第九章 侧钻工艺技术修改.docx

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第九章侧钻工艺技术修改

第九章侧钻工艺技术

§9—1侧钻概述

一、套管内侧钻的概念

套管内侧钻:

就是在油水井的某一特定深度固定一个导斜器，利用斜面的造斜和导斜作用，用铣锥在套管的侧面开窗，从此窗口另钻新的井眼，然后下尾管固井完成的一整套工艺技术。

如图8—1。

1、9-原井套管、2-侧钻开窗钻杆、3-窗口、4、11-斜向器、5、12-斜向器固定机构、

6-开窗洗锥、7-断口、8--原井套管以下水泥封固、10-完井尾管悬挂器、

13-完井小套管、14-完井固井水泥、15-射孔孔眼

二、开窗侧钻的目的意义

三．侧钻的选井原则

（1）侧钻开窗部位以上套管必须完好。

（2）开窗部位必须在套管损坏部位30m以上，套损位置最好低于1800m。

（3）尽量选择固井质量好、井斜小、地层硬的井段。

（4）对出砂井和严重窜漏井，侧钻长度与倾角均应加大。

（5）裸眼井段钻遇有潜力的油层不少于2层，综合含水小于85％。

（6）侧钻井的裸眼井段钻遇的水层和高含水层尽可能的少。

（7）进行严格的通井、试压、分析井史与电测资料,随时调整侧钻方案。

四、开窗侧钻的类型方法

（一）按照开窗原理不同分为：

1．定斜器开窗侧钻：

在侧钻部位固定一定斜器（造斜器）。

2．截断式开窗侧钻:

利用铣鞋在设计的井段磨铣切割套管，开窗后进行侧钻的工艺技术方法。

3．聚能切割开窗侧钻:

利用聚能切割弹下到预定井段，采取爆炸切割的方法。

（二）按照侧钻方位和目的不同分为：

1．斜向器侧钻：

在侧钻部位固定一个没有方位的斜向器，铣锥依靠斜向器的导斜作用；进行钻进，其方位是不能确定的。

2．定向器侧钻：

侧钻部位固定预定方向的斜向器，铣锥依靠斜向器开出的窗口按预定方位钻进。

3．自由侧钻：

在侧钻部位不用斜向器，而利用断错的套管或井下落物的偏斜作用进行开窗钻进。

4．侧钻分支井：

多处开窗或一处开窗多方向侧钻不同井眼分支井。

5．侧钻水平井。

井斜角达到85°以上的侧钻方式。

五、侧钻工具

侧钻工具主要包括三大部分：

造斜工具、开窗工具、固井工具。

（一）造斜工具

1．普通造斜器由斜向器和送斜器组成

（1）斜向器（定斜器）

①作用：

斜向器是一个带斜度（一般为3º

4º），其斜面具有一定技术要求的半

圆柱体，在侧钻中起导斜和造斜的作用。

②结构特点：

断面形态：

弧面和平面两种。

斜面硬度：

一般应与套管相似（RC260

300为宜）。

斜面斜度：

以侧钻目的和要求而定（一般为3º

4º）。

斜面长度：

2m左右。

顶部厚度：

20mm。

尾部结构：

用一根6—8m长的废旧钻杆（油管），周围焊上钢筋，钻少量水眼。

送斜器示意图

1—送斜器，2—销钉3—定斜器，4—尾管

斜向器（定斜器）

（2）送斜器

①作用：

将斜向器送至预定深度。

②原理：

利用钻具重力顿断与斜向器连接的两个铜销钉，提出送斜器。

如果斜向器、送斜器均有循环通道，可以下好斜向器后再注水泥，然后顿断销钉，提出送斜器。

如果无循环通道，只有先注水泥浆，在水泥浆初凝前把斜向器送到预定位置。

2．双卡瓦锚定封隔器型造斜器

1）用途：

主要用于非水泥封隔下部的油、水层定向开窗侧钻。

2）结构:

由坐卡封隔总成、丢手测向总成和导斜对接总成组成。

坐卡封隔总成：

主要由液力推动机构和坐封锁紧机构组成，如图8-2所示。

导斜对接总成：

由斜口接头、中间接头销轴、导斜体等组成，如图8-3所示。

丢手侧向总成：

由丢手接头、上锁紧套、锁紧环、球座、钢球、各种密封件及侧向短节等零件组成，如图8—4所示。

3．YCDX型液压式侧钻工具。

1）用途和特点

YCDX型液压侧钻工具是目前国内较先进的造斜工具之一。

特点：

定位性能好，定向准确。

泵压力大，不需注水泥便可进行开窗。

2）结构。

主要由送入管总成、斜轨卡子、斜轨、上卡瓦、中心管、上锥体、缸套、活塞、销钉、下锥体、球座、下卡瓦、螺母等件组成，如图8—5所示。

4．截断磨鞋。

1）用途：

截断磨鞋是用来磨去一段套管的工具。

2）结构。

主要由上接头、弹簧、弹簧座、密封承托、本体、刀臂总成、活塞杆、下接头、扶正块、喷嘴等组成，如图8—6所示。

（二）开窗工具（铣锥）

1．类型：

复式开窗洗锥、单式开窗洗锥、钻铰式开窗洗锥等。

2．钻铰式开窗洗锥：

1）用途：

用于套管内侧钻开窗的磨铣工具。

2）特点：

开窗速度快，窗口平整、圆滑，不形成死台阶。

3）结构：

由上接头、球型体、矩形刀片、棱型刀片、嵌焊在其上面的YD合金及不同几何形状的硬质合金块组成的，如图8—7所示。

（三）固井工具（双挂钩塞和尾管悬挂器）

阻流板

阻流板总成

1．双挂钩胶塞。

1）用途。

是一种固井工具，主要用于侧钻下尾管后注水泥的固井作业。

2）结构。

由双挂钩胶塞堵塞杆总成、正反扣接头总成、阻流板总成三部分组成。

（1）双挂钩堵塞杆总成：

由螺母、垫子、小胶塞、挂钩轴、弹簧、钩子、销子等件组成，如图8—8所示。

（2）正反扣接头总成：

由上接头、下接头，活塞主体、剪钉、销钉、大胶塞、下托盘、下筒、隔环等件组成，如图8—9所示。

上接头上部钻杆外扣与钻具连接，下部左旋方牙螺纹与下接头连接，中间水眼与钻具水眼同径。

下接头是一筒形零件，下部螺纹与尾管（衬管）连接。

活塞主体装在下接头腔内，外圆柱面上有一环形槽，剪断销钉拧人槽内，中间装大胶塞、下拖盘。

下部是细牙公螺纹，旋上隔环，可推动下拖盘调换大胶塞外径。

（3）阻流板总成：

阻流板是一块较薄的圆盘形零件，端面上等分4个通孔，外径与尾管引鞋接箍内径相同，使用时装在接箍中，中间有通扎，操作时挂钩轴从孔中通过，钩子在弹簧张力作用下撑开挂在阻流板下端面上。

阻流板与接箍组成阻流板总成。

2．尾管悬挂器

1）用途：

悬挂器主要用于在套管内侧钻开窗完后下尾管用。

2）分类：

尾管悬挂器分为机械式、液压式、机械一液压双作用式。

4）技术要求

尾管悬挂器应符合有关标准的规定。

并按照经规定程序批准的图样和技术文件制造。

橡胶密封元件耐温不低于150℃，并应具有耐油、耐酸碱性能。

5）机械式尾管悬挂器结构

机械式尾管悬挂器是由送入和主体两部分组成，如图8—11所示。

送入部分：

是由上接头和中心管组成，可以反复使用多次。

上接头用于连接入井管柱。

中心管较长，外表面有较高的粗糙度。

主体部分：

主要是由锥套、密封套、轨迹槽、卡瓦、扶正弹簧、换向机构、剪断销钉、空心胶塞、下接头等件组成。

作业：

P2261；

补充题1：

侧钻工具主要包括那几部分工具？

§9—2侧钻方式、窗口选择及轨道设计

一、侧钻方式的选择原则：

二、窗口选择

（1）窗口位置应选择在比较稳定的地层，避开岩石破碎带、漏失地层等复杂层位。

（2）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。

（3）窗口应选择在固井质量好、井斜小的井段，避开套管接箍。

（4）在保证足够造斜井段条件下尽量接近目的层，减小裸眼井段长度缩短建井周期。

（5）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。

（6）选择窗口时，必须严格通井和上部套管试压，使侧钻工作建立在良好的基础上。

三、轨道简单设计计算

（一）设计原则

1．在可能的条件下，尽量减小最大井斜角，以便减小钻井的难度。

最大井斜角不得小于15°。

2．在可能的情况下，减小井眼曲率，以改善油管和抽油杆的工作条件。

3．进入目的层井段的井斜角应尽量小点，最好是垂直井段，便于井下工具下井。

（二）轨道类型

按照我国钻井行业标准的规定，常规二维轨道有四种类型：

三段式，多靶三段式，五段式和双增式。

如图8—12～8—15所示，图中的字母K代表造斜点，b代表造斜结束点，t代表目标点，C代表五段式的降斜始点或双增式的第二次造斜点，d代表多目标井的目标终点。

所有这些点称为关节点。

这些关节点的参数均以相应字母为下标。

井眼轨迹各井段的意义示意图

注：

垂增、平增――增加量。

　垂深、平移――累计量

（三）设计依据的条件

一是由地质、采油部门提供的分层地质情况预告和目标点或目标井段的有关数据：

目标点的垂深，水平位移以及设计方位等。

二是由钻井工程部门根据设计原则和钻井的条件选定的造斜点位置、造斜率的大小等。

见表8—1。

表中符号解释如下：

（四）轨道设计计算步骤

1．根据表8—1中的已知参数和题目给出的设计参数确定关键参数：

（1）根据已知kz、kn、kzz求出各段曲率半径Rz、Rn、Rzz

计算公式：

Rx=1719/Kx（Rx:

Rz、Rn、Rzz；Kx:

Kz、Kn、Kzz）

（2）根据已知和所求曲率半径，求关键参数（注意轨道类型）

2．根据不同类型轨道的已知参数、所求关键参数，计算轨道设计的各井段参数。

3．根据计算结果和给定参数列表。

4．绘制侧钻轨道图。

（五）轨道设计计算

1．根据表8—1中的已知参数和题目给出的设计参数确定

1）确定各段曲率半径Rz.Rn.Rzz

根据

、

、

，可分别算出对应的曲率半径

、

、

，如下式：

Rx=1719/Kx（8—1）

表中有一栏“关键参数”，是指轨道设计中需要首先求得的参数，只有首先求得这些关键参数，才能进行轨道的其他计算。

2）根据已知求关键参数（注意轨道类型）

对于不同的轨道类型，关键参数的计算有不同的公式

（1）三段式轨道

①正常情况下，给定的条件如表8—1所示，所需要计算的关键参数为稳斜段井斜角

。

按如下公式计算：

（8—2）

（8—3）

（8—4）

（8—5）

（8—6）

补充参数：

De—造斜点到目标终点的垂深。

Se---目标终点的水平位移。

Re---井眼曲率半径。

②三段式轨道的设计，有时可给定

，关键参数变成了

，这种情况下的计算公式如下：

③有时也可给定

，

，

，

，而求

和

：

（8—11）

（8—10）

（2）多靶三段式

这种类型的轨道给定的条件中，没有目标点的水平位移

，也就是说没有给出地面上的井位。

这是它与其他类型的区别之处。

这种设计需要求出

，确定地面上的井位，所以被称为“倒推设计法”。

计算公式如下：

（8—12）

的计算公式同式（8—11）。

（3）五段式轨道

对于五段式轨道，只要注意用下述三式计算

、

、

，然后代入式（8—5）和

（8—6）即可求得

和

两个关键参数。

（8—13）

（8—15）

（8—14）

（4）双增式轨道

双增式轨道的关键参数按如下公式计算：

（8—20）

（8—19）

（8—18）

（8—17）

（8—16）

2．根据不同类型轨道的已知参数、所求关键参数，计算轨道设计的各井段参数。

井段计算：

是根据设计依据的条件和计算出的关键参数，算出每个井段的段长、垂增、平增三个参数。

下面分别列出各段的计算公式。

1）增斜段计算

（8—21）

（8—22）

（8—23）

2）稳斜段计算

作为关键参数已经求出

（8—24）

（8—25）

3）降斜段计算

（8—26）

（8—27）

（8—28）

4）双增轨道的第二增斜段计算

（8—29）

（8—30）

（8—31）

5）目标段计算

目标段已知的参数是

，另外两个参数的计算如下

（8—32）

（8—33）

3．根据计算结果和给定参数列表。

图8—16五段式轨道参数意义

垂深、平移---累计总量。

4．绘制侧钻轨道图。

§9—3侧钻工艺技术

一、井眼准备

1．提出或打捞出老井眼中的井内管柱，修复窗口以上套管

2．通井：

了解套损情况，保证侧钻工具顺利入井。

3．挤封油层或漏失井段：

一是防止层间互窜。

二是为斜向器创造准确坚固的井底。

4．上部套管试压：

了解套管完好情况，为确定开窗位置和完井尾管长度提供依据。

二、开窗钻具结构

以139．7mm套管内使用钻铰式复式铣锥为例，钻柱结构（自上而下）为：

Φ89mm方钻杆+Φ73mm钻杆+Φ105mm配重钻铤3～5根（使用旋转钻具也可以不用）+Φ118mm钻铰式复式铣锥。

三、开窗：

开窗一般分三个阶段。

第一阶段：

从铣锥磨铣斜向器顶部到铣锥底圆与套管内壁接触，此段开始要轻压慢转，然后中速磨铣，钻压为2--5kN，转速60--80r／min。

第二阶段：

从铣锥底圆接触套管内壁到底圆刚刚铣穿套管外壁。

此阶段应采取轻压快转，钻井压力应为5--15kN，转速80--120r／min，使铣锥沿套管外壁均匀磨铣，保证窗口长度。

第三阶段：

从铣锥底圆铣穿套管到铣锥最大直径全部铣过套管。

这是保证下窗口圆滑的关键段。

要定点快速悬空铣进，其长度等于一个铣锥长度。

钻压应为1--5kN，钻速120--150r／min。

（修理窗口阶段）

在开窗磨铣过程中，修井液返速均应大于0.6m/s，以保证磨铣碎屑上返井口。

四、裸眼钻进过程

侧钻的裸眼钻进时井斜较大,泥浆循环通道在窗口处很小；钻具与井眼间隙小，断落钻杆不容易打捞等。

（1）试钻：

用开窗时的铣锥（铣鞋）试钻5～10m，再换其他钻头或工具钻进，避免钻头与原套管憋钻的现象发生。

（2）钻进：

根据地层的可钻性不同选用牙轮钻头、PDC钻头或短翼三刮刀钻头，针对不同的井段及造斜段、稳斜段、降斜段的要求选用不同组合的井下钻具，既要满足钻进的需要，又要满足井眼轨迹控制的特别要求。

（3）划眼及扩孔：

裸眼钻进时，特别是井斜角较大时，要坚持每根钻具划眼以消除键槽及清除岩屑床，保证裸眼钻进的安全。

五、完井工艺

侧钻井完井方法根据侧钻目的及油藏特征可以使用尾管完井、筛管完井、滤砂管完井及裸眼完井工艺。

作业：

补充题1：

侧钻常规的轨道类型有哪几种？

2：

侧钻工艺技术包括哪些内容？