第九章 侧钻工艺技术(修改)

§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。

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（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3º4º），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（RC260300为宜）。 斜面斜度：以侧钻目的和要求而定（一般为3º4º）。 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（），周围焊上钢筋，钻少量水眼。

斜向器（定斜器）

送斜器示意图 1—送斜器，2—销钉3—定斜器，4—尾管 （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

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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。

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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 4

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： P226 1；

补充题1：侧钻工具主要包括那几部分工具？

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§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。

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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）

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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Kz、Kn、Kzz，可分别算出对应的曲率半径Rz、Rn、Rzz，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

b和Dmw。按如下公式计算：

DeDtDkop （8—2）

SeSt （8—3）

ReRz （8—4）

DmwDeS2ReSe22e0.5 （8—5）

b2arctanDeDmw/2ReSe （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，有时可给定况下的计算公式如下：

，关键参数变成了Dmw和Kz，这种情

（8—7） （8—8）

（8—9）

③ 有时也可给定Dt，St，KZ，b，而求Dkop和Dmw：

DMWDtDkopRzsinb/cosb （2）多靶三段式

DkopDtSt/tanbRztanb/2（8—10）

（8—11）

这种类型的轨道给定的条件中，没有目标点的水平位移St，也就是说没有给出地面上的井位。

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这是它与其他类型的区别之处。这种设计需要求出St，确定地面上的井位，所以被称为“倒推设计法”。计算公式如下：

StDtDKOPRztant/2tant （8—12）

Dmw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De、Se、Re，然后代入式(8—5)和 （8—6）即可求得Dmw和b两个关键参数。

DeDtDKOPRnsintSeStRn1costReRzRn（4）双增式轨道

双增式轨道的关键参数按如下公式计算：

（8—13）

（8—14） （8—15）

DeDtDkopRzzsintSeStRzRzzcostReRzRzzDmwDeSeRe（8—16） （8—17）

（8—18） （8—19） （8—20）

b2arctanDeDmw/ReSe2220.5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

DZRZsinb （8—21） SZRZ1cosb （8—22） DmZRZb/180 （8—23）

2）稳斜段计算

Dmw作为关键参数已经求出

DwDmwcosb （8—24） SwDmwsinb （8—25）

3）降斜段计算

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DNRsinbsint （8—26）

SnRncostcosb （8—27） ΔDmnRnbt/180 （8—28）

4）双增轨道的第二增斜段计算

DZZRZZsintsinb （8—29） SZZRZZcosbcost （8—30） DmZZRZZtb/180 （8—31） 5）目标段计算

目标段已知的参数是Dmm，另外两个参数的计算如下 DmDmmcost （8—32） SmDmmsint （8—33） 3．根据计算结果和给定参数列表。

垂深、平移---累计总量。

4．绘制侧钻轨道图。

图8—16 五段式轨道参数意义

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§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：

Φmm方钻杆+Φ73 mm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？

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