侧钻工艺技术(讲义)

侧钻工艺技术严玉中井下作业公司工程科侧钻工艺技术一、侧钻工艺一般流程图搬家、安装——起原井管柱——通井、洗井——挤灰封堵原射孔井段（或打底灰）——试压——下导斜器打压座封——下铣锥开、修窗口——裸眼钻进（先用转盘钻进20~30米，然后是随钻即下螺杆定向钻进到设计要求的井斜与方位，最后用转盘稳斜钻进到完井深度）——完井电测——下尾管、固井——钻灰塞、测声放——通井、全井试压——甩钻搬家。

侧钻井井身结构示意图如下：二、侧钻施工所需设备及工具：1、主车：XJ450修井机装机功率为354KW，最大钩载100吨，一般用做修井，也可用于1500米以内的侧钻井施工。

XJ550修井机装机功率为429KW，一般用于2000米以内的侧钻井施工。

XJ650修井机装机功率为485KW，可用于2000多米的侧钻井施工。

XJ750修井机装机功率为544KW，属于钻机系例，可用于2200米的钻井施工和2000多米的侧钻井施工。

各修井机的主要技术参数详见附表。

2、循环系统：F500或F800泥浆泵及190柴油机；总容积为60~80方泥浆循环罐一套三个（一般分别称为循环罐、贮备罐及加重罐），最低配置有震动筛，除砂器，除泥器、离心机等四级泥浆净化装置，对于有气层的井要配置除气器。

另外灌上需要配有泥浆报警器，和泥浆加重漏斗。

同时配有8方配液罐一个，1方泥浆处理剂罐1个。

3、钻具：Ф73正扣钻杆，Ф105无磁钻铤或无磁钻杆1根，加重钻杆或承压钻杆10根（一般对深井小井眼侧钻不用钻铤而用加重钻杆来实现加压）。

4、定向工具：有线随钻车一台，1~1.75的弯螺杆2根。

5、其它设备及工具：液压双闸板防喷器一套，节流压井管汇一套，200KW发电机一台，值班房及橱房，生活水罐及其它作业用具等。

6、陆地搬家车辆及费用：815拖车3台拉钻杆及泥浆泵、主车跑道等，卡车14台拉泥浆罐、钻台及板房等，25吨吊车2台，近距离搬家费用约在1~2万元左右。

三、套管开窗侧钻技术常用的套管开窗技术有两种：磨铣开窗和锻铣开窗侧钻。

目前常用的方法是磨铣开窗侧钻。

（一）、磨铣开窗侧钻1、磨铣开窗侧钻原理磨铣开窗侧钻原理是：在设计井段下入导斜器，再用多功能铣锥，将套管磨穿形成窗口，然后再用钻头钻出新井眼。

磨铣开窗侧钻特点：优点是侧钻开窗井段短，通常为2~3米，容易侧钻出新井眼。

缺点是套管对测量仪器有磁干扰，在开完窗后需要先用转盘钻进20~30米后才下螺杆钻具进行定向钻进。

2、磨铣开窗侧钻工具：（1）导斜器导斜器在侧钻中取导斜和造斜作用。

是一个带一定斜度（一般为3°~4°）的半圆柱体，顶部厚约20毫米，斜面长2米以上，硬度与套管相似。

布氏硬度在260-360度，开窗时使导斜器与套管均匀切削，窗口比较规则均衡。

主要形式有注灰插入式、直接注灰（带水眼）固定式、卡瓦式，目前常用卡瓦式导斜器。

卡瓦导斜器由送斜器、斜向器、座封结构、防漏总成组成。

其中送斜器是将斜向器送到预计深度，通过液压打压方法座封，用倒扣的方法分离送斜器与斜向器，座封结构上有横向卡瓦3个，纵向卡瓦3个，主要用于固定斜向器，防止其下下移动和旋转。

（2）多功能铣锥多功能铣锥由4级不同锥度的锥体构成。

最下面一级锥体的锥度为200~300，具有底部切削刃，其作用是引导铣锥开窗，防止铣锥提前滑出套管。

第二级锥度为60~100，刀刃长度最长，是磨铣套管，进行开窗的主要工作段。

第三级锥体锥度与导斜器斜度基本相同，其作用是稳定铣锥，扩大窗口。

最上一级锥度为00，主要作用是修整窗口。

3、开窗位置的选择原则：（1）、开窗部位以上套管完好，无变形及漏失。

（2）、套管外水泥封固良好。

（3）、选在完好套管本体处，避开套管接箍。

（4）、避开事故井段及复杂地层和坚硬地层。

（5）、窗口位置还应考虑定向侧钻井身剖面的结构安排。

4、磨铣开窗侧钻技术（1）原井眼准备确定好开窗位置后，首先要进行通井、洗井。

通井要通到开窗点以下30~50米。

必要时还要陀螺仪复测原井井斜数据，以便更准确地确定新井眼的方位和位移。

做完井筒准备后，注水泥封堵老井眼，水泥凝固后，下钻探灰面，试压，并钻水泥塞到预定位置。

（2）导斜器定向与固定根据井眼尺寸、井深、井斜等参数确定合适的导斜器总成及相应的固定方法。

导斜器定向有二种方法：一是在地面用罗盘定向，下钻划线对中法；二是利用陀螺仪进行定向。

在地面连接好导斜器，各部件在地面进行认真检查，将工具下到预计深度，下陀螺仪进行定向（或在地面用罗盘定向，下钻时用划线对中法防止导斜器转向）；开泵循环，正常后投球打压20~25Mpa，卡瓦牙张开座封，有的导斜器小球在导斜器里面，此时不可循环，导斜器下到位后直接开泵打压座封导斜器；加压3~4吨确认导斜器座封后，正转钻具20~30圈倒开中心管，上提管柱取出送斜器，然后下入多功能铣锥进行开窗施工。

（3）套管开窗套管开窗是套管侧钻施工中的重要环节。

它是利用铣锥沿导斜器的斜面均匀磨铣套管及导斜器，在套管上开出一个斜长圆滑的窗口，以便于侧钻过程中钻头、钻具、测井仪器、套管等的顺利起下，窗口质量的好坏，对下一步施工影响很大。

套管开窗一般分为三个阶段即：初始阶段：铣锥接触导顶至铣锥根部开始切削套管，这一阶段必须轻压慢转，使铣锥先铣出一个比较圆滑的孔洞。

钻铣参数：W：0-5KN，N：20-30r/min,Q：10L/S，P：10~12Mpa.骑套阶段：从铣锥根部开始接触套管内壁到底圆刚刚铣穿套管内壁，此阶段容易出现开窗死点，因此应采取中压快转的技术措施，以保证铣锥沿套管外壁均匀钻进，保证窗口长度。

钻铣参数：W：20-40KN，N：40-60r/min,Q：10L/S，P：10~12Mpa.出套阶段：从铣锥低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，此段稍一加压就会滑到井壁，因此要定点快速悬空铣进，其长度至少要等于一个铣锥长度。

钻铣参数：W：10-20KN，N：40-60r/min,Q：10L/S，P：10~12Mpa.在整个开窗过程中，除采取不同的技术措施外还应注意：1.开窗前必须对地面设备、泥浆性能、指示仪表、井下钻具进行全面检查，保证其性能合乎要求，保证泥浆泵排量，使井底岩屑充分循环出来，保持井底清洁，避免铁屑的重复切削。

2.开窗时送钻要均匀，避免出现“死点”现象，一旦出现“死点”应下入梨形铣鞋或磨鞋及时消除。

3.更换铣锥时应保持其直径一致，更换大小不一的铣锥时应由小到大，以免出现台阶使铣进困难。

4.修套时铣锥容易悬空，高转速铣进容易脱扣，因此必须上紧钻具丝扣，下井钻具要严格检查，防止断掉钻具的发生。

窗口长度的确定L=（dcin＋δca－δxd－d b）÷tgαL—窗口长度㎜dcin－套管内径δca－套管壁厚δxd－导尖厚度d b－复式铣锥引子端最大直径α－导斜器倾角（度）（二）、锻铣开窗侧钻1、锻铣开窗侧钻原理锻铣开窗侧钻原理是：在设计位置将原井眼的一段套管用锻铣工具铣掉，锻铣长度通常为20~50米，以避免套管磁场对随钻仪器的影响，然后在该井段注水泥，再利用侧钻钻具定向钻出新井眼。

锻铣开窗侧钻特点是：其优点是工艺简单，可靠性强，避开了套管的磁干扰，可用测斜仪器向任何方向定向钻进，有利于准确定向；缺点是套管锻铣段长，锻铣工具价格较贵。

2、锻铣开窗侧钻技术套管锻铣工具与水力内割刀的结构和工作原理相同，作业时首先将工具下到预定位置，启动转盘并开泵，刀刃从本体内伸出，进行套管切割作业。

套管割断后，在调压机构作用下，泵压会有下降显示，刀片骑在套管断面上。

此时均匀送钻加压，即可进行锻铣作业。

（1）锻铣前的准备工作造斜点的选择：选择易开窗且地层相对稳定的井段，充分发挥工具应有的造斜能力；锻铣起始点要避开套管接箍，选在套管接箍以下5~6米处，锻铣刀片下井前要做张开试验。

（2）锻铣时的注意事项锻铣时要配置高粘度高切力的钻井液，保证钻井液有足够的悬浮和携带能力；锻铣操作要平稳，送钻要均匀，每锻铣0.5~1米时要停止锻铣，循环25~30min钻井液，然后停泵让锻铣工具进入套管1~2米，以检查刀臂是否被卡；每次下入新刀片时，应在前次锻铣井段划眼；锻铣过程中，要收集铁屑，分析返出量与锻铣套管长度是否相符，若返出量少要停止锻铣，循环一周，必要时提高钻井液粘度及切力。

（3）锻铣完成后的工作锻铣后要充分大排量洗井，清除残余铁屑，如果发现锻铣井段粘有大量铁屑或留有薄层套管，应再次下锻铣工具进行划眼，以免对测量仪器产生磁干扰。

注水泥塞要求管柱下到锻铣段下部50米，水泥塞应有足够的强度和韧性，一般在固井水泥中加纤维。

水泥凝固后即可进行定向侧钻。

四、定向钻进技术对于定向侧钻井，采用锻铣开窗后，第一趟钻具通常采用井下动力钻具进行定向钻进；对于磨铣开窗侧钻井，开完窗后，为了避免套管对随钻测斜仪器的影响，用常规转盘钻进20~30米后，再下井下动力钻具进行定向钻进。

定向钻进钻具组合为：PDC钻头+螺杆钻具+随钻测斜仪器+钻铤+钻杆。

如图所示：随钻定向钻具组合：PDC钻头+螺杆钻具+随钻测斜仪器（一）、钻头小井眼套管（指5-1/2”套管）开窗侧钻井由于受原井眼尺寸的限制，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。

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。

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。

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。

（二）、动力钻具套管开窗侧钻井井下动力导向钻具一般选用导向螺杆钻具（即弯螺杆）。

螺杆钻具是一种容积式井底马达（PDM）。

高压钻井液由钻杆进入螺杆钻具后，液体的压力迫使转子旋转，从而把扭矩传递到钻头上，达到钻井的目的。

1、螺杆钻具的组成螺杆钻具主要部件如下：旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成、导向总成等五部分。

2、螺杆钻具的使用2.1、旁通阀检查用提升短节将螺杆钻具提起座入转盘卡瓦内，使旁通阀体位于转盘上方，以便于观察，卸去提升短节。

用木棒把旁通阀体的阀芯压到下死点，从上部注满水，旁通阀体应无泄露，松开阀芯，阀芯能复位，则旁通阀体正常。