余 晟 王东波 何 勇 江 海 张 萍 王 平

1.中国石油川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院 2.中国石油西南油气田公司重庆气矿3.中国石油川庆钻探工程公司川西钻探公司

苏里格气田苏5－1H井大井斜套管内垂直向上开窗钻井技术

余 晟1王东波2何 勇3江 海1张 萍1王 平3

1.中国石油川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院 2.中国石油西南油气田公司重庆气矿3.中国石油川庆钻探工程公司川西钻探公司

苏里格气田苏5－1 H井是国内第一口井斜超过80°垂直向上开窗井，施工作业面临有线仪器、斜向器下入较为困难及铣锥受重力作用、垂直向上不易开出窗口等技术难题，但该井仅用了19 h便垂直向上开窗成功。为此，总结了大井斜垂直向上开窗施工作业要点：①一次性斜向器开窗侧钻方法有利于垂直向上开窗侧钻；②采用复合式铣锥可一次性完成开窗及修窗作业；③强化斜向器坐封、定向侧钻的井眼准备措施；④细化套管开窗施工作业参数。该井用时6 h即完成2.5 m进尺，返出大量粗丝状铁屑，12 h后见大量泥砂及水泥，判断已开窗成功，反复修窗后起钻，优质高效地完成了整个高难度开窗任务，其施工作业要点可供今后同类型井借鉴使用。

套管开窗 垂直向上 大井斜 复式铣锥 斜向器 施工作业参数 鄂尔多斯盆地 苏里格气田

苏里格气田苏5－1 H井是鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造的一口开发井，该井钻至斜深3 845 m（井斜84°，垂深3 474.03 m，马家沟组，岩性为纯灰岩）导眼井完钻，经储层改造后，在垂厚约18 m范围内测试获气21 660 m3／d、水105 m3／d，气水同产，不满足入窗要求，需填井侧钻入窗。为避开煤层、下部水层和射孔井段，减少施工井段长度，决定在井深3 674 m，井斜81.02°处垂直向上开窗侧钻。

常规开窗作业一般将开窗点选择在小井斜井段，下入斜向器后，依靠铣锥自身重量，向左右或下方开窗侧钻，修窗完成后再下入定向仪器将方位调整至目标方位，需要预留较长的轨迹调整井段，且中途还需考虑井眼防碰，井身结构调整，套管下入，井眼轨迹优化等技术措施。

而在80°以上大井斜井段垂直向上开窗完成后，则只需将井斜、方位微调后即可进行储层水平段钻进，能有效减少施工井段长度、节约套管使用成本、缩短钻井周期、优化井眼轨迹。但在大井斜段垂直向上开窗，有线仪器及斜向器下入较为困难，同时铣锥受重力作用，垂直向上不易开出窗口，相应的增加了施工风险及难度，需要细化方案设计、优选工具及仪器，优化施工作业参数才能保证开窗作业安全顺利的完成。

1 施工前的准备

1.1 开窗侧钻方法选择

常用的套管开窗侧钻方法有两种［1－4］。第1种是锻铣回填水泥侧钻，就是在选定的井段内锻铣掉井眼内套管，回填水泥后侧钻。其优点在于窗口长，后续施工风险小；缺点是施工工序多，施工周期长；要求回填水泥封固质量好；且在深地层侧钻困难，目前已较少采用。第2种是使用一次性斜向器开窗侧钻，就是在选定的开窗点坐封一次性斜向器［5］；用复合铣锥铣掉井眼内套管；形成稳定的窗口（图1）。该方法施工工序少，周期短，且由于斜向器的作用，利于垂直向上开窗。苏5－1H井由于需要在井斜81°井段垂直向上开窗，设计采用第2种方法。

1.2 开窗点选择

苏5－1 H井需避开煤层和泥岩段井段，满足施工要求且尽量减少施工井段长度，尽量充分利用原井眼的有用套管，以缩短侧钻周期，节约成本，同时开窗点以上套管要完好，无变形、破损和漏失，完全避开套管扶正器，力求少铣套管接箍［6］。综合考虑选择开窗点斜深为3 674 m（套管上下接箍位置分别为3 673.3 m和3 684.4 m，射孔段在3 676.5 m以下）。

图1 苏5－1H井开窗侧钻示意图

1.3 井眼准备

苏5－1H井斜向器下入深度较深，且井斜超过80°，为保证斜向器一次性下入成功，需认真核实177.8 mm套管串结构，钢级、壁厚及开窗的井斜、方位、井径等基础资料，检查固井质量及管外水泥封固质量。

1）将水泥塞面注至3 574 m，在侧钻点3 674 m以下井段水泥塞全段封固，候凝。钻塞至井深3 679 m，为确保水泥塞质量，减少混浆段，应注前置液和后置液，且候凝72 h以上。

2）侧钻前对水泥塞质量进行检查，能承受100 k N钻压，以刹住刹把钻压不降为合格，否则，应重新注水泥。

3）开窗工具入井前用通井组合通井至桥塞位置，用177.8 mm套管刮管器修刮管壁、保证管壁干净，保证开窗工具能顺利下入开窗位置并座挂牢靠，设计通井刮管组合为：152 mm通井规＋177.8 mm套管刮管器＋120.7 mm钻铤2柱＋120.7 mm随钻震击器＋120.7 mm钻铤1柱＋101.6 mm钻杆。

1.4 开窗工具准备

苏5－1H井开窗主要使用液压卡瓦式斜向器及复合式铣锥。常规铣锥在开完窗口后还需下入锥形铣鞋＋西瓜铣鞋＋钻柱铣鞋＋适量的钻铤进行修窗口作业。复合式铣锥整体分为3段，即开窗段、锻铣段和修窗段（图2），可一次性完成开窗及修窗作业。

图2 复合式铣锥图

考虑到复合铣锥重量达80 kg，垂直向上开窗时铣锥受重力作用，不易上翘，第1趟开窗若效果不理想，第2趟下入质量较轻的新型铣锥（图3）将套管开出孔后，第3趟再下入复式铣锥开窗。

图3 新型铣锥图

液压卡瓦式斜向器由送入管、斜轨、液压缸、上下活塞及上下卡瓦自缩结构等组成，上卡瓦防径向转动，下卡瓦防轴向滑动。

1.5 开窗点调整

由于该井射孔段为3 676.5～3 679 m（16孔／m螺旋射孔，弹径12.8 mm），为保证斜向器上卡瓦（防径向转动）坐封在未射孔段，对斜向器的实际尺寸测量后（图4），将开窗点由原设计的3 674 m上提至3 673.4 m。

图4 斜向器实际尺寸图

1）原开窗点位置：3 674 m，射孔段（3 676.5～3 679 m）

上卡瓦：3 674＋2.78＝3 676.78 m（射孔段）

下卡瓦：3 674＋2.78＋0.55＝3 677.33 m（射孔段）

2）上提开窗点位置：3 673.4 m（接箍：3 673.256 m）

上卡瓦：3 673.4＋2.78＝3 676.18 m（未射孔段）

下卡瓦：3 673.4＋2.78＋0.55＝3 676.73 m（射孔段）

2 施工注意事项

2.1 斜向器下入及坐封

1）斜向器搬放时要轻放，运输时避免剧烈冲击；入井时要检查好斜向器的送入管通道，防止杂物和石块等进入，造成不能坐封。

2）下入斜向器前必须对原井套管内径进行全面检查，主要防止套管变形和缩径。

3）检查斜向器若发现卡瓦螺丝松动，要将其拧紧，同时下井前要卸掉行尾挂钩与斜向器的保险卡。

4）下斜向器时控制下速，要求缓慢均匀下放，下钻如遇阻不得强行下放，正确分析无套管异常后方可继续下钻，必要时进行套管检查和修复处理。

2.2 有线测斜仪下入

由于苏5－1 H井开窗点井深在3 674 m，井斜达81.02°，大井斜段测量仪器不易通过，因此要求钻具水眼大于51 mm（仪器外径45 mm），同时每根立柱下入前必须通径，在仪器下放困难井段开泵小排量将测斜仪送入井底坐键。

2.3 开窗侧钻

1）铣锥运输及入井时要注意避免猛烈冲击，以免损坏硬质合金块，影响开窗效果。

2）精确计算数据；铣锥下到斜向器顶尖0.5 m左右，缓慢下放到顶尖位置，开始开窗。

3）开窗时必须遵循套管开窗技术要求规范，一般按3个阶段进行：

起始段：低钻压5～10 k N，低转速50～60 r／min。

铣套段：中钻压20～40 k N，中转速60～80 r／min。

出套段：低钻压5～15 k N，高转速60～90 r／min。

要求：送钻一定要均匀，钻压大，容易提前出窗；钻压小，铣锥磨损大。

4）开窗后要继续钻出窗口一定深度，修窗至上提下放无明显显示后，方可起钻换钻头。任何起下钻时要注意对窗口的保护。

5）为利于铣锥上翘，保证垂直向上开窗顺利成功，优化了钻具组合：152 mm复式铣锥＋101.6 mm加重钻杆1柱＋101.6 mm钻杆6柱＋101.6 mm加重钻杆18柱＋101.6 mm钻杆。

3 苏5－1H井实施情况与效果

3.1 通井及模拟斜向器入井

为保证斜向器一次下入成功，再下入模拟斜向器钻具组合进行通井，模拟入井钻具组合为：152.4 mm钻头＋330×310接头＋148 mm扶正器＋2 m短钻铤＋148 mm扶正器＋311×HLSP39接头＋101.6 mm钻杆，该趟钻顺利下钻到底。

3.2 斜向器下入及坐封

将钻井液密度调整至1.05 g／cm3，黏度调整至60 s后下入斜向器钻具组合：146 mm斜向器＋311× 310定向接头＋311×HLSP39接头＋101.6 mm钻杆。斜向器下放过程中严格控制下放速度，直井段3 min下放1柱，斜井段4～6 min下放1柱。

斜向器下至3 672.04 m后开始下入测斜仪器，当电缆下放至井深3 710 m时，井斜79.24°处仪器不能下行，决定开泵下送，反复开泵仍然不成功。起钻取出测斜仪，卸掉加重杆及加长杆再次下放仪器仍然不成功。第3次取出仪器后将测斜仪连接一根加长杆，下放电缆坐键成功，将工具面调至目标方向，完成斜向器定向。

起出有线仪器后开始投球憋压，将泵压控制在5 MPa，逐渐升至20 MPa，泥浆槽无钻井液返出；泄压后再憋压2次至20 MPa，表明斜向器卡瓦已完全伸出。为判断斜向器是否坐稳，用40 k N低钻压将钻具缓慢上提下放，整个钻具无明显上移和下移，由此判断斜向器已成功坐封。

随后开始分离送入杆，先顺时针转钻具5圈，上提10 cm，继续顺时针转钻具25圈，上提80 k N后扭矩释放，成功将送入杆与斜向器分离，至此斜向器下入及坐封工作顺利完成。

3.3 套管开窗

下钻至3 673 m即距斜向器斜面导尖0.4 m时，先缓慢旋转钻具，开泵，探至斜面导尖3 673.4 m时开始开窗作业。钻进参数：钻压20～30 k N，转数50 r／min；排量18 L／s，泵压11～12 MPa；钻井液性能：密度1.05 g／cm3，黏度60 s，切力2～5 Pa，失水5 m L，泥饼0.2 mm，p H值9。

由于前期准备工作充分，该趟施工过程较为顺利。初期磨铣速度较快，用时6 h即完成2.5 m进尺，返出大量粗丝状铁屑，随后磨铣速度逐渐减慢，12 h后见大量泥砂及水泥，未见铁屑返出，判断已开窗成功，反复修窗后起钻。

3.4 应用效果

苏5－1H井是国内第一口井斜80°以上垂直向上开窗井，国内可供借鉴的经验不多，且是在小井眼中作业，加大了整个施工难度。该井开窗过程使用1只铣锥，用时19 h就（一趟钻）完成整个开窗工作，证明该井仪器工具选用合理，技术措施得当，为今后类似套管开窗作业积累了经验。

该井随后的定向施工中，出窗口后略微增斜即在储层中钻进，仅用时13 d就完成后续800 m井段钻进并顺利裸眼完井，充分证明了大井斜垂直向上开窗技术在减少施工井段长度，节约钻井周期和成本方面的巨大作用。

4 结论

1）大井斜垂直向上开窗技术在减少施工井段长度，节约套管方面具有较大优势，适宜在老井挖潜中推广使用，能有效的降低老井利用成本。

2）细致的施工准备工作是保证斜向器顺利下入的关键，斜向器下入前使用刮管器及通井规通井后再使用双扶正器组合模拟斜向器下入，能有效的降低大井斜段斜向器下入的风险。

3）大井斜段仪器下入较为困难，需要根据实际情况控制适宜的仪器杆长度及重量才能保证测斜仪的顺利坐键。

4）由于铣锥和钻具组合刚性对垂直向上开窗成功率影响较大，若第一趟钻开窗不成功，应根据开窗情况及时调整钻具组合及铣锥型号。

［2］商勇，陈世春，何选篷.轮古40C井套管开窗侧钻小井眼定向钻井技术［J］.石油钻采工艺，2005，27（3）：8－10.

［4］董国昌，刘英，刘金利.星A6－6深井大位移套管开窗侧钻定向井钻井研究与实践［J］.吉林石油科技，2001，20（1）：35－39.

［5］张焱，吴爽，刘坤芳，等.定向井斜向器座放方位最优化设计［J］.天然气工业，2001，21（6）：51－54.

［6］夏宏南，谭家虎，李鹏华.套管开窗侧钻工艺研究［J］.断块油气田，2003，10（2）：77－79.

A vertical casing－exit operation in the high－inclination cased hole of Well Su 5－1H，Sulige Gas Field

Yu Sheng1，Wang Dongbo2，He Yong3，Jiang Hai1，Zhang Ping1，Wang Ping3
（1.Drilling ＆Production Engineering Technology Research Institute of Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，Guanghan，Sichuan 618300，China；2.Chongqing Gas Fields of Southwest Oil ＆Gasfield Company，PetroChina，Chongqing 431000，China；3.Chuanxi Branch of Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Chengdu，Sichuan 610051，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 3，pp.74－77，3／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Well Su 5－1H in the Sulige Gas Field is the first well having vertical casing－exit operation conducted in the wellbore with an inclination angle of over 80°in China，with such challenges as difficult running－in of wireline instruments and the whipstock or hard vertical casing cutting due to the gravitational force on the cone mill bit.After overcoming such difficulties，however，we have devoted only 19 hours in one trip to successfully cut a casing window in the end.After 6 hours of casing cutting，2.5 m footage was finished and lots of iron cuttings were observed.Then，after 12 hours of continuous working，a large amount of sand and cement were seen，from which a successful casing－exit operation could be announced.Finally，the BHA was then tripped out after window trimming was done for several times.From this successful experience，a few good lessons are drawn herein.（1）The one－time whipstock is helpful for the vertical casing exit，and the double－cone milling bit can finish the casing window opening and trimming in one trip.（2）Good reparations for whipstock setting and casing－exit job are vital in the whole process.（3）Each operating parameter at every step is well designed.All the above will provide good reference for the casing－exit operation in similar wells.

casing exit，vertical，high inclination，double cone mill，whipstock，Ordos Basin，Sulige Gas Field

余晟，1980年生，工程师；2007年毕业于西南石油大学油气井工程专业，获硕士学位；现从事定向井方面的服务及研究工作。地址：（618300）四川省广汉市中山大道南二段钻采工程技术研究院。电话：13908104827。E－mail：yusheng430316＠sohu.com

余晟等.苏里格气田苏5－1H井大井斜套管内垂直向上开窗钻井技术.天然气工业，2012，32（3）：74－77.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.017

（修改回稿日期 2012－01－19 编辑 凌 忠）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.017

Yu Sheng，engineer，born in 1980，graduated in oil／gas well engineering from Southwest Petroleum University in 2007 with an M.Sc.degree.He is now engaged in directional well drilling service and research.

Add：South Sec.2，Zhongshan Rd.，Guanghan，Sichuan 618300，P.R.China

Mobile：＋86－13908104827 E－mail：yusheng430316＠sohu.com