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开窗侧钻井完井固井工艺技术的改进与发展,张宏军胜利石油管理局黄河钻井固井公司,目录,一、开窗侧钻井完井固井方式演变二、套管开窗侧钻井完井固井存在的难题三、改进技术措施四、套管开窗侧钻井完井固井工艺现状五、侧钻井完井管串结构的演变六、水泥浆体系七、开窗侧钻井完井固井工艺技术的发展方向八、认识与结论,前言,胜利油田经过40多年的开发，许多老井出现套管弯曲、缩径、破裂、损坏等复杂情况，修井十分困难。开窗侧钻井技术是一种充分利用报废井、挖掘老油田油藏潜力，提高采收率的有效方法。胜利油田从1986年开始应用套管开窗侧钻技术，开发了系列开窗工具，配套了相应的仪器和设备，完善了侧钻井工艺技术。围绕开窗侧钻井技术难点，开展了一系列完井固井技术研究。,开窗侧钻技术,套管开窗技术是指在套管内某一预定井深，通过斜向器迫使磨铣工具产生侧向切削力，在套管壁上按预定方向铣出一个窗口并钻出井眼侧钻定向井及侧钻水平井的工艺技术。,侧钻井示意图,完井固井技术,根据地质条件、油藏特征和采油工艺要求，确定侧钻井完井方式。目前大多采用尾管完井方法，根据完井工艺设计尾管结构、固井工艺、水泥用量和水泥浆性能参数，对设计的尾管必须进行抗拉、抗挤强度校核，确保尾管寿命。,开窗侧钻井完井固井方式演变,随着技术进步，开窗侧钻井完井固井方式逐渐完善。每一次改变都是为了消除事故缺陷，提高质量。（1）采用座底式尾管和正反扣接头先注水泥再倒扣方式。缺点替量计算不准或计量误差造成替空或留水泥塞事故，还存在倒不开扣的弊端。存在水泥浆和钻井液混浆现象，影响尾管底部的封固质量。（2）双胶塞工艺选用大小胶塞或复合塞，隔离钻井液和水泥浆。缺点这种方式仍存在着倒不开扣和用小钻具扫残余水泥塞的问题。,开窗侧钻井完井固井方式的演变,（3）延迟凝固完井固井方式在下套管前，通过钻杆或油管把缓凝水泥浆送到井底。然后起出钻杆下入尾管，直到水泥浆凝固。优点通过控制下尾管速度和活动管柱来提高顶替效率，获得比较均匀的水泥环；不用担心替钻井液的计量误差造成尾管内留水泥塞或替空事故。缺点水泥浆的候凝时间比较长，水泥浆受地层流体影响容易提前凝固、地层高压流体冲淡水泥浆影响水泥封固质量；尾管下不到预定井深。,开窗侧钻井完井固井方式的演变,（4）中心管内插法注水泥、倒扣丢手方式通过钻具连接并放置在尾管内的油管作为中心管，下到接近回压阀位置的方式。优点克服了钻水泥塞弊端，适用侧钻井段短、井斜小的井。缺点大位移侧钻开窗井增加了倒扣丢手难度。几百米、上千米中心管要随倒扣接头在大斜度井中一起转动，会产生很大的反扭矩，中和点悬重也不准，容易造成反扣倒不开，出现事故。,开窗侧钻井完井固井方式的演变,（5）浮动螺帽倒扣、尾管头悬挂方式解决了控制悬重和倒扣时中心管与倒扣接头分离问题。但依然存在一定风险。,开窗侧钻井完井固井方式的演变,（6）内插法注水泥、碰压丢手方式管串结构引鞋旋流管回压阀插入对接密封器尾管（中心管）尾管头钻杆。程序1、下入下部结构和尾管；2、下入中心管并插入下部结构密封器；3、接尾管头并接钻杆，把尾管送到设计井深；4、循环正常后注入水泥浆，投胶塞替钻井液直到碰压丢手；5、上提钻具循环出多余水泥浆，侯凝。优点管内无水泥塞，消除了留水泥塞事故，避免了钻水泥塞造成新事故的风险。缺点从尾管头到下部结构都是中心管，中心管太长，从连接、下入到施工完起出，施工繁琐。,开窗侧钻井完井固井方式的演变,（7）简易机械式尾管悬挂器方式1、研制了小尺寸机械式长短槽尾管悬挂器（51/2*4，51/2*31/2，51/2*33/4，7*5或41/2）和J型槽尾管悬挂器。2、使用了钻杆胶塞和尾管空心塞。3、建立了规范的施工程序。,套管开窗侧钻井完井固井存在的难题,（1）开窗井属于小井眼、小间隙井，流动阻力大，循环压力高，排量小，顶替效率低，易发生层间窜槽，易发生砂堵蹩泵，水泥浆易脱水稠化。（2）环空间隙小，水泥环薄（小于19mm），固井质量差，很难满足高能射孔和压裂的需要。,套管开窗侧钻井完井固井存在的难题,（3）环空间隙小，套管扶正关系到水泥环的均匀度，否则，很难达到良好的封隔。（4）尾管工具附件如悬挂器、浮箍、钻杆胶塞与空心胶塞存在质量问题。,套管开窗侧钻井完井固井存在的难题,（5）侧钻井间隙小，施工泵压高，容易蹩破地层，发生井漏，造成水泥返高未达到开窗点或悬挂器处，导致附近水层未能封固，投产初期全水，老油田剩余油潜力层无法动用。（6）复杂压力系统。开窗侧钻井都是老油田多年开发区块，开采和注水造成地下压力系统紊乱，井漏和井涌时有发生，井漏造成水泥低返，井涌造成水窜，严重可导致侧钻井报废。,套管开窗侧钻井完井固井存在的难题,（7）完井方式不同，难度各异。特殊完井工艺集多种完井固井技术、多种特殊工具（悬挂器、分级箍、封隔器等）配套使用于一体，完井固井的难度更大（8）侧钻井出砂问题。射孔孔眼小，临界流速大，易出砂；井眼小，沉砂口袋有限，地层出砂极易砂埋油层，使油井后期出现供液不足现象。,改进技术措施,针对出现的问题，对工艺、工具附件进行了改进，对水泥浆体系进行了优化。1、设计小尺寸钻杆专用水泥头、小尺寸短方钻杆。由原来的立管注水泥改为井口注水泥工艺。2、研制开发了长堵塞器尾管悬挂器，避免了高压泄漏和替空现象。,改进技术措施,3、采用了弹力式和浮球式回压阀并用，阀芯硫化橡胶，提高了密封性，防止了水泥浆倒返，避免了留水泥塞事故。4、研制开发了高弹性扶正器、刚性螺旋扶正器，为降低摩擦阻力，设计制造了可滚动引鞋和可滚动扶正器。,改进技术措施,5、采用裸眼扩孔技术或优化管串结构，增大了环空间隙，保证了水泥环的厚度，提高了封固质量，也保证了施工的连续性和可靠性。6、通过选用降失水剂，减阻剂、缓凝剂、膨胀剂、增韧增塑剂、早强剂配伍使用。改善水泥浆流变性能，提高水泥胶结强度，满足高能射孔防止水泥石脆裂的需要。,J-1JZ-1SWH-1SWJ-4SWJ-5,改进技术措施,7、在特殊工艺井完井中，优选封隔器、分级箍、悬挂器各种特殊工具附件，精细设计各级压力级别和其它各种参数，并做好地面模拟试验。为改善水力扩张式封隔器的密封效果，设计制造了耐高温、高压、全橡胶式封隔器。,套管开窗侧钻井完井固井工艺现状,（1）正规尾管悬挂通过水泥头固井方式侧钻井井斜较大，为保证悬挂效果，研究开发了液压式小尺寸尾管悬挂器（51/2*4，51/2*31/2，51/2*33/4，7*5或41/2），用液压强行悬挂提高成功率。,套管开窗侧钻井完井固井工艺现状,（2）侧钻水平井完井工艺开窗侧钻水平井和短半径水平井。完井应用了以下工艺裸眼完井；尾管固井射孔完井；尾管封隔器卡封不固井完井；尾管悬挂筛管完井；筛管顶部注水泥完井；防砂完井等。,套管开窗侧钻井完井固井工艺现状,尾管封隔器卡封不固井（分层开采）1、可以水泥浆膨胀2、自密封膨胀,套管开窗侧钻井完井固井工艺现状,（3）振动注水泥工艺技术振动固井是在注水泥、顶替和水泥胶凝初期，采用机械振动、液压或空气脉冲、水力冲击等手段，产生振动波作用于套管、钻井液和固井液来提高固井质量。实验表明使用此装置水泥石的强度可提高20以上。,套管开窗侧钻井完井固井工艺现状,（4）膨胀管完井工艺膨胀管完井技术就是将完井管柱下到预定井深，通过液压或机械方法使套管膨胀至塑性变形区域，以达到有效封隔油气水层，提高采收率目的的一种技术。2003年12月5日，通61－C162井2004年01月7日，王14－C20采用了EVENTURE公司的实体膨胀管。实践验证膨胀管技术在侧钻井完井中应用的可行性和可靠性。,套管开窗侧钻井完井固井工艺现状,（5）水泥膨胀封隔器工艺技术为解决漏失、气窜和油层污染等固井难题，研发了水泥浆膨胀长裸眼封隔器，用水泥浆进行膨胀永久性封隔地层，取代注水泥作业，并能在封隔器上进行射孔作业，满足测试、生产需要。该技术能分层作业、分层开采，既可避免固井对油藏的伤害又能实现有效封固；油藏泄油能力大，油井产量高。,水泥,封隔器胶筒与不同井径贴紧并压实地层,射孔,侧钻井完井管串结构的演变,第一阶段1986年-1998年管串结构1、Φ177.8mm套管内开窗下Φ127mm尾管。2、Φ139.7mm套管内开窗下Φ101.6mm座底式尾管，无接箍套管的间隙11.2mm，有接箍套管的间隙只有1.5mm。极易造成蹩泵事故。从成本和固井质量方面考虑不宜采用这种方案施工。,侧钻井完井管串结构的演变,第二阶段1999年-2003年管串结构由原来的51/2〃套管开窗挂4〃尾管改为挂31/2〃尾管，7〃套管内开窗挂5〃尾管改为挂4〃尾管，增大了环空间隙，保证了水泥环的厚度，保证了施工的连续性和可靠性。采用31/2”（89*6.5mm）油管作套管完井阶段，初期取得较理想的效果。Φ89mm套管完井存在问题1、油管级别低，油管作为套管使用破损的隐患依然存在。2、31/2”油管的内径最大φ76mm，受内通径的限制在射孔、卡封改层、防砂、剩余油测试、打捞解卡等方面受到制约。限制了小套管侧钻井的正常生产。,侧钻井完井的管串结构的演变,第三阶段2003年至今采用33/4”φ95*6.5mm套管完井阶段。研制优于N80的非API小套管，外径95.25mm;壁厚6.5mm，接箍外径与89*6.5mm油管相同，而内径由76mm增加到82mm。既能满足固井质量需要，又满足23/8油管和封隔器等工具下井的要求．,采用的水泥浆体系,（1）普通水泥浆体系初期采用的普通水泥浆体系即用D级、J级水泥或由API-G水泥与减阻剂、缓凝剂配制的水泥浆体系。没有控制水泥浆的失水和自由水。水泥封固质量较差，串槽严重。出油少，出水多，效益低。,水泥浆体系,（2）高强、低失水、微膨胀体系G水泥与减阻剂、缓凝剂、降失水剂、早强剂、膨胀剂、锁水剂等外加剂，根据井底温度配制的水泥浆体系。改善了水泥浆的流变性，降低了水泥浆的失水和自由水，减少了水泥浆体积的收缩。,水泥浆体系,（3）增强增塑水泥浆体系水泥、漂珠、微硅和增强增塑料构成四级颗粒填充结构体系。显著提高水泥石强度、水泥浆稳定性和防窜能力，与其它外加剂有良好的配伍性。实践证明增强增塑水泥浆体系，具有稳定性好，流变性好，游离液低，SPN值小，防气窜能力强。水泥石具有较好的弹性模量，水泥环的抗冲击能力强。,,水泥浆体系,（4）膨胀水泥浆体系1、气体膨胀剂2、晶格膨胀剂提高了第二界面的固井质量,水泥浆体系,（5）胶乳水泥浆体系针对小井眼、小间隙和射孔对水泥环质量的要求，研制开发了稠化时间可调，过渡时间短、直角稠化，滤失量小，稳定性、流变性好，胶结强度高，防窜能力强的丁苯胶乳水泥浆体系。现场湿混于水中，配浆时不起泡且易于水化。适宜温度30～120℃，可应用于1000～4000m不同的井深。,水泥浆体系,（7）复合纤维水泥浆体系选择矿物纤维、高分子纤维和植物纤维作为增韧材料，对长度和加量进行优化，优选其它水泥外加剂，配制成复合纤维水泥浆体系。复合纤维水泥浆体系具有好的流变性、可调的稠化时间、低失水，高强度、低渗透率、高韧性。实验加量2.5，抗折强度增加64.85；加量5，抗折强度增加71.26。弹性模量和泊松比都有改善。,开窗侧钻井效果,实践证明侧钻井比直井节约钻井投资，经济效益显著。河43－侧37井（初产45t/d）河10－侧37井（初产46t/d）河31－侧45井（初产65t/d）梁60－侧9井（初产60t/d）河76－7侧平1井（初产55t/d）河39－侧平1井（初产60t/d）梁11－23侧平1井（初产45t/d）等高产井。,开窗侧钻井完井固井工艺技术的发展方向,（1）旋转尾管固井工艺利用旋转接头和旋转悬挂器，完成侧钻井尾管固井施工的工艺技术。1、有助于小井眼小间隙尾管下入的顺利到位；2、形成均匀水泥环；3、提高顶替效率，避免形成窜流通道，提高封固质量。,开窗侧钻井完井固井工艺技术的发展方向,（2）侧钻水平井固井、防砂完井工艺完善侧钻水平井先期防砂和管内防砂工艺。先期防砂筛管顶部注水泥工艺用封隔器实现对固井段和多个生产层水平段之间的分隔，满足分层分段开采要求。封隔器分段卡封不固井防砂工艺通过悬挂器将尾管直接悬挂到原井套管内壁上，可直接进行油层保护作业。侧钻水平井管内防砂工艺对地层松软易坍塌、出砂严重的侧钻水平井，选择悬挂尾管固井、射孔完井，然后下入更小直径精密防砂管进行生产。,开窗侧钻井完井固井工艺技术的发展方向,（3）侧钻分支定向（水平）井完井固井工艺分支井钻井完井技术是在定向井、大斜度井、水平井技术上发展起来一项新技术。可利用老井侧钻形成。根据分支井眼与主井眼的连接关系和压力完整性，有六种完井方式。常用四种方式1、主井眼与分支井眼都是裸眼完井；2、主井眼下套管注水泥，分支井采用裸眼或下入筛管；3、主井眼下套管注水泥，分支井采用悬挂尾管不固井或用封隔器卡封；4、主井眼下套管注水泥，分支井采用悬挂尾管固井或只在连接部位注水泥封隔主、分井眼。,开窗侧钻井完井固井工艺技术的发展方向,（4）侧钻水平井完井固井设计软件开发和完善开发侧钻水平井固井设计和施工软件，实现固井质量跟踪分析，做到科学设计，严密施工。,3DDrillView设计软件,开窗侧钻井完井固井工艺技术的发展方向,（5）选用带封隔器的悬挂器许多侧钻井固井后，都存在悬挂器的喇叭口试不住压或套管与环空连通。可以选用带封隔器的悬挂器，固井碰压后压涨封隔器，阻断环空通道。,开窗侧钻井完井固井工艺技术的发展方向,（6）选用膨胀悬挂器为提高悬挂器与井壁的密封效果，可以选用膨胀封隔器。,开窗侧钻井完井固井工艺技术的发展方向,（7）强化技术措施，优选柔性、防窜水泥浆体系，提高封固质量1、优选悬挂器等各种工具附件，提高可靠性；2、调整钻井液和水泥浆性能，降低失水、黏度、摩阻，改善流变性和配伍性，提高顶替效率；3、优选柔性水泥浆体系，提高水泥石韧性，满足射孔要求，防止水泥石碎裂；4、优化侧钻井管串设计、压稳平衡固井设计，采用环空加压或防窜水泥浆体系，阻止油气水互窜；5、应用提高第二界面胶结质量的固井技术。采取综合措施，提高固井质量。,认识与结论,（1）加强完井固井工艺配套研究，优化设计，优选完井方式。（2）根据油藏特征结合防砂制定先进的完井防砂工艺技术。（3）侧钻水平井完井工艺不同，要注意各种特殊工具附件的各种尺寸配合和正确使用。（4）侧钻井特殊工艺固井完井，特殊工具附件的正常与否是工艺成功的关键。（5）柔性水泥浆体系，能增强水泥石韧性，经受高能射孔弹冲击，对各种油水气层进行有效封隔。应该是侧钻井、小间隙、小井眼固井水泥浆体系的首选。,,不妥之处，敬请指正,谢谢,
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