余瀚熠，程劍鋒，李清磊，孫曉榕，張 娟

（中石油西部鉆探國際工程公司,甘肅酒泉735000）

1 概述

套管開窗是側鉆技術中的首要環(huán)節(jié)，開窗成功與否直接影響到鉆井周期、成本、質量等。對開窗技術進行系統(tǒng)的研究和實踐有助于高效、安全地施工。套管開窗是一項操作性較強的技術，規(guī)范作業(yè)，豐富的經(jīng)驗和理論都是必不可少的。

A 1井是一口布置在酒泉盆地酒西坳陷青西凹陷鼻狀構造A區(qū)塊的套管開窗側鉆水平井，設計井深4302.67m，垂深3905.00m，井斜71.76°。目的是：①開展水平井多級分段立體壓裂試驗，提高單井產(chǎn)量，延長穩(wěn)產(chǎn)時間；②實現(xiàn)探明儲量的有效動用。本井2次分別從3561.50m、3537.83m進行?177.8mm和?244.5mm雙層套管斜向器開窗。僅從開窗技術這點來看，作業(yè)中遇到許多問題及難點。本文對此進行了分析，并給出了解決措施，為此類井提供了思路和技術資料。

2 主要技術難點

2.1 開窗點的選擇

（1）由于開窗側鉆井目的多數(shù)為提高老井產(chǎn)量，延長穩(wěn)產(chǎn)時間，所以老井經(jīng)過多年的生產(chǎn)，井內(nèi)套管是否已經(jīng)變形，能否正常起下鉆；

（2）必須認真分析研究老井數(shù)據(jù)，校核老井套管節(jié)箍和扶正器的位置，使開窗側鉆點避開此類型井段；

（3）開窗側鉆點處的地層壓實程度不能過高，研磨性不能太強，環(huán)空水泥固結不能太差，井徑擴大率不能太大，防止鉆頭順著套管外環(huán)空水泥鉆進。

2.2 老井射孔段的封固

老井射孔段若不能有效封固，則會導致老井眼油水層互竄影響分注分采效果，且無法為斜向器創(chuàng)造一個準確和堅固的井地，從而難以控制開窗位置。

2.3 斜向器的固定及方位擺放

（1）斜向器若坐掛不牢靠，容易引起窗口與斜向器斜面的偏差，導致無法繼續(xù)鉆井。

（2）斜向器斜面方位若擺放錯誤，則可能導致開窗側鉆進尺報廢，延誤周期。

2.4 開窗作業(yè)的難點

（1）若斜向器的材質不好，開窗作業(yè)過程中易形成臺階，為后期工作帶來麻煩；

（2）雙層套管窗口修得不夠平整光滑易造成起下鉆的掛卡，相對以后的鉆進、測井、完井等作業(yè)都有很大的影響；

（3）環(huán)空水泥環(huán)的掉落易造成井下的硬卡；（4）任何的井口落物都會造成井下的硬卡；

（5）由于老井投產(chǎn)多年，井內(nèi)鉆井液需要全部更換，且鉆井液有一絲不達標，磨銑的鐵屑難以全部帶出，造成堵塞環(huán)空，憋泵的危險；

（6）磨銑過程中極易出現(xiàn)死點，無進尺現(xiàn)象；

（7）在磨銑初期，若參數(shù)執(zhí)行不到位，易磨損銑錐或提前出窗，造成扭距異常，鉆具損壞；

（8）用銑錐修窗時，高速轉動容易脫扣。

3 技術對策及現(xiàn)場應用情況

由于A 1井設計為中半徑水平井，設計井深4302.67m，利用?114.3mm五級分段壓裂一體化套管懸掛完井，對井身質量要求較高，狗腿度小于10°/30m，故開窗點選擇在3622m以上井段（177.8mm和244.5mm雙層套管段，見表1）；根據(jù)井徑數(shù)據(jù)選擇井眼擴大率較小的井段（見表2）；由固井質量圖（圖1）可以看出3530～3570m段水泥膠結較好。

綜合以上因素，根據(jù)老井資料選擇避開套管接箍和套管扶正器的井段，確定2次開窗點分別在3561.50m、3537.83m。下面以第二次開窗作業(yè)為例，簡要介紹雙層套管磨銑開窗工藝。

表1 原井套管數(shù)據(jù)

表2 原井井徑數(shù)據(jù)表

3.1 開窗前的井

選用標準的?150mm×2.50m通徑規(guī)和GXT-177.8刮管器下鉆通井,校正套管內(nèi)徑,檢查套管是否變形。反復刮削套管內(nèi)壁，為橋塞和斜向器坐封打好基礎。通井刮削結束后，先用清水替出井下油水混合物，充分頂替洗井合格后再用密度1.30g/cm3鉆井液替出清水，待鉆井液性能滿足井下磨銑要求時起鉆。

3.2 坐封橋塞

下入?142mm橋塞，下至設計井深憋壓坐封橋塞，脫手后試壓合格，成功封隔下部井段。

3.3 坐掛斜向器

地面仔細檢查斜向器的各部件和外觀，確保送入管通道內(nèi)無雜物和石塊等進入，否則可能造成坐封失敗，準確丈量做好記錄并測量繪制工具草圖。平穩(wěn)操作剎把，控制下放速度，防止斜向器中途坐掛。下鉆過程中鎖死轉盤，確保任何時候不能順時針轉動轉盤，避免斜向器中途倒開落井。下至設計井深后下入陀螺儀器進行定向，最終按照設計將方位擺至270°，起出陀螺儀器投球緩慢開泵憋壓。上提鉆具到中和點，順時針轉動轉盤，剪斷銷釘，上提無遇阻，確認脫手成功，正常起出丟手短接。

3.4 斜向器開窗（以第二次開窗為例）

3.4.1 復式銑錐工作原理

銑錐頭最先起到磨銑作用并形成上窗口，磨銑到圓柱體時，下窗口已形成，隨著管柱的推進，過度部分在擴大修正窗口，銑錐體的保徑部分在對窗口進行磨銑修窗，實現(xiàn)開、修窗一體化操作。

3.4.2 磨銑前的準備工作

開窗前調整好鉆井液性能，滿足攜帶鐵屑的要求，保證磨銑過程鉆井液性能無較大波動，確保井下安全。配置3支?152mm復式銑錐。銑錐入井控制下放速度，操作平穩(wěn)，遇阻嚴禁猛剎猛放，緩慢下探至斜向器導尖位置，校核井深后上提0.5m，緩慢旋轉下放到導尖位置，開泵加壓磨銑。

3.4.3 磨銑過程

整個磨銑開窗過程大致可分為3個階段進行。鉆具組合：?152mm復式銑錐+?89mm加重鉆桿×26根+?89mm鉆桿。

（1）第一階段：起始段。采用參數(shù)：鉆壓5～10kN，轉速60r/m in,排量13L/s，造臺肩1.5h，磨銑至3538m，進尺0.17m后，將鉆壓增加到20～40kN正常銑進，在方鉆桿上每10cm標記，確保送鉆均勻，每銑進0.1～0.2m上提鉆具劃眼修磨窗口。

圖1 固井質量

（2）第二階段：騎套段。采用參數(shù)：鉆壓40～60kN，轉速65r/m in,排量13L/s，正常銑進至3539.20m后，開窗無進尺，扭矩變小，判斷開窗至177.8mm套管“死點區(qū)”（死點區(qū)：開窗銑錐隆起中心恰好處于套管壁上），隨后加大鉆壓至60kN繼續(xù)磨銑開窗，但效果不甚理想，銑進至3539.33m后第一支復式銑錐共使用21h，銑進1.5m，考慮井下安全情況起鉆，起出對銑錐進行仔細觀察、分析，其頂部合金部分和本體均磨損較小，新度在80%以上。隨即下入第二支銑錐繼續(xù)磨銑開窗，銑進至3539.50m后幾乎無進尺，加壓至80kN突破244.5mm套管“死點區(qū)”，銑至3540.44m進尺再次變慢，保持80kN鉆壓銑至3540.96m，返出砂樣含少量深灰色硬質泥巖，判斷銑錐頭已進入地層。起出銑錐導尖磨損光滑，錐體保徑部分成規(guī)則環(huán)狀磨損，判斷為修窗時244.5mm套管所致。第二支銑錐共使用25.83h，銑進1.63m。

（3）第三階段：出套段。下入第三支銑錐修窗與加長窗口，均勻送鉆，在窗口頂部就開始劃眼，反復修磨窗口，直到暢通無阻。計劃繼續(xù)銑入地層2～3m，以便鉆出修磨與加長窗口的口袋。采用參數(shù)：鉆壓60kN，轉速63r/m in,排量13L/s。銑至3541.44m后再無進尺，返出砂樣深灰色泥巖較少，以鐵屑為主，夾雜斜向器藍色漆皮。此時共開窗磨銑3.51m，斜向器斜面長2.51m（3537.83～3540.34m），3支復式銑錐長度均為1.04m，銑錐頭至本體有效磨銑長度為0.83m。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和返出的斜向器藍色漆皮可以判斷，銑錐有效磨銑段底部0.1m左右處于下窗口位置即斜向器斜面下端。由于地層壓實程度高，巖性以深灰色硬質泥巖為主，研磨性極強，導致銑錐銑進無進尺，下部一直磨銑斜面下端（斜面下端至斜向器上卡瓦牙0.3m）。為保井下安全決定起鉆換PDC鉆頭試鉆打導眼。第三支銑錐起出其導尖磨損嚴重，磨平磨短20mm。

（4）PDC鉆頭試鉆（打導眼）。利用PDC鉆頭試鉆的目的：①檢驗窗口是否平整、光滑；②利用PDC鉆頭切削鉆進（泥巖段適合PDC鉆頭鉆進），為后續(xù)調整鉆進提供空間。

采用參數(shù)：鉆壓40kN，轉速30～65r/m in,排量13L/s。

鉆具組合：?152mmM 1365D舊+?89mm加重鉆桿×26根+?89mm鉆桿。

PDC鉆頭反復3次緩慢過窗口均無遇阻，說明窗口平整、光滑。下探距井底0.2m處遇阻，上提鉆具0.5m，小排量開泵后，輕加鉆壓10～20kN，轉速30r/m in修整錐形井眼。鉆至原井深后將鉆壓加至40kN，轉速65r/m in試鉆進。返出砂樣為灰綠色硬質泥巖，鉆至3543m（進尺1.56m，純鉆3.25h）后，計算出244.5mm套管2.3m以上，充分循環(huán)后起鉆準備進行下步調整鉆進作業(yè)。至此整個雙層套管斜向器開窗作業(yè)完成。

4 成績與不足

在鼻狀構造A區(qū)塊成功完成177.8mm（壁厚9.19mm、鋼級P110）和244.5mm（壁厚11.99mm、鋼級T 110）雙層套管斜向器開窗，為此后類似開窗井提供了一定參考依據(jù)。從2次開窗銑錐使用統(tǒng)計表及開窗磨銑參數(shù)表中對 比分析，可以看出2次開窗作業(yè)各有得失（見表3、表4）。

表3 2次開窗銑錐使用統(tǒng)計表

表4 2次開窗磨銑參數(shù)表

4.1 取得的成績

4.1.1 第一次開窗

（1）窗口位置選擇合理，出套段地層巖性為含礫不等粒砂巖，可鉆性較好；

（2）排量開到16L/s，能及時攜帶磨銑鐵屑及地層巖屑，有效避免重復磨銑，提高磨銑效率；

（3）鉆井液攜砂能力強，降低因攜帶不及時造成憋環(huán)空現(xiàn)象的發(fā)生。

4.1.2 第二次開窗

當?shù)谌с婂F加長窗口，磨銑地層無進尺的情況下，下入舊PDC鉆頭試鉆打導眼。目的在于：檢驗窗口是否平整、光滑；利用PDC鉆頭切削鉆進（泥巖段適合PDC鉆頭鉆進），為后續(xù)調整鉆進提供空間。為今后解決遇此類情況提供了新的思路。

4.2 不足之處

4.2.1 第一次開窗

（1）斜向器坐封方位錯誤，陀螺儀器出現(xiàn)故障導致錯上加錯；

（2）第二支銑錐使用時間超過推薦安全使用時間（30h），導致銑錐頭部50mm硬質合金落井；

（3）出套管后，銑錐磨銑地層段過長（6m），導致降井斜。

4.2.2 第二次開窗

（1）開窗作業(yè)前對老井資料、地層情況調研、收集、分析不到位；

（2）本次開窗共耗用?152mm復式銑錐3支，?152mmPDC（舊）一支。工具成本耗費較高；

（3）第一支復式銑錐只使用21h，從起出情況分析，合理使用可以延長時間7～8h，使用率不高；

（4）開窗點對應地層為硬質泥巖，研磨性極強，導致開窗效率低；

（5）在加鉆壓至80kN突破244.5mm套管“死點區(qū)”后，當返出砂樣含地層泥巖時，未及時調整參數(shù)，適當降低鉆壓，導致第三支銑錐磨損嚴重。

5 認識與建議

通過A 1井2次雙層套管開窗作業(yè)，結合玉門近幾年所應用的開窗側鉆井，對該區(qū)塊今后雙層套管開窗側鉆井（開窗技術）認識與建議如下：

（1）在開窗作業(yè)前應對老井資料、地層情況等進行詳細的調研、收集、分析；

（2）在滿足設計要求及避開套管接箍、扶正器的前提下，通過測井解釋資料選擇砂巖段作為開窗井段（測井解釋資料在縱向上分辨率高）。這樣不僅提高開窗效率，還能一定程度減少復式銑錐的使用數(shù)量；

（3）若在上述前提下開窗井段均為泥巖段，則建議井隊配置4支銑錐；

（4）銑錐入井前詳細丈量，畫草圖，拍照。待起出后認真、仔細對比分析，以便更為準確地判斷磨銑及井下情況；

（5）開窗作業(yè)時采用“點放”方式操作剎把，勤送少送，平穩(wěn)操作；

（6）制定詳細的開窗作業(yè)措施，在出口槽處放置強磁打撈器，指定專人按時撈取砂樣，以便于隨時判斷井下磨銑開窗情況。每趟鉆均清洗強磁打撈器及高架槽，避免誤判斷；

（7）在開窗至244.5mm套管時，適當加壓突破“死點區(qū)”后，當返出砂樣含地層時，應減小鉆壓銑進地層，減少銑錐磨損及降低井下風險；

（8）修窗口時，銑錐懸空銑進，高速轉動容易脫扣，因此，鉆具絲扣必須上緊；

（9）鉆具每次通過窗口不得多提多壓，如有遇阻可以低轉速轉動轉盤（帶螺桿可以不開泵）調整入窗角，避免窗口破壞，給后期施工帶來不必要的麻煩；

（10）開窗后，當銑錐繼續(xù)銑進地層遇鉆時突然加快或放空現(xiàn)象時，需立即減小鉆壓，采用控時鉆進或停止銑進，上提下放鉆具修整窗口，待砂樣返出認真分析后，方可繼續(xù)作業(yè)。避免因銑錐順環(huán)空水泥環(huán)銑進而導致開窗側鉆失敗。