侧钻工艺技术(讲课)

侧钻工艺技术2019年10月3日第一节前言侧钻技术的发展现状套管井侧钻技术起源于20年代的前苏联，其基础技术是多底井、分枝井钻井技术。而我国于1957年开始应用侧钻技术。从工程方面讲，目前老油田套管损坏井越来越多，而且套管的损坏速度越来越快，并且有相当比例的井不能用常规的大修手段来解决；从效益方面来讲，当今原油生产成本受各种因素的影响越来越高，而钻井在其中占了很高的比重。小井眼侧钻不仅能彻底修复老井，而且成本是打一口新井的1/2。目前，这一技术体系已成为我国各大油田解决老区块上具有开发价值的套管变形井、事故井和加深井等恢复产能的重要手段，比钻更新井、调整井相对容易，且经济可行。国内各大油田不同程度地形成了适合自身条件的《侧钻工具及工艺配套技术》。侧钻技术的发展现状中原油田油藏埋藏深，地质结构复杂，这几年由于受市场诸多因素的影响，小井眼侧钻没有得到人们的认同，没有投入对小井眼侧钻工艺技术以及配套工具的研究，没有与其它油田一样形成一套适合中原油田地层的小井眼侧钻技术，小井眼侧钻技术在本油田还不完善。其主要障碍在于开窗工具效率低，钻头破岩速度慢，小井眼固井成功率低，我们要发展小井眼侧钻，首先必须攻克这些难题。侧钻技术的发展现状中原油田从1995年开始小井眼开窗侧钻，至今已施工100余口井，单井产量最高达35t/d。据统计资料表明，中原油田套管损坏井数年增长率高达10-20%，采油四厂套管损坏井占总井数的50%。因此老井重要的恢复措施--开窗侧钻将成为中原油田今后一个重要的增产措施。展开小井眼开窗侧钻的目的和意义1、开发剩余油气资源2、修复套损井，恢复产能和完善注采井网3、对油水互窜的井实现分层开采4、降低生产成本展开小井眼开窗侧钻的目的和意义1、开发剩余油气资源中原油田构造复杂，使一些区块存在相当的剩余油气藏。使用小井眼侧钻井技术可以进行老区的滚动评价，有效的开发一些剩余油气资源展开小井眼开窗侧钻的目的和意义2、修复套损井，恢复产能和完善注采井网中原油田地质构造复杂，多年注水开发，地层岩石吸水澎胀，蠕变加剧；岩石层面间的摩擦力降低，易于流动；多套盐层流动滑移等原因，造成油田套管变形、错断损坏的速度和数量非常惊人。套管变形示意图展开小井眼开窗侧钻的目的和意义套管错断损坏示意图展开小井眼开窗侧钻的目的和意义侧钻位置避开问题井段：套管变形套管错断井下落物以下为问题井段利开窗侧钻技术可以恢复套损井展开小井眼开窗侧钻的目的和意义侧钻位置油层3、对高含水的井因层间互窜不能实现分层开采的，进行开窗侧钻实现优化注采展开小井眼开窗侧钻的目的和意义4、降低生产成本利用老井场，减少工农占地费；套管内开窗侧钻可利用大部分油层套管，缩短钻井周期和节省大部份油层套管费（一口开窗侧钻井可节约套管费用36-50万元）；利用小功率的设备减少固定资产占用费用。因而小井眼开窗侧钻井的施工成要大大低于更新井和调整井，仅为新井的1/2-1/3。目前小井眼侧钻工艺和技术方面存在的问题套管开窗工具结构简单，施工周期长；斜向器难以实现准确定位，开窗的实际方位与设计相差太大，有的偏差达100度之多；开窗完成后新井眼与老井筒不能实现快速分叉，新井眼顺着老井筒走。由于钻头选型受限制，钻进参数受井眼小钻具组合的限制，钻头破岩速度慢、机械钻速低。由于井眼小，钻具与井眼之间的间隙小，事故率高。钻φ118mm井眼下4″套管，套管与井眼之间的间隙小，固井难度增大，固井质量很难有保证，固井合格率很低。开窗侧钻方式分类按侧钻工程工况的不同分为二大类：套管锻铣裸眼侧钻利用铣刀将油层套管锻铣掉一段，裸露出这一段地层，从这一段裸眼地层侧钻出老井眼，钻达目的地层。套管开窗侧钻上部套管还有利用价值，利用套管开窗工具在套管本体上开个窗口，从这个窗口侧钻出老井眼，钻达目的层。第二节开窗侧钻工艺技术开窗侧钻工艺技术一．工艺原理二．侧钻井施工流程及关键技术工艺原理在套损点以上某一位置固定专用斜向器，利用斜向器的导斜和造斜作用，使专用工具在套管侧面开窗，在套管内形成通向油层的通道，然后用专用的定向仪器按设计的井眼轨迹钻至设计深度，下入较小的套管悬挂固井，射孔完成。斜向器开窗侧钻工艺技术侧钻井施工流程及关键技术（一）侧钻井单井评价和设计（二）开窗工艺技术（三）裸眼钻进技术（四）完井工艺技术侧钻井施工流程及关键技术（一）侧钻井单井评价和设计1、侧钻井评价开发价值评价侧钻井井眼寿命预测评价侧钻井施工难度评价2、侧钻井设计：开窗井段和位置的设计最优化井眼轨迹的设计井壁稳定方案的设计，确定合理的钻井液体系侧钻井施工流程及关键技术开发价值评价主要根据侧钻井所属区块单井开发的静动态信息资料，建立其剩余油气藏分布的大型数值模拟计算分析模型，弄清楚原始储量分布及其目前开采状况下剩余油藏的分布及产能分析。进行侧钻后，根据裂缝展布，对压裂效果、产能进行预测和评价。侧钻井施工流程及关键技术侧钻井井眼寿命预测评价主要根据单井井眼应力场分布，套管承受挤毁能力计算分析，确定井眼的寿命是否与剩余油开采周期相匹配。一般常规修井技术修复的套损井其寿命远远低于套管侧钻井。侧钻井施工流程及关键技术侧钻井施工难度评价主要根据断块油气藏的特性，尽可能使侧钻井井眼轨迹避开客观存在而不可抗拒的漏失断层和易塌易卡的盐膏层，判定中靶的难易程度。其最终目的是将投资和施工风险降低到最低限度。侧钻井施工流程及关键技术侧钻井设计需要的资料地质分层、地层孔隙压力、地层倾向及倾角。周围注水井状况（距离、注水压力、注水量）。老井井斜数据，固井质量，套管数据。历次作业修井情况，套管损坏部位、井内落鱼及管柱情况。老井钻井情况及数据，特别是井漏和事故情况，所使用泥浆比重及钻具结构钻井参数。井口坐标、靶心坐标及甲方要求。侧钻井施工流程及关键技术(二)开窗工艺技术1.处理老井筒2.通井3.套管试压4.清理套管内壁5.定向固定斜向器6.开窗和修窗侧钻井施工流程及关键技术1.处理老井筒目的: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；原井套损部位以下落物需捞尽；原井套损部位以上30--50m至人工井底需封固报废；为固定斜向器选择一个准确而坚固的井底。侧钻井施工流程及关键技术方式：挤注水泥挤封前要把所有待挤封井段都暴露出来；采用水泥浆从井底替过井段后再进行挤封的方法；侧钻井施工流程及关键技术2.通井目的：了解套管完好情况，为侧钻开窗选择位置和悬挂尾管重复高度等提供依据。为下斜向器创造条件。侧钻井施工流程及关键技术方法：所下通井规直径应比套管内径小5--8mm，或者大于定斜器最大直径2mm以上。所下通井规长度应大于斜向器长度0.5m以上。通井操作选用标准要求的通井规程，通井井深超过斜向器尾管底部5m以下。侧钻井施工流程及关键技术安全注意事项：１）通井规下井前，必须丈量、检查并上紧所有钻具丝扣。２）通井时要平稳操作，注意观察悬重变化，发现遇阻，只能采取上下活动，不允许下蹲或旋转操作。３）下通井规速度应控制，中途遇阻必须做好其位置的详细记录。并修套至畅通为止，方可继续通井。４）通完井后，如又动用过水泥及其它堵剂，必须另行通井。５）禁止使用通井规进行冲砂洗井，防止卡钻事故的发生。侧钻井施工流程及关键技术3.套管试压目的全面了解套管的完好情况及底部水泥塞的质量。为开窗高度和下尾管高度提供依据，并为下尾管固井后试压打好基础。侧钻井施工流程及关键技术试压标准：注水井试压12MPa，30min压降不超过0.5Mpa为合格。油井试压10MPa，30min压降不超过0.5Mpa为合格。侧钻井施工流程及关键技术4.清理套管内壁目的清理由于长期注采而在套管内壁上沉结的污垢，以便入井的各种管具工具顺利通过。并能够牢固固定斜向器。侧钻井施工流程及关键技术方法在51/2″套管内下入51/2″套管刮削器，并在开窗位置上下10米反复刮削数次。管柱结构：51/2″刮削器+27/8″钻杆。侧钻井施工流程及关键技术5.定向固定斜向器目的:斜向器的重要作用是导斜，使开窗铣锥能在套管侧面开出利于侧钻和完井套管下入的窗口。可以说无斜向器将无法开窗。斜向器的结构形式是一个具有一定倾斜面的圆柱体，斜面有一定倾角、硬度和形状，以便在套管侧面开窗时，斜向器的斜面与套管同时被铣磨，保证套管窗口的圆滑和长度、宽度的适中。因此，斜向器如何被送入预定井段及怎样固定住斜向器使之稳定不窜动、不转动，则是侧钻工作中又一技术关键。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，该处固井质量为优质。侧钻井施工流程及关键技术定向固斜向器的方法:(1)挤注水泥固定法斜向器送斜器均有循环通道，先将斜向器送至设计深度位置后，驼螺定向，注入水泥浆。然后剪断送斜器与斜向器间的连接销钉，起出送斜管柱侯凝。此方法固定斜向器简单可靠。侧钻井施工流程及关键技术初期采用挤注水泥浆固定斜向器具有工具便宜、易操作、固定后不易活动的特点，不足之处是剪断销子时斜向器方位易变动，施工时间长。钻杆送斜器斜向器注水泥段销钉侧钻井施工流程及关键技术质量及技术要求1）配制水泥浆，其密度应控制在1.85--1.95之间。2）水泥浆用量，不少于1M3。3）注水泥塞时所用的钻具，丝扣必须上紧，不允许在施工过程中发现掉落现象，下入注水泥塞的钻具深度，其误差不得超过0.5m。4）定斜器位置要准确，与开窗位置相差不能大于0.3m。侧钻井施工流程及关键技术5）倾角在3°以内，斜面长度大于1m，尾管长度大于15m。6）固定要牢，在侧钻过程中，保证定斜器的斜面方位与深度不能移动。7）定斜器顶部一定要沿管边正直。8）定斜器与送斜器销钉要能在钻具负荷冲击下剪断。侧钻井施工流程及关键技术(2)双卡瓦封隔器锚定斜向器钻杆斜向器卡瓦封隔器钻杆与斜向器连接部目前我们采用了双卡瓦锚定式斜向器这种工具具有可以使斜向器以下井段与以上井段封隔密封、不用挤注水泥浆封固、定向较为准确、施工时间短的优点。侧钻井施工流程及关键技术该工具存在的问题：在实际施工中我们发现，采用该工具开窗后的井眼方位往往与斜向器定向方位不一致，分析原因认为，开窗时由于斜向器斜面是一个平面，复合钻铰式铣锥在负荷不均时易滚动所至，并且此套工具需要两次下井才能完成开窗。侧钻井施工流程及关键技术结合以上两种斜向器的优缺点，我们自行设计加工出了一种“双弧面双卡瓦锚定式斜向器”同时具有能使斜向器以下井段与以上井段封隔密封、不用挤注水泥浆封固、定向较为准确，一趟钻完成开窗、坐封两个工序，施工时间更短、铣锥不易滚动的优点。马上准备投入使用。双弧面双卡瓦锚定式斜向器原理图侧钻井施工流程及关键技术注意事项：1）入井管柱的所有丝扣要上紧，能承受20-25MPa的压力。2）下斜向器的整个下钻过程中，要严格控制下放速度，并且操作平稳，严禁猛放、猛顿。3）下斜向器的过程中要保证管柱内部清洁。4）斜向器下到设计位置，要先后循环洗井，再定向座封。侧钻井施工流程及关键技术6.开窗和修窗目的:在套管井眼的侧面利用专用铣锥钻磨出一条一定长度和宽度的窗口，使裸眼钻进的钻具及完钻后下入小直径套管能顺利通过。侧钻井施工流程及关键技术开窗钻柱结构窗口长度确定不能过短，应能满足起下工具无挂阻；过长则浪费施工时间，过多磨损钻具。复合式铣锥10根Φ73mm加重钻杆Φ73mm（27/8）钻杆Φ89mm(3)方钻杆侧钻井施工流程及关键技术开窗步骤第一步：铣锥接触斜向器至铣锥底园接触套管内壁，铣锥工作不稳，采取轻压慢转的方法–钻压2～10KN排量10L／s转速40rpm第二步：至铣锥底园磨出套管外壁，铣锥工作稳定，视情况加大钻压，提高转速，加快开窗速度–钻压5～20KN排量10L／s转速80rpm第三步：至铣锥全部出套管外，必须轻压慢转，防止铣锥滑出套管，形成台肩–钻压2～10KN排量10L／s转速60rpm侧钻井施工流程及关键技术窗口形状开窗窗口示意图开窗过程示意图侧钻井施工流程及关键技术注意事项：1）严格执行设计规定的三个阶段，开窗全过程要做到精心操作，加压平稳、均匀。2）遇到不正常情况时应