套管开窗侧钻工艺研究_夏宏南

套管开窗侧钻工艺研究

夏宏南1 谭家虎1 李鹏华1 张迎进1 韩俊杰2

(1 江汉石油学院 2 华北石油管理局)

摘 要 套管开窗侧钻是提高老油田原油产能的一项有效措施,能够节约钻井投资和地面建设投资,广泛应用于油田的大修、处理套管损坏的井和油田中后期的挖潜增效。针对套管开窗侧钻工艺进行了系统全面的研究总结,得到了一些有用的结论。

关键词 钻井 套管 开窗 侧钻 工艺

套管开窗侧钻是利用特殊的工具和工艺,在已下套管的油水井某一特定深度开窗,并从此窗口侧钻出一定的距离,形成新的井眼,然后下尾管固井,开采地下原油的一项技术措施。它是油田开发中后期节约开采成本、提高原油采收率的技术手段,具有重要的经济意义和战略地位[1]。

套管开窗侧钻应用于江汉油田取得良好的效果。在江汉油田面14-7-11井利用导向器开窗,有效利用了老井1000多米 177 8mm生产套管,节省了1000多米 216mm井眼进尺。粗略计算,比打一口开发井节约钻井投资43 6万元,为钻井总投资的40%。

1 开窗点的选择

首先收集原井眼的钻井资料和固井资料;然后根据资料综合考虑,确定最佳开窗点。

开窗点的选择应遵循以下原则:

a)尽量充分利用原井眼的有用套管,以缩短侧钻周期,节约成本。

b)完全避开套管扶正器,力求少铣套管接箍。

c)开窗点以上套管要完好,无变形、破损和漏失。

d)开窗段外固井质量良好。

e)应有利于钻井、采油和井下作业。

2 套管开窗侧钻工艺技术

目前,应用比较广泛的套管开窗侧钻方法主要有导向器开窗侧钻和段铣开窗侧钻,爆炸切割开窗方式尚处于研究之中。2 1 导向器开窗侧钻

导向器开窗侧钻是利用转盘或井下动力钻具驱动开窗工具铣锥沿着导向器斜面方向将套管某特定部位磨铣开出窗口,然后从所开窗口向套管外钻出新的井眼。

其工作情况见图1

。

图1 导向器开窗侧钻

2 1 1 装置角与待钻进井眼的关系

使用导向器侧钻形成新井眼的井斜角和井眼方位角的变化可以用下式进行计算:

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断块油气田

第10卷第2期 FAULT BLOCK OIL&GAS FIELD 2003年3月

收稿日期 2002-12-02

第一作者简介 夏宏南,1962年生,1982年大学毕业,

现为江汉石油学院副教授、博士,中国石油学会会员,硕士

研究生导师,主要从事钻头、钻井工艺和钻井仪器等方面

的研究开发工作,地址(434023):湖北省荆州市江汉石油

学院石油工程系钻井教研室,电话:(0716)8431994(H),E

-mail:xiahn@163 net。

tan =sin sin /(sin 1cos +cos 1sin c os )(1) sin 2=(sin 1cos +sin cos 1cos )/cos (2)

式中 井眼方位角增量;

导向器导斜角(导向器斜面与井眼

轴线之间的夹角);

导向器装置角;

1 第一测点或原井眼井斜角;

2 第二测点或待钻井眼井斜率。

2 1 2 导向器的送入与固定技术

在不考虑开窗窗口方向的侧钻作业中,一般

采用直接投入的方法投 导向器 ,并进行注水泥固定。在考虑窗口方向的侧钻作业中,须用陀螺仪或随钻测斜仪器测得定向接头键槽方位来确定导向器斜面的实际方位值,然后注水泥进行固定。

2 1

3 开窗过程的钻具组合与参数配合

2 1

3 1 启始磨铣阶段

从铣锥磨铣导向器顶部上方某一点到磨铣底部直径圆周与套管内壁接触段。在施工中启始铣鞋均应采用较大刚度的钻具组合,要注意轻压、慢转,使铣锥先铣出一个均匀接触面。

2 1

3 2 开窗磨铣阶段

从铣锥底圆接触套管内壁到底圆刚出套管外壁。为增大开窗铣鞋对窗口的侧向切削力,采取柔性钻具组合:开窗铣鞋+钻杆1根+钻铤3根+钻杆[2]。但开窗至下半窗口时,要减少钻压或起钻更换大刚度的钻具组合。

2 1

3 3 窗口加长、修整与保护阶段

从铣锥底圆出套管到铣锥最大直径全部出套管。实际开出的窗口往往不规则、不光滑,需进行修整,使之成为标准窗口。钻具组合形式:锥形铣鞋+西瓜铣鞋+钻柱铣鞋+适量的钻铤。

2 2 段铣开窗侧钻

段铣开窗侧钻是先下入铣刀将窗口部位的套管全部铣切掉,然后再从窗口离开原井筒钻出新井眼的方式,其工作情况见图2。

原理如下:当工具下到预定井深后,启动转盘。钻柱旋转正常后,开泵循环。由于喷嘴的阻流作用,活塞下行,首先推动3个长刀片切割套管。当套管被完全切断,6个刀片完全张开,由于调压总成的作用,泵压下降1~2M Pa,显示套管已被割断。当停泵时,由于弹簧作用,活塞及总成复位,刀片收回,可上提钻具或起钻。

图2 段铣开窗侧钻

2 2 1 井眼准备

下段铣工具前,应下钻头或通径规通井,了解套管有无变形。在欲打水泥塞井段,应充分循环钻井液,反复活动钻具,清理套管内壁,保证水泥塞与套管内壁粘结的牢固性。如果套管未变形,下光钻杆在段铣井段以下30~50m处打水泥塞。

2 2 2 段铣工艺技术

2 2 2 1 段铣钻具结构

段铣工具+钻铤2根+钻柱稳定器+钻铤4根+钻杆。

2 2 2 2 井口试验

工具下井前进行井口试验,确认刀片能张开也能复位。试验后,用细铁丝把刀片固定在刀体上。

2 2 2

3 起始磨铣切割套管

寻找设计段铣点最近的套管接箍的准确位置,然后下放离开套管接箍5~6m;

刹住刹把,启动转盘(低档转速),正常转动2~3min后开泵,排量控制在推荐使用范围,开始切割套管;

定点切割一定时间后,泵压下降1~2 MPa,扭矩马上变平稳,基本断定套管已切断;

为确保刀片完全张开,继续定点切割15~ 30min。下放钻具能加上钻压,说明套管已被割断。

2 2 2 4 正常磨铣套管

确认套管切断后,立即加压进行段铣。段铣时所施加的钻压要保证不憋不跳,钻具上提下放自由,铁屑携带正常。

2 2 2 5 打水泥塞封固铣井段

光钻杆下入铣井段以下30~50m,打水泥塞封固段铣井段,上提钻具至段铣窗口以上30~50

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2003年3月 断块油气田 第10卷第2期

m循环,确保段铣段水泥石强度达标。循环冲洗2周后起钻。

2 2

3 铡钻工艺技术

2 2

3 1 钻水泥塞

钻水泥塞至段铣上窗口以下3~5m,充分循环钻井液后,起钻更换定向钻具。

2 2

3 2 定向侧钻

采用1 25~1 75 弯螺杆钻具组合,以保证较高的造斜率。在侧钻初始段,严格控制钻时为60~100min/m[3]。

2 2

3 3 轨迹控制

根据目标层方位、位移要求确定下部井段的钻具组合,及时监测井眼轨迹,确保井身质量的合格。在井网密集区块加强井的防碰工作。

3 2种开窗侧钻方法的对比

3 1 开窗方式优选

3 1 1 开窗方式对比

不同的侧钻工艺,开窗时均需要磨铣(切削)部分套管。2种方式各有其优缺点,对比见表1。

表1 2种开窗侧钻方法的比较

项 目导向器开窗侧钻段铣开窗侧钻开窗主要工具铣锥铣刀

开窗窗口长度短长

磨铣长度短长

切屑尺寸小而少多而大

磨铣面积小大

开窗速度慢快

定向能力差好

钻井液性能要求低高

可作业套管层次2层以内单层

开窗侧钻工具投资全部井下工具

仅需数万元

段铣工具10~

12万元,每套刀

片2~3万元

适于侧钻类型单直井直斜井与水平井

3 1 2 开窗方式的优选原则

开窗方式的选择应综合考虑甲方地质要求、老井井眼状况、地层特点及侧钻工具的侧钻造斜能力等各方面的因素。

如果侧钻地层硬,固井质量较差,老井井眼井下情况复杂,井斜角较大,套管及套管扶正器不易段铣,开窗点的可选范围有限时,一般选用导向器开窗方式。否则,宜采用段铣式开窗方式。

3 2 侧钻方式优选

3 2 1 侧钻方式

定向侧钻:导向器按预定方位准确固定,使开窗过程沿设计的方位和井眼轨迹钻达目的层。

非定向侧钻:无明确的方位、井斜角及水平位移要求。导向器在开窗过程中只起导斜和造斜作用,使开窗钻进沿着导向器斜面轴线进行,钻达目的层。

3 2 2 铡钻方式的选择依据

方位角:定向侧钻时,如果为了避开高压、高含水层,方位角应面对注水井和出水出砂层旋转180 ;或者面向储层储量动用较小的方位。

水平位移:水平位移的延伸应有利于扩大靶区半径,增大供油面积而避开低能量高含水层。

4 结论

套管开窗侧钻是油田,尤其是老油田,在开发中后期提高原油产能的一项有效措施,其优点主要有:

a)套管开窗侧钻能使死井复活,老井更新,保持和完善原有的井网结构。

b)侧钻技术能强化采油,延长油藏开采年限,提高最终原油采收率。

c)可以充分利用老井上部井眼,大幅度降低钻井成本。

d)可以充分利用老井场和地面设施,节约建设投资,保护环境。

e)套管开窗侧钻过程中可以获得新的地质资料,为重新认识油层提供依据。

参考文献

1 张云连 99钻井新技术 东营:石油大学出版社,1999

2 邹和均,刘谦,张希智 托参1井 244 5mm套管开窗侧钻技

术 石油钻探技术,2002,30(2)

3 Cagle W W,Brock K A Improved M ethod Helps Sidetrack Cased

Well Bore Petroleum Engineer,1987,59(3)

(编辑 赵卫红)

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第10卷第2期 夏宏南等 套管开窗侧钻工艺研究 2003年3月

C alculation of the Friction C oeff icient on the C asing in the Directional Well

Shen Xianliang(The No.1Drilling Company, Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau,SINOPEC, Henan457331,P.R.C hina),Cao Qinghe and Wang Aikuan et al.Fault Block Oil&Gas Field,2003,10(2):73~76

B ased on the flexible string model put forward by predecessors,three dimensi onal analytical method was adopted to analyze the forces acti ng on a casing unit i n three dimensi onal well more detailedly,and the formulas for calculati ng the axial tension and the torque acting on the whole casing string was deduced. T hese formulas can also be used to analyze the forces acting on drill string analyzed by means of flexible string.Wi th the data collected from well Pu2 Ping1and Wen266 9,T hese formulas were tested and verifi ed by calculating the friction coefficient from the actual hookload and predicting the hookload from known friction coefficient.

Key Words:Directional w ell,Casing,Casing unit,Dr ag and torque,M odel.

C asing Window and Sidetrack Drilling Technology

Xia Hongnan(Jianghan Petroleum Institute,Hubei 434023,P.R.China),Tan Jiahu and Li Penghua et al. Fault Block Oil&Gas Field,2003,10(2):77~79 Casing window and sidetrack drilling is an effect ive measur e of incr easing crude o il output for old oil field.It can sav e drilling investment and ground constr uction investment. It s widely used in heavy repair,dealing with the w ell whose casing is damaged seriously.It s also used to ex ploit the potential oil and increase benefit during the middle and later period of an oil field.T his paper mainly studies t he technolgy of casing w indow and siderack drilling.I t reaches some useful conclusions.

Key Words:Drilling,Casing,Casing windo w,Sidetr ack drilling,T echnology.

Study on Decreasing the Azimuth Drift in the Directional Well

Liu Huibin(The No.1Bohai Drilling Company,Shengli Oilfield C o.Ltd.,SINOPEC,Shandong257237,P.R.

C hina),Fan Zhaoxiang and Gao Min.Fault Block Oil& Gas Field,2003,10(2):80~81

In the drilling of the direct ional well,azimuth drift is a key factor of effecting the drilling rate.When the deviation angle is mor e hig her,azimuth drift is smaller.A ccording to t he rule,if the leng th of deviated section is shor tened,in w hich the deviation angle is smaller,azimuth dr ift in the directional well is decreased.T he paper introduces two ways to accomplish the method.

Key Words:Directional well,Azimuth dr ift,Bo tto m hole assembly,Ex ample.

Drilling Fluid Technology of High Angle Directional Well in Zhongyuan Oilfield

Huang Hongjun(Engineering Supervision Centre, Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Henan457001,P. R.China),Tao Xuefu and Wu Peizhao et al.Fault Block Oil &Gas Field,2003,10(2):82~84

Zhongyuan Oilfi eld i s a high burial depth,high oil layer and types and inhomogeneous block faulted oilfield.208directional well had been completed in1999,These were about26%i n all completed well.High angle and di splacement and high density di recti onal well have gained tendencyly every year.In thi s article, the drilli ng fluid measures and requirments had been analysed i n onsite angle.Electropositive glue p olymer drilling fl uid(polymer sulphatedand potassium and ammonium base)oil emulsion drilling fluid all can meet the requirement of these hi gh di ffi culty well.

Key words:High angle,Directional well,Dr illing fluid, T echnical measures,Z hongyuan Oilfield.

The Well Completion Pipe String Technique of Oil and Gas Formation Protection

Zhang Guangping(Downhole Special Operation Department,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC, Henan457164,P.R.China).Fault Block Oil&Gas Field ,2003,10(2):85~86

In develo pment process of oil gas field,flushing fluid, well killing fluid and completion fluid invaded str ata,will pollute and injure formation,and reduce effective permeability of the formation.So it w ill effect pro duction rate of the w ell,even lead to shut in well.We can run in a set o f production string,and drop in a blanking plug inside the mandrel in low er packer,and then open the side door on the packer,so as to set up circulat ion and isolate w ell killing fluid and per for ated interval,thereby protect t he format ion,dur ing washing well and killing w ell operation.

Key Words:Formation,Damage,P er meability,Well completion.

Study and Application of Oil Pipeline Leak Detection and Positioning Real Time System

Jia Zongxian(Oil Transporting Department,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Henan457001,P.R.China), Zhang Yong and Zou Run.Fault Block Oil&Gas Field, 2003,10(2):87~88

In or der to restrict the unlawful pr actice,it is necessary to study and apply the modern pipeline protecting technique. So oil pipeline leak detection and positioning real time system was developed.T he system combines material balance method and neg at ive pressure wave method.I n the application,the g ood result is achived.

Key Words:O il pipeline,L eak det ection,Position, A pplication.

M ARCH2003 FAULT BLOCK OIL&GAS FIELD Vol.10 No.2