可循环式开窗工具研制与应用

钟 晖

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163413）

侧钻开窗已经成为油田发展后期的重要手段，侧钻开窗是油田开发后期重要的增产手段，具有以下优点：①可使老井复活，保证原有的井网完善；②延长油井年限，提高采收率；③充分利用原井眼降低生产成本；④节约基建费用，保护环境；⑤可获得最新地质材料，为后期开发提供依据。常规的开窗工具在下入管柱的过程中，工具及钻具水眼内会进入大量的油砂，常规开窗工具受结构所限无法将油砂排出，导致陀螺定位无法得到有效数值，甚至在打压坐封时，液压无法有效传递至锚定机构上，使得坐封失败，严重影响了施工进度。

为解决常规开窗工具在老井侧钻过程中遇到的难题，研制了可循环式开窗工具，既可以实现常规开窗工具结构简单、锚定力强等优点，同时下到指定位置后可以进行循环作业清除管内油砂，保证了侧钻施工的成功率。

1 可循环式开窗工具的结构

可循环式开窗工具主要由上接头、送入杆、扶正盘、导斜体、喷管、外壳体、上下卡瓦、上下活塞、中心杆等部件组成（如图1所示）。

图1 可循环式开窗工具结构示意图

1.1 工作原理

工具上接头连接钻具并随钻具下至设计井深，调整至预定方位，开泵憋压至15～20MPa，推动上、下活塞外推上下卡瓦锚定在套管内壁上，特殊的锁定装置锁定活塞，正转钻柱倒扣起出送入工具。然后，下入配合的开窗铣锥一次即可完成开窗作业。

1.2 工艺原理

（1）准备工作：工具下到预定位置后，调节方入，保证方钻杆入转盘（顶驱不考虑），锁死刹把，连接管线。

（2）坐封工作：小排量钻具内灌液，观察泵压；泵压升高，液体推动工具的液压总成内的活塞上下移动，推动卡瓦牙外伸，直至与套管内壁接触，泵压继续上升至坐封压力（19～21MPa），稳压5min，压降不超过1MPa，使卡瓦牙锚定在套管内壁上，保证工具一次完全坐封在套管上。

（3）检查坐封情况及实现铣锥与工具脱离：稳压5min 后，上提钻具，观察悬重变化（一般上提20～30kN），下放钻具，观察悬重变化（一般下压20～30kN），检查导斜器是否坐封，坐封到位后，放置钻具至中和点（建议：现场指重表钻压为零或上提10～20kN），以20～40r/min低速正转钻具，观察扭矩变化（3000m 钻具限定扭矩设置20kN·m），钻具突然释放扭矩，正常剪切分离，然后下压80kN，检查工具坐封效果。

（4）开窗：与工具斜面接触，上提下放至钻具悬重为0，标记为“0 刻度线”，开泵返出正常，正常磨铣开窗作业。

注：可循环式开窗工具下入前一定要用标准通井规（外径大于导斜器2～3mm）通洗井，其导斜器部分为先置球设计，采用的是单流阀方式，下钻过程中严禁开泵。

1.3 施工工艺

可循环式开窗工具主要施工工艺：

（1）按表1 中钻具组合设计连接钻具，井口测量角差；

表1 坐挂工具作业钻具表

（2）锁定转盘，以每柱（2 根一柱）3min 的速度下入可循环式开窗工具坐挂组合，工具顶部到达设计深度；

（3）下钻时，仔细观察指重表，每下10 柱（20 根钻杆），上下活动钻柱称量并记录；

（4）当可循环式开窗工具通过套管尺寸变化位置时要特别注意阻卡挂碰，缓慢下放；

（5）下钻到预定开窗位置后，测套内前磁，根据测量结果，校正井深，在钻杆处做好标记。

（6）下陀螺仪测可循环式开窗工具方向，调整可循环式开窗工具斜面至指定方位（严禁正转钻具，反转调节方位后上提下放释放应力）；

（7）可循环式开窗工具坐挂，开泵憋压到19～21MPa，稳5min，压降不超过1MPa即可；

（8）丢手送入工具，转盘正转24 圈以上，观察泵压下降至0MPa。此时，可下放钻具加压2～3t确认斜向器是否坐住，确认后起出送入工具；

（9）起出送入工具匀速起钻，把钻杆立在井架上。坐挂工具作业钻具表如表1所示。

1.4 施工注意问题

应用可循环式开窗工具施工中需要注意的几个问题：

（1）原井筒必须通畅，满足可循环式开窗工具下入的需要。

（2）下工具前，检查工具水眼，是否畅通，下钻过程中，确保钻具水眼通畅，灌液过程中，保证钻井液清洁，无结块情况。

（3）下钻过程中，均匀送钻，如遇阻，下压不得超过20kN，不能通过后，记录井深，起钻修复井筒。

（4）开窗过程中，送钻平稳，参数参考施工参数设计，时刻关注转盘扭矩、悬重、泵压变化，观察好钻井液返出情况，出口处放置磁性装置。

（5）开窗磨铣过程中，长时间进尺慢或无进尺，尝试改变施工参数进行施工。

2 可循环式开窗工具性能参数及技术特点

2.1 性能参数

该工具系统的性能参数如下：最大外径118mm；工具通径50mm；工具长度3980mm；适应井径118～124mm；适应温度150℃以内；打开压力10～15MPa。

2.2 技术特点

（1）工具结构简单，加工难度低，结构优化后组装简易。

（2）设计了锚定卡瓦，能够稳定有效在套管内支撑，可承受的重量达到300kN以上。

（3）研制了可循环式喷嘴及中心管，球下落到工具下端后便可打压坐封。

（4）斜面采用高频淬火处理，硬度远高于套管本体，保证侧钻成功。

3 现场应用实例

可循环式开窗工具目前在大庆采油七厂台105 区块成功应用7口井，全部施工成功，见表2。

表2 大庆采油七厂台105区块工具施工情况表

以T96-S134 井为例，该井构造位置在大庆采油七厂台105区块，位于黑龙江大庆肇源，为了挖掘剩余油气资源，决定进行老井侧钻工。

3.1 老井基本数据

T96-S134 井位于大庆采油七厂台105 区块，全井射开砂岩厚度5.2m，有效厚度3.7m，主要发育PI32 层，有效厚度2.0m。初期日产液1.7t，日产油1.5t，含水9.5%。2010 年11 月压裂，初期日增油1.2t。2020 年7月日产液1.4t，日产油0.6t，综合含水56%，累积产油量0.45×104t。

3.2 窗口位置选择

为了保证窗口质量和降低侧钻施工难度，窗口位置选择同时遵守以下基本原则：

（1）根据老井测井解释，选择固井声幅质量优质的井段。

（2）根据录井岩屑草图，选择砂岩稳定地层。

（3）核实新老井的补芯差，规避老套管接箍位置，选择套管中部开窗。

3.3 侧钻轨迹设计

T96-S134 井设计垂深1418.9m，斜深1792.16m，开窗点位置1439m，入靶点垂深1437.50m，侧钻水平段长260m。目的层位PI3层，侧钻方位角NE111°，入靶点横向位移60m，目的层钻进方向地层上倾，倾角4.09°，水平段钻进平均井斜角94.09°。侧钻剖面如表3所示，根据侧钻轨迹和窗口选择，下入可循环式开窗工具，从1439m 开始侧钻，侧钻井段2.9m，井斜由17.42°增加至19.22°，方位从137.22°调整至130.00°。

表3 T96-S134 井轨道设计

3.4 开窗钻具组合

窗口的品质不仅与开窗工具有直接关系，同时与修窗过程中的钻具组合密切相关，建议采用以下开窗钻具组合：

开窗钻具组合：可循环式开窗工具+陀螺定位接头+∅73mm 钻杆（1 根）+∅73mm 短钻杆（标记短接）+∅73mm钻杆（到井口）。

优点：

（1）提高开窗效率，施加钻压。

（2）使用钻铤修窗，提高窗口质量。

3.5 钻井液保障

开窗过程中，随时调整和完善钻井液性能，尤其是携砂性和防塌性：

（1）开窗过程中，保证钻井液粘度，保证开窗过程中的铁屑、岩屑及时携带出井口，保证不影响之后的仪器的下入。

（2）开窗进入裸眼地层后，钻井液要有充足的防塌性能，保证出窗后的裸眼段井壁稳定，不影响工具的下入。

3.6 现场施工情况

大庆采油七厂台105区块T96-S134 井井应用可循环式开窗工具。

钻具组合：

（1）清洗通井：∅120mm×1.5m 通径规+∅73mm 钻杆（到井口）；

（2）刮壁：GX140T 套管刮削器+∅73mm 钻杆（到井口）；

（3）坐挂工具：可循环式开窗工具+陀螺定位接头+∅73mm钻杆（1根）+∅73mm短钻杆（标记短接）+∅73mm钻杆（到井口）；

（4）开窗磨铣：∅120mm 铣锥+∅88.9mm 钻铤（8根）+∅73mm钻杆（到井口）；

施工参数：钻压5～15kN；扭矩1～6kN·m；排量8L/s；泥浆密度1.12g/cm3；

施工情况：开窗进尺3.48m，开窗结束后反复修窗10次，上提下放无刮卡显示。

3.7 效果分析

经后期起下钻及完井下筛管检验，应用可循环式开窗工具的窗口，与分体式铣锥开窗效果一致，未出现窗口起下钻刮卡现象，同时，未出现与顺延老井套管情况，窗口质量满足施工需要。

4 结论

（1）可循环式开窗工具结构新颖、性能可靠、使用方便,可以解决老井侧钻过程中油砂进入管柱内造成坐封失败的技术难题；

（2）与常规开窗工具相比，该工具的结构更加简单，组装工艺简化，同时在下钻后具有可循环的特点，大大提高了工具施工成功率；

（3）与常规的开窗相比,可循环式开窗工具有效地针对了老井侧钻的所带来的困难，保证原有工具的特点外增加了可循环功能，提高了坐挂成功率。具有良好的推广应用前景。