双层套管开窗新技术

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1、双层套管开窗新技术洪俊梁位恒华建刘建军（中原石油工程公司井下特种作业公司河南濮阳457000）：双层套管开窗铣锥要穿越两层套管，且技术套管的钢级和壁厚往往大于油层套管，造成难度较大。通过优选开窗点及斜向器斜面朝向；将斜向器导斜面硬度加大，加长斜向器卡瓦到导斜面的距离，同时将斜向器加工成双角度复合导斜面增加对工具进行改进；在原有开窗铣锥的基础上开发出双切削刃强侧切开窗铣锥，加快双层套管开窗的速度；对下部钻具组合进行了力学分析，计算出其一次和二次弯曲的临界钻压，优选出符合双层套管开窗要求的钻具组合。根据双层套管开窗的特点将双层套管开窗细分为8个阶段，并针对各个阶段给出开窗推

2、荐参数，确保高效、安全完成双层套管开窗作业。关键词：双层套管；开窗侧钻；开窗工具；下部钻具；参数设计一、双层套管开窗技术1.开窗位置及斜向器导斜面朝向选择（1）开窗位置选择单层套管开窗时开窗长度一般在2m左右，所以开窗位置只须选在套管中部就可在开窗过程中避开套管节箍。但双层套管开窗时开窗长度增长，并且要同时穿越油层套管和技术套管，这两层套管的节箍一般不会在同一深度，所以下斜向器之前应查阅老井套管记录结合双层套管开窗长度同时避开两层套管节箍，同时选择油层套管和技术套管固井质量都好的井段作为开窗位置，如须在固井质量不是很好井段开窗，窗口不宜选在地层过硬的井段。（2）斜向器导

3、斜面朝向选择在实际施工中由于井斜的存在，使油层套管在重力作用下会靠向井眼低边，使井眼低边处油层套管和技术套管的间隙最小。这样就可在斜向器下到预定位置后对其进行陀螺定向，使其导斜面朝向井眼低边，减小双层套管开窗井段长度，降低开窗难度。2.窗口长度及各节点铣锥进尺计算在这里为简化计算，假设油层套管在技术套管中居中、套管钢级差异很小、下部钻具的刚性足够强，开窗时铣锥紧贴斜向器导斜面沿直线铣进。如图2所示，根据相似三角形性质，计算双层套管开窗各节点铣锥进尺和窗口长度。铣锥头刚接触技术套管时铣锥进尺L1：L1=(D1-D0)/[2×Sin(β)](1)到“上死点”时铣锥进尺L2：

4、L2=(D3-D0+d1)/[2×Sin(β)](2)到“下死点”时铣锥进尺L3：L3=(D2-D0+d1)/[2×Sin(β)](3)窗口刚形成时铣锥进尺L4为L4=(D2-D0+2×d1)/[2×Sin(β)](4)铣锥完全出窗口时铣锥纯进尺L5为L5=L4+Lx(5)窗口长度Lc为Lc=Ld×Cos(β)+(D2-D0)/[2×Ttan(β)](6)式(1)-(6)中，D0为斜向器最大外径，mm；D1为技术套管内径，mm；D2为技术套管外径，mm；D3为油层套管外径，mm；d1为铣锥头外径，mm；Lx为铣锥有效长度，mm；Ld为斜向器导斜面长度，mm；β为斜向器导

5、斜角，°。图2、双层套管开窗结构示意图3.开窗工具斜向器斜向器的导斜角、斜面硬度和几何尺寸对开窗的成功率有至关重要的影响，可在这3个方面对斜向器改进。（1）双层套管开窗要穿越两层套管，对斜向器的磨损和切削会增加，所以在导斜面上硬质合金粉末铺焊并打磨光滑提高斜向器导斜面硬度，这里应特别注意的是斜向器导斜面硬度并非越大越好，因为导斜面硬度过大会导致铣锥提前出窗口，使窗口过小，减弱窗口的通过能力。（2）将斜向器的导斜角由3°增加至3.5°，从导向器中心线与3.5°的斜面本体的交点开始，从交点以下的3.5°的斜面本体上堆焊0.5°的细粒硬质合金粉末形成4°的硬质合金粉末复合斜面

6、，并将堆焊表面打磨光滑，使斜向器导斜面成双角度复合斜面。保证和老井眼快速分叉。（3）加长斜向器导斜面根部到最上一排卡瓦牙之间的距离，由以前的0.9m增加至2m。防止开窗时间增长后对斜向器过度切削，甚至损伤卡瓦牙使坐封器松动而落井。铣锥由于斜向器导斜面的硬度和导斜角都有所增加，会导致窗口长度减小，所以需将普通φ118mm×0.9m复式开窗铣锥加长至2m，保证窗口长度。考虑到双层套管开窗时间较长，打开油层套管后铣锥上的合金块会被磨钝，这种情况下就应立即起钻换另一种新型铣锥，如图3。图3双切削刃强侧切开窗铣锥双切削刃强侧切开窗铣锥尺寸：φ118mm×0.3m。采用了3种不同形

7、状的超硬复合材料牙齿，分别是巴拉斯材料的“三角形”牙齿，YG8硬质合金“圆柱形”牙齿，YG8硬质合金“方形“牙齿。在其上接φ114mm扶正器使用，该组合的刚性较强，开技术套管时扶正器可骑在斜向器导斜面上使双切削刃强侧切开窗铣锥能有效的切削技术套管，充分利用斜向器的导斜力，同时扶正器又不会切削斜向器，可减小开窗过程对斜向器过度切削。4.下部钻具组合对下部钻具组合的选择主要是考虑其刚性强弱对开窗的影响。如刚性太强，下部钻具不易发生弯曲，开窗时会较多的切削斜向器，增加窗口长度，甚至导致开窗失败；如刚度太小，钻具极易发生弯曲，造成窗口过小并在下窗