器的回收成功率，应该选用打捞直径范围大的打捞工具。6 结束语实践证明套管双向开窗工艺技术，可以满足径向水平井钻井施工的要求，能够降低施工风险，提高施工的成功率。是径向水平井钻井施工中比较理想的套管开窗方法，但是还需要进一步的完善和提高。参考文献：【1施连海，李永和，郭洪峰径向水平井技术在锦45-检1井中的应用石油钻探技术2002，(5)：2324 2】林风波，尚庆春，薛玲等水力开宙径向水平孔技术研究与试验石油钻探技术2092，(5)：2526【3】贺亚兵。吴吴，董连刚套管开窗形状探讨石油钻探技术200l，(3)：2325作者简介：林风波(1963一)，工程师，1987年毕业于吉林省石油学校钻井专业。
