《侧钻施工技术》PPT课件.ppt

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1、侧钻施工技术,红南1C井采用斜向器磨铣开窗侧钻技术完成国内首例双层套管开窗侧钻水平井,目 录第一节 概述第二节 侧钻作业工具第三节 侧钻施工技术第四节 套管开窗侧钻水平井工艺技术 第五节 侧钻井的应用实例,第一节 概述,第一节 概述,我国于20世纪90年代初期开始应用侧钻井技术，侧钻井技术的发展经历了三个阶段，包括：1、初级阶段，该阶段侧钻技术局限于套管损坏和井下落物等造成停产的井恢复生产，侧钻技术落后，侧钻位移仅有几米，而且施工工艺非常复杂，成本较高；2、发展阶段，该阶段中短半径侧钻水平井等技术得到应用。专用工具、仪器得到研制、开发和推广应用；3、技术成熟阶段，逐渐配套和完善了侧钻井技术，利

2、用该技术整体开发低产、难动用老区块油藏获得成功。,第一节 概述,此外，因采用侧钻井技术而少钻调整井、节省征地、道路建设、采油地面工程建设等费用。侧钻井技术主要应用于以下几种井况：井下技术状况差（套管变形或损坏、井下落物）；报废井加深，开发或勘探深层系油藏；老井固井窜槽或产出液高含水；调整井网挖掘剩余油，增加可采储量，提高采收率；采不出油或低产井。侧钻井技术创造了巨大的经济效益，并成为提高油田采收率卓有成效的方法之一。侧钻井技术已由单纯的关停井复产，逐步发展成为挖掘剩余油藏潜力、提高油田采收率的重要手段。,第一节 概述,一、侧钻井的概念所谓侧钻工艺技术就是在油水井的某一特定深度固定一个导斜器，利

3、用其斜面的造斜和导斜作用，用铣锥在套管的侧面开窗，从窗口钻出新井眼，然后下尾管固井的一整套工艺技术。,第一节 概述,二、侧钻井的分类及适用范围（一）侧钻井的分类按侧钻开窗是否利用导斜器，套管内侧钻可分为导斜器侧钻和自由侧钻两种。按开窗方位是否有明确的要求，侧钻可分为定向侧钻和一般侧钻。所谓的导斜器侧钻就是在套管内欲开窗的位置固定一个导斜器，开窗工具靠导斜器的导斜作用开出窗口的侧钻工艺。,第一节 概述,自由侧钻是在欲开窗的位置不下导斜器，利用井下错断的套管或套管内落物的偏斜作用开出窗口的侧钻工艺。而定向侧钻是对侧钻开窗的方位有明确的要求的侧钻工艺。非定向侧钻是对侧钻开窗的方位无明确要求的侧钻工艺

4、（又称一般侧钻）。侧钻类型的选择依据侧钻井要解决的问题来决定。,第一节 概述,（二）侧钻井的应用利用侧钻工艺技术主要解决以下几方面的问题：1、套管损坏严重，无法修复的井。2、井下发生复杂事故，无法处理的井。3、油层出砂严重，套管又有损坏，无法采取防砂工艺的井。4、需要钻开井底附近新的含油层系。5、在海上、湖泊、大陆钻多底井等特殊要求。,第一节 概述,例如，侧钻仅仅为了处理套管损坏或井下事故，无方位要求，一般在套管损坏处或事故段以上2030m的地方确定窗口，采用非定向侧钻即可。如果侧钻要避开地层结构的破坏区，或者要钻达某特定位置，这就有一定的方位，水平位移的要求，为此，要根据侧钻目的，选择导斜器

5、，确定侧钻位置，采用定向侧钻。,第一节 概述,目前，侧钻工艺主要是使事故井或套管严重损坏井恢复生产。侧钻的新井眼的方位、倾角、水平位移均无特定要求，因此，在侧钻方式上只有开窗深度需要确定。,第一节 概述,（三）侧钻开窗部位的确定原则(1)侧钻开窗部位以上套管必须完好，应无变形、漏失、穿孔与破裂等现象。(2)侧钻开窗部位必须在损坏部位30米以上，以利于侧钻中有一定的水平位移，从而避开原井眼。,第一节 概述,(3)尽量选择固井质量好、井斜小、地层硬的井段，同时也应避开套管接箍，以使其有一个稳固的窗口。(4)对出砂井和严重窜漏井，侧钻长度与倾角均应加大。在开窗位置选定后，为保证侧钻效果，水平位移必须

6、大于出砂与窜漏的径向范围。(5)在上述原则确定的基础上，进行严格的通井、试压、分析井史与电测资料，发现不合适的地方，应随时研究修改侧钻方案。,第二节 侧钻作业工具,第二节 侧钻作业工具,侧钻的主要工具有导斜器、送斜器、开窗铣锥、丢手接头、固井胶塞等组成。一、导斜器导斜器也叫斜向器，是引导磨铣工具从一侧磨铣套管形成窗口的专用工具。就其结构而言，导斜器可分为注水泥式、液压式和机械式等几种。,（一）普通注水泥式导斜器这种类型的导斜器结构简单，成本低，但不能用于定向侧钻井作业。这种导斜器主要由导斜器、螺栓、铅块、送入器和尾管等组成，如图31所示。,第二节 侧钻作业工具,1、导斜器导斜器是一带斜面（一般

7、2o 一4o）的半圆柱体钢棒。在开窗中起引导铣削工具磨铣套管的作用。,第二节 侧钻作业工具,1）导斜器断面形状按导斜器斜面的断面形状可分为平面形导斜器和凹面形导斜器两种。凹面形导斜器的优点是定向性好，开窗铣锥工作平稳，窗口比较规则。缺点是转动负荷大，制造比较困难。,第二节 侧钻作业工具,2）斜面硬度斜面硬度应与套管硬度相近，表面太硬开窗距离短，易提前外滑，造成侧钻完井工作困难。反之，则窗口长，有时侧钻不出去。一般硬度为HB260300 较为合适。,第二节 侧钻作业工具,3）斜面长度和顶部厚度斜面长度和顶部厚度主要按照侧钻目的和要求而定，但又受套管尺寸制约。要求井底位移大的，侧钻面角度要大些（一

8、般在3O4O 范围内）。在角度确定后，斜面长度与顶部厚度互相影响。顶部厚度大，则斜面长。顶部厚度与斜面长度的大小，要根据侧钻井眼的大小和钻具配合来综合考虑。钻具钢性大，井眼小，斜面长一些，以利于钻井和固井工作顺利进行；反之则短一些。目前用水泥固定的导斜器，顶部厚20mm，斜面长度2m，斜角30。,第二节 侧钻作业工具,2、送入器送入器是一个斜度与导斜器斜度相同的圆柱体。其作用是将导斜器送至预计深度，然后利用钻具重量顿断与导斜器连接的两个铜销钉，实现二者分离。有的送入器无循环通道，因此只有先注水泥塞，在水泥初凝前把导斜器送到底部。如果送入器、导斜器均有循环通道，则下好导斜器后再注水泥塞，顿断销钉

9、，这样施工安全，并可减少专门注水泥工序。,第二节 侧钻作业工具,3、尾管尾管主要用于固定导斜器。尾管一般用810m废旧钻杆加焊扶正块和割齿的引鞋制成，如图31所示。导斜器与送入器用螺栓固定，尾管接在导斜器以下。在下导斜器总成之前，事先打底水泥塞，待底塞凝固后下导斜器总成和注水泥，剪销，起出送入器，后凝。,第二节 侧钻作业工具,（二）XQSR-XQDM型地锚式导斜器XQSR-XQDM型地锚式导斜器是一种可定向的水泥锚定式导斜器,第二节 侧钻作业工具,1、结构这种导斜器总成由XQSR 型导斜器总成和XQDM 型注水泥地锚总成组成。,导斜器及送入器总成由送入器、导斜器、剪断螺栓、扶正压套、卡瓦、公母

10、铰接短节、铰接轴、筒体等组成，如图32所示。,第二节 侧钻作业工具,定向与地锚总成主要由上接头、定向短节、定向销、定向键、螺钉、锚管、外定向键、悬挂短节、扶正短节、活塞、悬挂球、尼龙球、O型密封圈、下接头等组成，如图32所示。,第二节 侧钻作业工具,送入器上端为钻杆接头，本体与导斜器斜面用两颗铜螺栓连接起来。导斜器上体和下体用铰接销连接。引鞋筒体用定向销与下体连接，引鞋筒体内装有开槽卡瓦。该卡瓦与地锚总成的锯齿形螺纹套啮合连接。,第二节 侧钻作业工具,地锚总成上部接头为钻杆螺纹，与送入管柱连接，上部接头与定向短节连接，定向短节与悬挂短节采用螺纹连接。定向短节用销钉与锚管连接。锚管外上部有锯齿形

11、螺纹，中部有外定向键，下部用螺纹与扶正体连接。扶正体与下接头用螺纹连接，下接头连接尾管。在定向、注水泥后，可剪断定向销，将随下钻具的上接头、定向短节、悬挂短节及其内部结构提出锚管，并起出地面。,第二节 侧钻作业工具,2、工作原理1）锚定将锚定总成下至预计井深，定向，注水泥，投尼龙球，憋压剪断悬挂销钉，活塞下行打开循环孔，循环出多余水泥浆后，起出定向和悬挂短节，后凝。,第二节 侧钻作业工具,2）对接将调整好方向的导斜器总成下入井内，探地锚接头，慢慢转动和下放钻具，让筒体内的键槽与锚管外的定向键啮合，并使筒体内的卡瓦与锚管锯齿形螺纹啮合，完成对接。,第二节 侧钻作业工具,3、操作方法1）打底塞或安

12、装桥塞。2）下入锚定总成，探底塞面位置，上提0.5m。3）下入有线随钻（斜井）或陀螺仪对锚定总成进行定向。,第二节 侧钻作业工具,4）下放尾管坐于井底注水泥。5）投尼龙球，剪销（8.59.5MPa)，打开旁通。泵压先升后降。6）循环出多余的水泥浆，慢慢起出中心管总成，并提钻具510根钻杆，候凝。7）候凝结束，下放钻具探锚定装置鱼顶，并大排量冲洗鱼头后起出全部钻具。,第二节 侧钻作业工具,8）将导斜器总成调整好方位并下到锚定装置鱼顶处。9）慢慢接锚定装置鱼顶，加压不超过5kN，慢转慢下，悬重下降必须慢慢下放，加压1520kN之间，若悬明显下降，上提钻具，如果悬重增2040kN,表明键与键槽对正，

13、锯齿形螺纹与卡瓦啮合，对接成功。10）猛放钻具加压75kN以上，下放量控制在0.5m 以内，剪断销钉并起出送入器。导斜器安装完毕。,第二节 侧钻作业工具,（三）双卡瓦封隔器锚定型导斜器这是一种由封隔器使双卡瓦双向锚定的导斜器。1、结构双卡瓦封隔器锚定型导斜器主要由坐卡总成、丢手测向总成和导斜对接总成三大部分组成。,1）坐卡封隔总成结构坐卡封隔总成主要由液力推动机械和坐封锁紧机构组成，如图33a所示。液力推动机构由活塞杆、活塞缸、扶正套、丢手剪钉、中心管和各种密封件等组成。坐封锁紧机构主要由胶筒、上下锥体、上下卡瓦、锁紧套、活塞、剪钉等组成。,2）导斜对接总成结构导斜对接总成由斜口接头、中间接头

14、锁轴、导斜器体等组成，如图33b所示。斜口管鞋接头是一自动对接机构。接头尖部的斜口面开有一键槽，键槽的宽度和长度与坐卡封隔总成中心管内的键匹配。斜口接头上有锯齿形螺纹，与上锁紧环内锯齿形螺纹啮合。,3）丢手测向总成结构丢手测向总成由丢手接头、上锁紧套、锁紧环、球座、钢球、测向短节和各种密封件等组成，如图33C所示。,第二节 侧钻作业工具,丢手接头从上到下有水眼，最下端是球座。上锁紧套下端联接在中心管接头上。丢手接头上的锯齿螺纹与上锁紧环内的锯齿形螺纹啮合。丢手接头上部连接测向短节。接头外有一刻线，该线与内孔中的键处于同一方位。,第二节 侧钻作业工具,2、工作原理坐卡封隔器总成下到预定井深，循环

15、钻井液，投球。当液体经中心管小孔进入活塞后压力升高，剪断活塞杆固定销钉，使活塞杆下行。此时锁紧套下移推动卡瓦和卡瓦锥体，剪断锥体与中心管连接销钉。在活塞杆下行压力作用下，上锥体沿中心管下移，推动并胀开开口挡圈、开口环，压缩胶筒。,第二节 侧钻作业工具,当胶筒紧压在套管上之后，液压下抵力迫使卡瓦铅锥体面张开并卡住套管。话塞杆继续下行，使锁紧套与锁紧环锯齿形螺纹啮合，从而锁住了胶筒和卡瓦向上的反力。,第二节 侧钻作业工具,在胶筒和上卡瓦锁紧的同时，下锁紧套与中心管锯齿形螺纹啮合。上提中心管，剪断中心管与下锥体连接销钉。中心管上行迫使上瓦体沿下锥体面上移张开，下卡瓦卡紧套管。此时胶筒双向受力，在其反

16、作用力作用下上下卡瓦始终保持卡紧套管的锁紧力。,第二节 侧钻作业工具,实践证明，卡瓦咬入套管深度达到0.40.6mm，可确保坐卡总成工作可靠。当封隔器和卡瓦系统已锚定到套管上之后，测量井斜、方位和定向键方位，边提边右转钻柱，使锯齿形螺纹脱开并剪断销钉，起出丢手总成。,第二节 侧钻作业工具,下入调整好方向的导斜总成。当斜口管鞋槽口与坐封工具总成的定向键啮合后，下放钻具使锁紧套与斜口接头上的锯齿形螺纹啮合。下顿钻具剪断送入器与导斜器上的连接螺栓，导斜器总成即安装完毕。,第二节 侧钻作业工具,3、操作方法1）检查工具和井眼准备。2）下坐卡总成至预计深度，循环钻井液，记录悬重。3）投入钢球，开泵。当泵

17、压上升至10MPa时，活塞杆销钉剪断、推动活塞及卡瓦下行。4）继续升压，剪断上斜体锁钉。继续升压至2532MPa，停泵。此时胶筒和上卡瓦卡住套管。并且，下锁紧环锁紧。,第二节 侧钻作业工具,5）上提钻柱，悬重为：原悬重120140kN。此时下锥体销钉剪断，下卡瓦卡住套管。6）下陀螺仪测井斜、方位及定向键方位。7）边提边慢右转钻柱，悬重略大于原悬重，剪断丢手接头销钉，起出丢手总成。8）根据定向键方位调整导斜面的方位，焊好斜口接头。,第二节 侧钻作业工具,9）下导斜器总成，在接近封隔器总成上端时，慢放钻具，悬重下降，则表明导斜器总成与封隔器总成对接成功。10）下压钻具，剪断送入器与导斜器体上的连接

18、螺栓。11）磨铣削套管。,第二节 侧钻作业工具,在此，仅对三种类型的导斜进行了叙述，导斜器的种类很多，不同类型的导斜器其工作原理各不相同，使用方法也各不一样，只有针对不同的井况，不同的作业要求，来选择适合工况环境的导斜器。,第二节 侧钻作业工具,二、磨铣工具本节主要介绍套管开窗的磨铣工具。这些工具主要有起（初）始铣鞋、开窗铣鞋、铣锥、西瓜皮式铣鞋、钻柱铣鞋、复合式铣锥和钻铰式铣锥等。,第二节 侧钻作业工具,这些类型的铣鞋（锥）并非每次开窗中都全部使用。在初期开窗中，使用铣鞋的类型和数量较多。随着工艺改进和技术进步，铣鞋的结构有了较大改进，铣鞋用量越来越少，近几年来用一只铣鞋就可完成开窗作业。,

19、第二节 侧钻作业工具,（一）起始铣鞋起始铣鞋是对套管进行最初铣削的铣鞋。这种铣鞋的特点是具有导向杆。1、结构起始铣鞋主要由接头、切削部分和导向杆等组成。按导向杆形状，起始铣鞋有两种型式，一种是圆柱形导向杆，一种是锥形导向杆，如图34所示。图34a用于注水泥锚定导斜器开窗；图34b用于卡瓦式锚定导斜器开窗。,第二节 侧钻作业工具,2、作用起始铣鞋的颈部设计成锥形或圆柱形，这样就能使切削作用力加到套管上，而不是加到导斜器上。起始铣鞋设计成在切削一小段之后，它不去铣掉凸缘而继续铣削套管。为了防止起始铣鞋的磨损，在本体上镶入了碳化钨块。导向杆的作用还能防止铣鞋滑出套管。,第二节 侧钻作业工具,（二）开

20、窗铣鞋1、结构开窗铣鞋主要由接头和螺旋切削两部分组成。开窗铣鞋有硬质合金式和金刚石式两种。开窗铣鞋设计成中心具有稍微凹进的结构，如图35a、35b、35c所示。这种结构有利于骑着套管断口铣削而不易使铣鞋过早滑出套管。,第二节 侧钻作业工具,2、作用开窗铣鞋是在继起始铣鞋之后，继续对套管开窗的磨铣工具。右螺旋侧翼切削刃可使工具在开窗磨铣过程中不卡套管壁，工作平稳。底部凹面的圆窝结构有助于铣鞋找中扶正，防止过早滑出套管。铣鞋中心隆起的作用是当铣鞋底面中心恰好处于套管壁的正前方时，仍具有开窗磨铣作用。,第二节 侧钻作业工具,3、金刚石开窗铣鞋特点金刚石铣鞋（如图35c所示）是一种取得专利的用于起始铣

21、鞋之后进行开窗用的金刚石铣鞋。使用金刚石铣鞋之后，可以使窗口变得光滑。,第二节 侧钻作业工具,金刚石铣鞋与碳化钨铣鞋相比，有以下优点。1）金刚石铣鞋所产生的铣屑更细小；因此，铣削时所需转矩很小。因而允许它与西瓜皮铣鞋串联在一起使用。2）因为铣削较细，所以清洗井眼时仅需较低的返速和钻井液粘度。3）因为金刚石铣鞋具有较长的寿命，所以能成倍地减少起下钻次数。4）金刚石铣鞋基本上是一平底金刚石钻头。它的冠部很短，中心凸起，这样有助于铣鞋中心处的铣削。,第二节 侧钻作业工具,（三）复式铣锥复式铣锥由不同的锥度组成。锥度有两级、三级和四级之分，这里仅就常用的两级和四级铣锥进行介绍。,第二节 侧钻作业工具,

22、1、结构1）两级复式铣锥结构两级复式铣锥主要由接头和两级螺旋切削锥体组成，如图36 所示。2）四级复式铣锥结构四级复式铣锥的锥体由四级不同的锥体组成如图37所示。自上而下锥度逐渐增大，级00、级锥顶角的为20、级锥顶角为6050、级锥顶角为200。,第二节 侧钻作业工具,2、作用复式铣锥是铣穿套管的主要工具。主要工作面均焊有硬质合金快。复式铣锥最下一级锥体叫引子。其作用在于引导铣锥铣进，防止提前滑出套管。当铣进到导斜器斜面与套管的间隙小于引子直径的位置时，引子就不再起引导作用，此时，不能再用复式铣锥铣进了。,第二节 侧钻作业工具,第三级锥体斜度与导斜器斜面斜度基本相同，其作用是稳定铣锥扩大窗口

23、，最上级锥度为零，主要用于修整窗口。复式铣锥的最大铣进长度由下式计算：L=(D+-h-d)/tg 式中：L最大铣进长度，单位；D套管内径，mm；套管厚度，mm；h导斜器顶部厚度，mm；d引子最大直径，mm；导斜器斜度；度。,第二节 侧钻作业工具,（四）单式铣锥1、结构单式铣锥铣鞋只有一种锥度，形式有两种，如图38所示。尖形铣锥表面铺焊钨钢粉条棱。截锥形单式铣锥表面镶焊钨钢块。单式铣锥的锥形如图38所示。,第二节 侧钻作业工具,2、作用在复式铣锥开出窗口以后，用单式铣锥继续加长窗口。主要工作面是底部刀刃，铣锥面的锥度与导斜器斜面锥度一致。可沿导斜器斜面加长窗口至最大位置。图38a型单式铣锥需要与

24、钻柱铣锥配套使用。主要用于清除不规则的边缘或毛刺。也用于磨掉套管上任何凸出的部分或导斜器底部以下的台肩。,第二节 侧钻作业工具,（五）钻柱铣鞋和西瓜皮式铣鞋钻柱铣鞋和西瓜皮式铣鞋如图39所示。西瓜皮铣鞋（如图39 所示）通常在开出窗口或金刚石铣鞋之后立即使用。西瓜皮铣鞋的切削棱与井壁接触，每个棱末端设计成锥形。当开窗的时候，西瓜皮铣鞋能够从顶部起加长窗口，并能清除初始切削时留下的毛刺。钻柱铣鞋（如图39 所示）与西瓜皮铣鞋很相似。切削刃差不多一样长，但它的棱较大，每一条棱的端部没有锥度。它通常用于加长和磨光窗口。,第二节 侧钻作业工具,（六）组合式铣锥1、结构。这种类型的铣锥是将单式铣鞋和钻柱

25、式铣锥组合后再进行作业的铣锥，如图310所示。2、作用组合式铣锥可代替普通复式铣锥和单式铣锥，将开窗和修窗两道工序一次完成。,第二节 侧钻作业工具,3、特点组合式铣锥具有导斜角大，磨削导斜器少，不易形成台肩，节省施工时间的特点。采用1520kN钻压，7090r/min转速进行开窗，结果证明，开窗和修窗可一并完成。这种工具使用方便，便于现场修复（补焊），可以重复使用。磨出的窗口长、光滑、畅通。,第二节 侧钻作业工具,（七）钻铰式铣锥1、结构钻铰式铣锥主要由上接头、球型体、矩型刀片、棱型刀片和硬质合金等组成。如图311 所示。2、作用钻铰式铣锥下端的半球形体起引导作用，首先磨削套管内壁，并磨穿套管

26、；棱形硬质合金刀块的锥形部分开出上窗口；球形体上部开出中下窗口。继续磨削过程中，YD 合金铰形刀将不断地磨铣窗口。使其平整、光滑。最后，矩形刀体再一次修整窗口。,第二节 侧钻作业工具,3、操作1）将钻铰式铣锥下至导斜器顶部，循环，校正方入和悬重。2）慢慢转动，空转缓下修整导斜器和套管。3）初始磨进，转速2030 r/min，钻压，510kN。要求无蹩跳。4）开窗，初始磨进0.10.2m，井下正常时，可正式开窗作业，转速5065 r/min，钻压1530 kN。5）维持上述参数直至开窗全部作业结束。,第二节 侧钻作业工具,三、段铣工具段铣工具是将井下套管磨铣掉一节进行侧钻的工具。段铣工具的类型较

27、多，但结构基本相似，操作方法也基本相同。,第二节 侧钻作业工具,（一）段铣工具类型目前国内段铣工具类型较多，有引进的、仿制的和研制的，现将其中主要几种工具作如下简介。1、贝克休斯公司“D”型和“7KGA”型，D型6刀片，7KCA型3翼6刀片。2、美国三洲公司“D”型和“C”型。3 翼6刀片。3、美国ICT 公司“K”型。6刀片，3长，3短。4、美国史密斯公司“K”、“S”型。K 型6刀片，S型3刀片。5、国产“TX”型。3翼6刀片。6、国产“DX”型。6 刀片。,第二节 侧钻作业工具,（二）段铣工具结构上述段铣工具的结构大致相似，都是由接头、弹簧、密封圈、刀臂总成、喷嘴、扶正块、挡圈、活塞、工

28、作筒、销钉、锁紧螺钉、中心管、本体等组成。如图312、313、314、315、316、317所示。,（三）技术规格1、美国三洲公司“D 型”段铣工具技术规格美国三洲公司“D型”段铣工具技术规格和工作参数见表31。表31 美国三洲公司“D 型”段铣工具主要技术参数,2、见克“D”型段铣工具技术规格贝克休斯“D”型段铣工具技术规格和工作参数见表32和表33。,表32 推荐套管段铣工作参数,表33 套管段铣操作参数,3、ICT公司“K”型段铣工具美国ICT公司“K”型段铣工具技术规格参数见表34表34 美国ICT公司“K”型工具工作参数,4、国产“TX”型段铣工具技术规格国产“TX”型段铣工具技术规

29、格及适用套管条件见表35和36所示表35“TX”型系列套管铣刀技术条件,表36“TX”系列套管铣刀与API套管的关系,5、国产“DX”型段铣工具技术规格国产“DX”型段铣工具技术规格见表37。表37 国产“DX”型段铣工具技术规格,第二节 侧钻作业工具,（四）工作原理总的来讲，在循环过程中，钻井液作用于工具喷嘴上的压力降产生的推力推动活塞移动，随之使活塞上的推盘（或凸轮）推动刀臂张开。停泵后，活塞回位，刀臂缩回。但是，工具结构不同活塞运行方向也不同。三洲、贝克公司“D”型“C”型工具工作原理：这两种工具的工作原理基本相同。喷嘴位于上部。开泵后活塞在压差作用下下行，驱使活塞下部的推盘（或凸轮）推

30、动刀臂使刀片张开。,第二节 侧钻作业工具,三洲公司有的“D”型工具还安装有喷嘴档针，也可投入增压球等。有利于压力判断和增大作用于刀臂上的力。切割套管时液流相当于通过9.53mm孔的面积，芯管最小压力可达到2.8MPa，以便给切削臂提供较大的伸张力。当刀片完全伸出后，液流面积增大，相当于19.05mm孔的面积，压力下降至1.38MPa。,第二节 侧钻作业工具,需要回收工具时，停泵，活塞在弹簧作用下上行复位，刀臂自动收回。三洲、史密斯、ICT 公司的“7KGA”、“D”、“K”型工具工作原理：三洲公司除了上述结构的“D”型工具外，还有和史密斯、ICT公司活塞上行的“D”型工具。,第二节 侧钻作业工

31、具,这种工具的喷嘴安装在下部。当开泵后，喷嘴产生的压力降作用于活塞上，使活塞上行，推动刀臂张开。需收回刀臂时，先停泵，使作用于活塞上的力消失，活塞在弹簧作用于下下行，刀片即可自动收回。,第二节 侧钻作业工具,国产“TX”和“DX”型工具工作原理：“TX”和“DX”型工具的结构不相同。“TX”型有两种结构，一种是活塞上行式，另一种是活塞下行式。“DX”型是仿“D”型工具研制的，为活塞下行式。,第二节 侧钻作业工具,当循环泥浆通过铣刀内喷嘴时，将产生l.53.5MPa的压力降，推动驱动活塞下移，从而使刀片撑开；此时，转动刀架，刀片便开始切割套管。当套管被完全割断时，铣刀内隔水盘脱开，过流面积增大，

32、使得通过系统的压力降降低至1.2 1.5MPa。此时，操作者可以加钻压开始铣磨作业。,第三节 侧钻施工技术,第三节 侧钻施工技术,套管侧钻井可采用套管开窗侧钻和套管段铣侧钻。本节对开窗程序和段铣程序进行介绍。一、套管开窗操作程序对于具体井和工具及技术条件，开窗操作程序不尽完全相同，这里简绍一下通用的开窗程序。,第三节 侧钻施工技术,（一）确定开窗位置套管开窗侧钻位置应按下述原则选择：1、根据侧钻井井型确定开窗位置。2、管外水泥封固良好。3、窗口以上套管密封良好。4、窗口应避开套管接箍和扶正器。5、窗口应避开不稳定地层和硬地层，一般以砂泥岩地层为宜。,第三节 侧钻施工技术,（二）井眼准备1、洗井

33、。用清水洗出井内原油或其他液体。2、刮管和通径。用比导斜器直径大24mm，比导斜器长的通径规和标准刮管器通径和刮管。3、注水泥封原射孔段或窗口以下套管损坏井段。4、套管试压。5、打底塞或安放桥塞。,第三节 侧钻施工技术,（三）安放和固定导斜器根据导斜器组成结构与固定方式的不同，导斜器有不同的安放和固定工艺。这里不再一一叙述。,第三节 侧钻施工技术,（四）套管开窗首先介绍一下分步开窗法。1、起始磨铣现以244.5mm套管内开窗为例进行介绍。起始磨铣应下入起始铣鞋进行，如图318所示。1）钻具组合：215mm启始铣鞋178mm钻铤12 柱127mm加重钻杆100m+127mm 钻杆。2）下钻完毕后

34、，加1020kN压力探导斜器斜面位置，计算窗口顶部位置。,第三节 侧钻施工技术,3）上提钻具，转动下放，先以P=510kN,N5060r/min,Q28L/S，的参数造台肩30min，然后以P1015kN铣进0.2m，才能将钻压增至1520kN 正常铣进。4）每铣进0.10.2m，须上提钻具划眼，修磨窗口。,第三节 侧钻施工技术,5）铣进时，可定时从钻井液中捞取铁屑分析。6）第一只起始铣鞋的导向杆直径为140mm，最多可铣进0.4m，必须起钻。换导向杆直径为120mm的铣鞋再铣进0.3m，即可完成起始磨铣任务。如果起始磨鞋使用锥形导向杆，则不必更换起始磨鞋。,17、,第三节 侧钻施工技术,2、

35、开窗磨铣开窗磨铣用开窗铣鞋进行。1）钻具组合：215mm开窗铣鞋127mm加重钻杆l00m+127mm钻杆。2）在窗口顶部就开始划眼，反复修磨窗口，然后铣进，3）铣进参数为：P3050kN，N6090r/min，Q28 L/S。,第三节 侧钻施工技术,4）铣进中，可随时计算导斜器至套管外径之间的距离。其计算方法详见图319 及公式32所示 式中：w导斜器斜面至套管外径的距离，mm；d套管内径，mm；D套管外径，mm；L导斜器斜面长度，m；X导斜器顶部以下距离，mm。,第三节 侧钻施工技术,5）克服死点区的措施所谓死点区，就是开窗铣鞋隆起中心恰好处于套壁上，此时扭矩减小，几乎无进尺。244.5m

36、m套管，215mm开窗铣鞋死点区位于导斜器顶面以下2.012.05m处。如图319所示。,第三节 侧钻施工技术,克服死点区的措施可归纳为：（1）加大钻压。钻压增加至180kN，迫使开窗铣鞋中央隆起中心产生一定位移（位移量等于套管璧厚）。只要机械进尺有所增加，铣过死点区后（此例为0.3m左右）再减压铣进。,第三节 侧钻施工技术,（2）下入小直径的开窗铣鞋（本例为150mm开窗铣鞋）将死点区切割成如图320所示的形状。然后下入原尺寸开窗铣鞋扩大窗口。下入的小直径开窗铣鞋的钻具组合为：150mm开窗铣鞋158.8mm钻铤2柱127mm加重钻杆100mm127mm钻杆。参数为：P=2030KN，N50

37、r/min。,第三节 侧钻施工技术,6）在死点区磨铣时、为了防止铣鞋过早地滑出套管，应采用刚度较大的钻具组合。即215mm开窗铣鞋158.8mm钻铤2柱十127mm加重钻杆100m+127mm钻杆。,第三节 侧钻施工技术,7）磨铣过程中要随时分析，发生下述情况之一者、应立即起钻。（1）钻时突然上升、超过正常钻时二倍。（2）返出铁屑不是丝、条状，而呈单片状。（3）无进尺，并蹩跳钻。（4）泵压异常,第三节 侧钻施工技术,8）开窗完毕，应用开窗铣鞋继续钻入地层57m，以便钻出修磨与加长窗口的口袋。,第三节 侧钻施工技术,1、划眼与加长窗口1）修磨窗口（1）钻具组合：215mm开窗铣鞋+215mm 井

38、壁修整器+158.8mm钻铤2柱127mm加重钻杆100mm+127mm钻杆。（2）参数配合：P=1030kN，N60r/min，Q28 L/S。（3）均匀送钻，反复划眼，直至窗口畅通无阻。,第三节 侧钻施工技术,2）加长窗口（1）钻具组合：215mm 锥形铣鞋215mm井壁修整器2只158.5mm钻铤2柱127mm加重钻杆l00m+127mm钻杆。（2）试探遇阻方入，哪里遇阻就在哪里磨铣，以加长窗口。,第三节 侧钻施工技术,（3）控制钻压，均匀送钻，反复修磨，直至转动和上下活动钻具时畅通无阻。总的来讲，套管开窗可按以下三个阶段和表37的步骤进行。,第三节 侧钻施工技术,开窗的三个阶段是：第一

39、阶段：从铣锥延导斜器顶部到磨鞋底部直径圆周与套管内壁接触段，此段开始时要轻压慢钻，使铣锥先磨铣出一个均匀的接触面，然后加大钻压，中速磨铣。,第三节 侧钻施工技术,第二阶段：从铣锥底部圆周接触套管内壁到底部圆周刚出套管外壁。此段重压很容易提前外滑，应采用轻压快转，保证窗口长度。,第三节 侧钻施工技术,第三阶段：从铣锥底部圆周出套管到铣锥最大直径全部铣过套管。此段是保证下窗口圆滑的关键段，同时，只要稍加重压就会滑出井壁，因此要定点快速悬空铣进，其长度要等于一个磨鞋长度。,第三节 侧钻施工技术,有时施工往往用一个复式铣锥铣到底。这三个阶级的深度和长度可以事前通过计算或作图求出，它对侧钻开窗有一定的指

40、导意义，是侧钻开窗技术措施的重要依据。,第三节 侧钻施工技术,3）开窗注意事项（1）在开窗钻具组合上为使铣锥上部有一定的刚度，一般使用长度在810m的钻挺或大钻杆，以保证窗口质量。（2）更换铣锥时直径最好一致，铣锥尺寸必须大于所下尾管接箍8mm。,第三节 侧钻施工技术,（3）修窗口时、铣锥悬空铣进，高速转动容易脱扣，因此，钻具螺纹必须上紧。（4）开窗之前必须对地面设备、钻井液性能、钻井仪表、井下钻具等做好全面检查，保证完好，使开窗工作顺利进行。,表37 开窗过程,第三节 侧钻施工技术,二、套管段铣操作程序套管段铣侧钻是在套管内侧钻水平井和定向井常用的一种工艺。,第三节 侧钻施工技术,（一）段铣

41、井段的选择为了有利于套管段铣和侧钻施工，应按下述原则选择段铣井段。1、选择地层较为稳定的砂泥岩等中硬地层，避开易塌、易漏、易膨胀的复杂地层和硬地层。2、段铣井段套管外必须注有水泥，必须保证水泥环质量良好。,第三节 侧钻施工技术,3、如若在射孔段或水泥封固不好井段段铣，必须射孔挤水泥。4、段铣井段位置要有利于侧钻施工。5、段铣井段以上套管不得有变形、错断和漏失等。,第三节 侧钻施工技术,（二）井眼准备：1、了解套管钢级、壁厚和水泥环质量。2、洗井。用清水洗出井中原油或其它液体。3、刮管和通径。采用比段铣工具大的和长的标准通径规和标准刮管器进行通径和刮管。,第三节 侧钻施工技术,4、注水泥封堵射孔

42、段并形成底塞。要求段铣段以下有3040m长的口袋。5、套管试压。6、配制段铣钻井液。,第三节 侧钻施工技术,（三）段铣工具准备1、根据套管内径、壁厚和钢级选择段铣工具。2、地面检查段铣工具各部位是否符合要求。3、井口开泵，试验并记录工具的张缩尺寸、刀臂起动泵压和排量，核对参数是否符合工具设计要求。,第三节 侧钻施工技术,（四）套管段铣1、组合段铣钻具一般段铣钻具组合为：引鞋或无喷嘴的钻头扶正器段铣工具钻铤2柱加重钻杆100150m钻杆。（注：工具下井前须用细铁丝将刀臂捆住）。,第三节 侧钻施工技术,2、确认套管接箍位置根据套管记录确定套管接箍近似位置，将工具下到接箍以下开泵，在额定排量下刀臂张

43、开。然后慢慢上提钻具，如若悬重增加1020kN，则表明该处为套管接箍位置。这里采用下放方式也可。,第三节 侧钻施工技术,3、扭矩试验停泵，将工具下放至段铣位置（一般距上接箍23m），转动钻柱，然后开泵再次转动钻具，比较开泵前后钻柱扭矩情况，以此可判断刀臂是否张开。,第三节 侧钻施工技术,4、割断套管将排量开到工具设计排量，刹住刹把，用3060r/min转动钻柱。扭矩增大24kN.m 左右，转动35min，下放2575mm。再刹住刹把,磨铣大约1015min后扭矩突然增加到，随之泵压下降约1.21.4MPa，此后扭矩降至2kN.m左右，则表明套管已被割断。,第三节 侧钻施工技术,5、正常段铣当套

44、管割断以后，施加钻压2025KN，转速80100rmin，保持设计排量和泵压进行段铣、此时要注意以下要点：1）操作刹把要求平稳，要35min松一次刹把，让滚筒转过23cm，控制钻时在150250min/m比较适宜。加压不能太大，否则会扭坏刀片而影响磨铣速度。,第三节 侧钻施工技术,2）每磨铣3040cm，循环510min，视情况，然后停泵，收回刀臂后将工具提出窗口，进入套管1m左右，再将工具放回磨铣位置，继续套铣。每磨铣12m，泵入稠泥浆23m3,（漏斗粘度在120s以上）,把铁屑携带出来。,第三节 侧钻施工技术,6、段铣中应注意的问题随时注意铁屑返出情况，按照推荐值，泥浆返速要求在0.5m/

45、s以上。实际上，必须保证返速在0.640.69m/s,泥浆屈服值在22Pa以上。,第三节 侧钻施工技术,及时清除铁屑。及时清除返出管线以及振动筛处的铁屑、防止堵塞泥浆通道，保证作业连续、顺利地进行。事实上，在管线转弯处很容易堆集铁屑。,第三节 侧钻施工技术,根据铁屑形状，及时调整参数。正常情况下，返出的铁屑厚度约为0.20.5mm，长400800mm，呈卷曲状，如机床加工出的铁屑一样。如铁屑太厚，则说明钻压太高；如果铁屑太薄，说明钻压较小。,第三节 侧钻施工技术,确认窗口是否已经形成。钻进0.5m左右就可以进行检查，具方法是：开泵，下压4050kN，然后上提至开窗点，若遇卡4050kN,说明窗

46、口已经形成。,第三节 侧钻施工技术,工具提不出窗口。由于铁屑太多或排量不足，大量铁屑缠绕在工具上，使工具不能提离窗口。这种情况下，不可硬提，以免损坏刀片。可以采用先正铣，然后上下活动钻具，用倒划眼的方法解卡，慢慢将工具提出窗口。,第三节 侧钻施工技术,套管及磨铣工具的偏磨问题。由于井口不居中或由于套管偏以及水泥胶结质量不好等因素，均会导致套管偏磨而影响磨铣作业的正常进行，若遇此种情况，应采用转速在6070r/min，钻压为010KN的方法铣进。,第三节 侧钻施工技术,加压适当。加压适当与否是段铣成败的关键。一般采用先小排量和低转速在套管壁上造型，然后慢慢开泵至设计排量，转速增大至设计转速，钻压

47、由小到大，但不应超过站25kN。,第三节 侧钻施工技术,每次下入新刀片时，均应对上次段铣井段进行划眼。从起出刀片形状分析套管磨铣情况。刀片磨出均匀的深槽，或外侧均匀磨掉一块，属于正常磨损。除此以外的任何形状均属非正常磨损。,三、裸眼钻进技术,1、钻头套管开窗侧钻井由于受原井眼井身结构的限制，钻头的选择比较有限，常用的有单牙轮钻头，PDC钻头，PDC偏心扩眼钻头。,三、裸眼钻进技术,小井眼钻井由于其环空间隙小，给钻井、固井作业带来一系列问题，如环空压耗较大，井底水力作用能量较低，卡钻机会增大，固井质量不能保证等。目前普通的作法为：a钻达目地层后，下扩眼钻头进行扩眼；b在油层段及复杂地层采用偏心钻

48、头进行扩眼，以利钻井、固井作业顺利进行。,三、裸眼钻进技术,1.1、单牙轮钻头单牙轮钻头在绕运动着的牙轮轴做相对运动，对井底岩石产生冲击和压入作用的同时，牙轮表面相对井底有很大的滑移运动，对地层产生切削作用，因而单牙轮钻头兼有三牙轮钻头和PDC钻头优点。单牙轮钻头由于只有一个轴承，因而轴承面积相对较大，同时单牙轮钻头是减速钻头，牙轮转速低于钻头转速，一般只有钻头转速的40-80%，因而单牙轮钻头轴承使用寿命相对较长。,三、裸眼钻进技术,1.2、PDC钻头PDC钻头的破岩机理主要是依靠钻头复合片的切削作用，适用于低钻压、高转速钻进，因而适合配合井下动力钻具，满足动力钻具对钻头高转速的要求。,三、

49、裸眼钻进技术,1.3、PDC偏心扩眼钻头PDC偏心扩眼钻头具有两条中心轴线，即所钻井眼的中心轴线和正常通径的井眼轴线。其工作原理是：利用底部的切削齿钻出导眼，靠侧翼进行扩眼，钻出大于钻头直径的新井眼。由于偏心钻头的不对 称性，要求与之搭配的钻具最好为钟摆钻具，尽量不使用扶正器。,三、裸眼钻进技术,PDC偏心扩眼钻头,三、裸眼钻进技术,2、钻具组合设计 钻具组合的优选是井眼轨迹控制的重要组成部分。正确选择和合理使用钻具组合，既可提高钻井速度及井身轨迹控制精度，又可获得曲率均匀、光滑的井眼，避免造成起下钻及钻进阻卡、划出新眼、发生粘卡及键槽卡钻等复杂情况。显然，所选出的钻具组合不仅要满足井眼轨迹控

50、制的要求，还要满足强度、通过度及安全钻井的要求。,三、裸眼钻进技术,2.1、钻具组合选择原则钻具组合设计应满足以下9个方面的要求：a.满足设计造斜率的要求；b.满足造斜马达在直井段或斜直段的通过度；c.满足随钻测量工具的要求。d.钻柱摩阻最佳e.优先选用成熟的钻具组合f.满足强度要求g.有利于减少起下钻次数h.必须有较大的可靠性及实用性i.根据井身剖面选择钻具组合,三、裸眼钻进技术,2.2、钻具结构a.初始阶段钻具结构 在开窗完后进行裸眼钻进，当钻头到窗口处时要慢放慢提平稳操作，下到预定深度后慢慢开动转盘，要求转速2030rpm，当无憋跳现象后进行正常钻进20m。钻具组合：牙轮钻头+钻铤6根+