一種連續(xù)管開(kāi)窗技術(shù)實(shí)踐

張燕萍，王金宏, 李 峰, 吳千里

(1中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司 2中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司定向井技術(shù)服務(wù)分公司)

國(guó)內(nèi)大多數(shù)老油田已經(jīng)處于開(kāi)發(fā)的中后期，低產(chǎn)、停產(chǎn)及報(bào)廢井越來(lái)越多，但老油田采收率平均只有30%，在局部地區(qū)仍然存在較為豐富的剩余油沒(méi)有開(kāi)發(fā)，而國(guó)外某些油田的采收率已經(jīng)達(dá)到50%～60%，因此我國(guó)老油田采收率還有很大的提升空間，開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)的研究日益成為國(guó)內(nèi)油田研究的重點(diǎn)。

連續(xù)管開(kāi)窗側(cè)鉆以其占地面積小、鉆機(jī)搬遷快速、連續(xù)下入和鉆進(jìn)過(guò)程不間斷循環(huán)等特點(diǎn)開(kāi)始受到國(guó)內(nèi)一些企業(yè)的關(guān)注，并進(jìn)行了一定的研究。

本文介紹了中石油工程院自主研發(fā)設(shè)計(jì)的一種連續(xù)管開(kāi)窗技術(shù)及配套工具，并用于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。通過(guò)實(shí)踐，該開(kāi)窗工藝的可行性以及工具的可靠性得到了驗(yàn)證。

一、連續(xù)管開(kāi)窗技術(shù)

常規(guī)鉆桿開(kāi)窗是一種成熟技術(shù)，是需要將開(kāi)窗銑錐接入到鉆桿上，通過(guò)鉆臺(tái)面上的方鉆桿或者頂驅(qū)對(duì)鉆桿串施加一定扭矩，通過(guò)鉆桿串將扭矩傳遞到井下開(kāi)窗銑錐上，驅(qū)動(dòng)開(kāi)窗銑錐繞鉆桿串中心軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿著斜向器斜面軸向運(yùn)動(dòng)，切削套管直至套管破裂。

連續(xù)管開(kāi)窗是將開(kāi)窗銑錐通過(guò)連續(xù)管連接器與連續(xù)管連接。由于連續(xù)管纏繞在連續(xù)管滾筒上，在井筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)為上下運(yùn)動(dòng)，無(wú)法在井口驅(qū)動(dòng)連續(xù)管旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)開(kāi)窗銑錐在井下旋轉(zhuǎn)。因此，開(kāi)窗銑錐上部需要連接可輸出扭矩的動(dòng)力鉆具來(lái)帶動(dòng)開(kāi)窗銑錐完成旋轉(zhuǎn)破窗。但該技術(shù)與常規(guī)鉆桿開(kāi)窗相比存在需要克服的技術(shù)問(wèn)題：①連續(xù)管抗扭剛度較小，不利于動(dòng)力鉆具扭矩傳遞；②常規(guī)動(dòng)力鉆具輸出速度在140～320 r/min，在銑錐接觸套管初期容易引起打齒，毀壞銑錐；③開(kāi)窗不利于銑錐切削套管，而且也與斜向器導(dǎo)斜面相互摩擦，既造成能量損失、導(dǎo)致開(kāi)窗效率降低，又造成銑鞋和斜向器磨損，影響連續(xù)管開(kāi)窗效果。

二、開(kāi)窗試驗(yàn)

1 .連續(xù)管開(kāi)窗BHA

連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆所用的主要井下工具有連續(xù)油管連接器、回壓閥、液壓斷開(kāi)接頭、可循環(huán)接頭、非旋轉(zhuǎn)接頭、開(kāi)窗馬達(dá)、開(kāi)窗銑錐，如圖1所示等。

連續(xù)油管連接器用于連接連續(xù)油管和井下工具，并承受軸向載荷和扭轉(zhuǎn)載荷，現(xiàn)場(chǎng)一般采用卡瓦式連接器。回壓閥安裝在連續(xù)油管接頭下方，用于阻止鉆井液的反向流動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況選擇安裝或者不安裝。液壓斷開(kāi)接頭位于回壓閥下方，在卡鉆時(shí)用于分離上部和下部工具串，防止插旗桿。工作時(shí)可投球憋壓斷開(kāi)。非旋轉(zhuǎn)接頭，用于井口連接工序。當(dāng)下部鉆具進(jìn)入井眼后并坐井口，上部鉆具組合和下部鉆具組合不可旋轉(zhuǎn)的情況下，使用非旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行上下部分的連接。開(kāi)窗馬達(dá)采用低速大扭矩直螺桿馬達(dá)，在?140mm套管內(nèi)主要使用102規(guī)格的螺桿馬達(dá)，馬達(dá)頭數(shù)為7：8，工作扭矩2 000 N·m。開(kāi)窗銑錐，用于進(jìn)行套管的開(kāi)窗和修窗，可一趟鉆完成套管開(kāi)修窗作業(yè)。在穿過(guò)套管開(kāi)窗時(shí)，為保持開(kāi)窗BHA穩(wěn)定，防止憋跳鉆，應(yīng)選用小粒度硬質(zhì)合金頭堆焊，低鉆壓，小排量切削。

2.開(kāi)窗側(cè)鉆工藝

連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆國(guó)外應(yīng)用較廣泛的是水泥塞開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)。該技術(shù)需要注開(kāi)窗水泥塞、鉆導(dǎo)引孔和磨銑窗口。目前國(guó)內(nèi)使用的連續(xù)管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)為我院自主研發(fā)的斜向器定向開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)。其開(kāi)窗工藝為：

圖1連續(xù)管開(kāi)窗BHA

1連續(xù)管 2連接器 3回壓閥 4液壓斷開(kāi)接頭 5非旋轉(zhuǎn)接頭 6開(kāi)窗馬達(dá) 7開(kāi)窗銑錐

(1)下井下定位總成并測(cè)量定位總成定向斜口的方位。井下定位總成是一種井下錨定工具，通過(guò)液壓方式將其固定在井下。

(2)下入自旋轉(zhuǎn)斜向器并卡在井下定位總成上，井下定位總成與自旋轉(zhuǎn)斜向器連接在一起，承受開(kāi)窗時(shí)的鉆壓和扭矩。自旋轉(zhuǎn)斜向器系統(tǒng)有與井下定位總成相配合的定位斜口，通過(guò)該定位斜口在井下自旋轉(zhuǎn)到位后與井下定位總成鎖定，通過(guò)送入工具上提可完成丟手。完成丟手后該自旋轉(zhuǎn)斜向器的工具面與設(shè)計(jì)開(kāi)窗方位一致。

(3)磨銑窗口。管串功能：開(kāi)窗+修窗。針對(duì)?140 mm套管，下入連續(xù)管開(kāi)窗BHA：?73 mm連續(xù)管+連續(xù)油管連接器+回壓閥+液壓斷開(kāi)接頭+可循環(huán)接頭+非旋轉(zhuǎn)接頭+加重鉆桿+開(kāi)窗馬達(dá)+開(kāi)窗銑錐。

在非旋轉(zhuǎn)接頭與開(kāi)窗馬達(dá)之間接有8～9根?73 mm加重鉆桿，以增加鉆壓和工具面的穩(wěn)定性。開(kāi)窗作業(yè)中，最關(guān)鍵的技術(shù)之一是慢下輕觸探底磨銑。磨銑進(jìn)尺到0.4 m后在保證不蹩泵的情況下加鉆壓磨銑，此時(shí)磨銑速度較之前明顯下降，直到進(jìn)尺2.8～3 m后，窗口完全磨銑完畢。繼續(xù)進(jìn)尺到5 m完成開(kāi)窗通道施工，上下拖動(dòng)管串進(jìn)行修窗直至窗口無(wú)掛卡。

(4)側(cè)鉆。開(kāi)窗完成后 根據(jù)井眼軌跡選取不同彎度螺桿完成造斜段和穩(wěn)斜段鉆進(jìn)。

3． 開(kāi)窗側(cè)鉆地面模擬實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)主要由以下幾個(gè)階段組成。第一階段：下井下定位總成。在井下，當(dāng)送到位后，打壓，利用建立起來(lái)的高壓推動(dòng)脹塞上行，將井下定位總成的膨脹管部分自下而上脹開(kāi)并脹貼在?140 mm套管上。本實(shí)驗(yàn)完全模擬井下力學(xué)條件，測(cè)試該系統(tǒng)的施工壓力。第二階段：下自旋轉(zhuǎn)斜向器。膨脹管定位后，下入斜向器，坐在膨脹管定位系統(tǒng)上。測(cè)試該系統(tǒng)下放到位后的丟手的剪釘剪斷值。第三階段：開(kāi)窗作業(yè)。模擬現(xiàn)場(chǎng)，下入開(kāi)窗銑錐和螺桿馬達(dá)，測(cè)試開(kāi)窗過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)：排量，扭矩，鉆壓等。其實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕獮樵谕耆M井下力學(xué)條件和使用工況的情況下，用螺桿馬達(dá)帶動(dòng)開(kāi)窗銑錐，在?140 mm套管開(kāi)窗實(shí)驗(yàn)中，研究其鉆壓、轉(zhuǎn)速和排量對(duì)開(kāi)窗的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

(1)下井下定位總成管串：?73 mm油管+轉(zhuǎn)換接頭+井下定位總成。打壓壓力28 MPa，系統(tǒng)壓力掉零，停泵，完成實(shí)驗(yàn)。

(2)下自旋轉(zhuǎn)斜向器實(shí)驗(yàn)管串：?73 mm油管+轉(zhuǎn)換接頭+軸承短節(jié)+自旋轉(zhuǎn)斜向器。下放斜向器，受壓旋轉(zhuǎn)后下放到底，下壓至6 t后確認(rèn)斜向器到位，上提7T將斜向器丟手螺栓剪斷，提出丟手。

(3)作業(yè)管串：?73 mm油管+轉(zhuǎn)換接頭+螺桿馬達(dá)+開(kāi)窗銑錐。泵排量:9 L/s，泵壓:5 MPa，銑錐開(kāi)始切削套管;泵排量6.44 L/s，泵壓3.89 MPa，銑錐切穿套管;泵排量5～6 L/s，泵壓2～4 MPa，銑錐繼續(xù)切削套管直至窗口全部切削完成。結(jié)論：螺桿馬達(dá)+開(kāi)窗銑錐的開(kāi)窗工藝?yán)碚撋峡尚?可以運(yùn)用于連續(xù)管鉆機(jī)用于套管開(kāi)窗作業(yè)。

存在問(wèn)題1：由于開(kāi)窗條件所限，?140 mm套管空懸地下，當(dāng)銑錐開(kāi)破套管后可能會(huì)由于前端失去支撐力而無(wú)法加鉆壓。鑒于此，該試驗(yàn)只能試驗(yàn)開(kāi)窗初期的工藝。理論窗口長(zhǎng)度2 293 mm，實(shí)際開(kāi)窗長(zhǎng)度1 260 mm。

存在問(wèn)題2：理論上銑錐下行176 mm后開(kāi)始鉆破套管，實(shí)際上銑錐多下行約1 000 mm后鉆破套管，導(dǎo)致開(kāi)窗時(shí)間多了17 h。原因分析：斜向器硬度不夠，而此次開(kāi)窗套管硬度較高，導(dǎo)致銑錐同時(shí)切削斜向器和套管。改進(jìn)：調(diào)整斜向器斜面硬度，從原來(lái)的HRC280-302調(diào)整到HRC300-330，使之適應(yīng)各種級(jí)別套管，改變熱處理工藝，保證硬度處處均勻(如圖2)。

圖2 斜向器斜面硬度

存在問(wèn)題3：本次實(shí)驗(yàn)共開(kāi)窗20 h，磨銑金屬14.56 kg，使用2根銑錐，且開(kāi)窗銑錐頭外緣全部磨平，開(kāi)窗銑錐保徑處有磨損。原因分析：初始泵排量:9 L/s，泵壓:5 MPa，鉆壓0.5 t，開(kāi)窗銑錐開(kāi)始切削套管，此時(shí)轉(zhuǎn)速85 r/min，現(xiàn)場(chǎng)可以聽(tīng)到很大的震動(dòng)聲音。初步判斷小鉆壓，高轉(zhuǎn)速造成開(kāi)窗銑錐在套管內(nèi)旋轉(zhuǎn)沖擊，導(dǎo)致磨損加快。改進(jìn)：調(diào)整參數(shù)，初始泵排量5～6 L，降低初始轉(zhuǎn)速，增加鉆壓至1 t，減小沖擊震動(dòng)；開(kāi)窗銑錐硬質(zhì)合金頭選用更細(xì)顆粒堆焊。

4． 連續(xù)管開(kāi)窗側(cè)鉆現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2014年6月，在大港油田女S67-43井進(jìn)行了連續(xù)管開(kāi)窗、側(cè)鉆試驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)了使用連續(xù)管+低速大扭矩開(kāi)窗螺桿馬達(dá)+開(kāi)窗銑錐一趟鉆開(kāi)窗、修窗和鉆進(jìn)工藝，驗(yàn)證了開(kāi)窗工具的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。低速大扭矩開(kāi)窗螺桿馬達(dá)可以滿足現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)管開(kāi)窗扭矩要求。開(kāi)窗銑錐可一次性完成開(kāi)窗和修窗。連續(xù)管開(kāi)窗20 h，相對(duì)10～12 h的常規(guī)鉆桿開(kāi)窗時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，窗口規(guī)則，通過(guò)性好，修窗時(shí)間相對(duì)短，綜合優(yōu)勢(shì)明顯。

2015年5月，在大港油田142-2K井進(jìn)行了開(kāi)窗、側(cè)鉆全過(guò)程試驗(yàn)。該井自1 506 m開(kāi)窗、1 909 m完鉆，完鉆井斜26°，其中1 506～1 509 m為開(kāi)窗井段，連續(xù)管開(kāi)窗18 h，相較上一口井提速2 h。

2015年11月，在大港油田港3-57-2K井進(jìn)行了開(kāi)窗、側(cè)鉆全過(guò)程試驗(yàn)。開(kāi)修窗時(shí)間18 h。

2016年10月，在大港油田港539-3HK井進(jìn)行了開(kāi)窗、側(cè)鉆全過(guò)程試驗(yàn)。該井設(shè)計(jì)自1 408 m開(kāi)窗，2 226 m完鉆。1 407～1 410 m為銑錐開(kāi)窗井段，連續(xù)管通井、刮削、井下定位系統(tǒng)坐封、斜向器坐掛、連續(xù)管開(kāi)窗各工序一次成功，開(kāi)修窗時(shí)間14 h，與常規(guī)開(kāi)窗相比窗口更加平滑，通過(guò)性好。

三、結(jié)論

(1)該種連續(xù)管開(kāi)窗方式完成5口其綜合效率目前與鉆桿鉆井相當(dāng)，但窗口規(guī)則，通過(guò)性好，同時(shí)修窗時(shí)間相對(duì)短，綜合優(yōu)勢(shì)明顯。

(2)?140 mm的套管柱連續(xù)管開(kāi)窗現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的成功，為連續(xù)管在開(kāi)窗側(cè)鉆井的推廣應(yīng)用提供了工藝基礎(chǔ)，也為小井眼側(cè)鉆技術(shù)提供了一種新的技術(shù)手段。