小井眼开窗侧钻三维水平井钻井技术
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小井眼开窗侧钻水平井钻井技术提升油藏开采效率，降低成本，环保效益显著。适用于老井重钻与套损井复活，市场前景广阔。关键在于优化工程方案，包括侧钻方式选择、井眼轨迹设计、钻具组合与钻进参数优化。侧钻方式有开窗侧钻和段铣侧钻，需根据实际选择。井眼轨迹设计需综合考虑，确保钻井安全高效。
小井眼开窗侧钻水平井钻井技术是在定向井、水平井、小井眼钻井技术基础上发展起来的一种综合钻井技术，在一定程度上代表了钻井工艺的发展水平。利用该技术能使套损井、停产井、报废井、低产井等复活，改善油藏开采效率，有效地开发各类油藏，提高采收率和油井产量，降低综合开发成本；能充分利用老井井身结构对油藏开发再挖潜，充分利用原有的井场、地面采输设备等，减少钻井作业费、节约套管使用费、地面建设费，降低施工成本，缩短施工周期，提高综合经济效益；该技术的推广还有利于环境保护。
目前，国内大部分油田，特别是东部地区，经过多年的开采，已进入开发后期，由于各种原因造成大量的停产井、报费井；西部地区由于地层复杂，勘探和开发难度大，存在大量的套损井、低产井。应用小井眼开窗侧钻三维水平井钻井技术进行老井重钻，使老井复活并增加产能，市场前景广阔，经济和社会效益好，因而该技术在未来具有广阔的发展前景。以TK450C井实践为例，新疆塔河油田的奥陶系油藏，储层埋深在5000米以下，有相当一部分直井钻成后产量较低，重钻一口井钻井周期长，投资大，而以完成低产能直井油层套管下深均在油层顶部，封隔了上部压力较高的石炭系地层，鉴于以上情况，采用油层套管以下实施小井眼侧钻短半径水平井钻井技术对已钻成无产能直井进行改造，成功地钻成了TK450C井，并获得了预期的油气流，为塔河油田奥陶系油藏找到了一条高效开发之路，也为国内小井眼开窗侧钻三维水平井钻井技术的进一步发展奠定了基础。 国内经过多年的科研攻关，加强科研力度，升档升级工具，仪器和设备，成功地完成十数口不同类型的小井眼开窗侧钻三维水平井，形成了一套小井眼开窗侧钻三维水平井钻井技术的设计和施工方法。其中吐哈油田红南102C小井眼中半径水平井、塔河油田TK450C小井眼短半径水平井、大港油田板16-14K断铣侧钻三维定向井、塔西南油田K12C断铣侧钻三维水平井、江苏油田侧平苏204开窗侧钻三维水平井有一定的代表性。优化工程方案设计 小井眼开窗侧钻三维水平井技术是一项复杂的系统工程，涉及到钻井、地质、油藏工程，测井，试油，采油等多方面，钻井工程方案必须在满足以上各方面要求的基础上优化井身结构，优化井身剖面设计、优化施工方案，以获得最佳的钻井和开发效益。（一）选择侧钻方式
老井重钻的首要问题就是如何钻穿原井套管，侧钻出新井眼。目前，常用的侧钻方式有两种，即：开窗侧钻和段铣侧钻。 开窗侧钻：即利用斜向器和开窗铣锥，在设计位置将套管磨穿而形成窗口，然后再用侧钻钻具钻出新井眼。优点是：设计和施工工艺简单。缺点是：套管对测量仪器有磁干扰，需要使用陀螺仪斜仪定向，侧钻出的前20米新井眼，仍然需要陀螺测斜仪进行检测，测量成本高。江苏油田侧平苏204开窗水平井采用该方法，坐塞、开窗、侧钻一次成功。 段铣侧钻：即在设计侧钻位置将一段套管用段铣工具铣掉，然后在该井段注水泥，在用侧钻钻具定向钻出新井眼。优点是：工艺易掌握，可靠性好；避免了套管的磁干扰，可用磁性测斜仪器定向钻井，有利于准确定向。缺点是：套管段铣段长（一般大于18m），有时由于工具等出问题需多次磨铣才能完成，费时费力；段铣完成后，需打水泥塞、候凝，修水泥面，工艺复杂。大港油田板16-14K断铣侧钻三维定向井采用该方法，断铣段24m，侧钻一次成功。 侧钻方式的选择应根据地质设计要求、原井眼状况、地层特点及侧钻工具的侧钻能力等综合考虑，在地层硬、侧钻困难、固井质量较好、侧钻点上下可选择范围小、原井井下复杂、套管不宜段铣或井眼井斜较大时，一般选用开窗侧钻方式；其它情况下易选用段铣侧钻方式。（二）井眼轨迹设计
井眼轨迹的形状设计是一口开窗侧钻水平井顺利施工的基础。小井眼开窗侧钻三维水平井的设计应考虑普通水平井的特点外，还必须考虑套管开窗、定向井段高造斜率、可控井段短及井眼直径小等特点。还必须考虑有利于油层开采，实现地质设计的要求。而原井多数都存在井斜方位，且方位与新设计方位不一致。井眼轨迹因井而异，往往须进行三维设计。 小井眼开窗侧钻三维水平井的井眼轨迹一般设计为三增轨道，中间造斜段造斜率相对较低，作为调整段，以弥补第一和第三高造斜率井段实际造斜率和设计造斜率的误差。这样虽然减少了井眼轨道控制的难度，但增加了起下钻的次数，因此随着对造斜马达造斜能力的逐步掌握和钻井技术的逐步成熟，井眼轨迹设计应逐步简化，能使用一套或者两套钻具组合完成整个造斜段的施工，减少起下钻次数，并保证井眼轨道的圆滑性，降低水平段钻进的摩阻和扭矩。增斜井段造斜率的合理确定是侧钻三维水平井井眼轨迹设计与施工的关键。增斜段的造斜率应根据地质设计要求；所用造斜马达的造斜能力；测量仪器及完井管柱的通过能力确定。对造斜马达的造斜能力掌握程度的高低，将直接影响井眼轨迹设计的合理性与可行性，也影响着井眼轨迹控制的难度和水平。为此，应对侧钻三维水平井，特别是小井眼侧钻井中所使用的弯马达造斜实际效果进行了分析研究，找出了各种弯度造斜马达实际造斜率范围，为增斜段造斜率的合理确定提供依据。 实钻资料表明，单弯马达与铰接马达、双弯马达相比，其造斜能力较差，造斜率一般小于2º/m，但比较稳定，易于控制工具面，调方位能力强。增斜钻进时，只有井斜角增到足够大，约为25º左右时，单弯马达才能发挥出其较高造斜能力，且造斜率趋于稳定，不再随井斜角的增大而增大。在井斜角小于25º的井段，由于单弯马达和井下钻具受原井眼形状的约束，不能发挥出应有的造斜能力，实际造斜率较低。在一定范围内，钻头直径越小，长度越短，侧向切削能力越强，越易发挥单弯马达的增斜能力。单弯马达的造斜率主要是由马达本身的弯度和结构所决定的，但钻具组合、钻井参数、井眼尺寸、所钻地层的变化及机械钻速的快慢等都会影响其造斜率。应用情况统计表明，定向PDC和三牙轮钻头具有较强的侧向切削能力，而单牙轮钻头由于保径齿与切削齿之间有一段距离，不利于侧向切削。 由于受小井眼套管内径和窗口尺寸的限制，开窗侧钻水平井所采用的井下工具和钻具组合都必须考虑其在套管内和窗口处的通过能力。小井眼套管内径和窗口尺寸能够顺利通过的单弯马达的最大弯度理论上计算可达3.5º。 小直径铰接马达的实际造斜率相对较高，可达4º/m，但受地层等因素影响较大，造斜率不稳定。小直径双弯马达的实际造斜率相对也较高，可达5º/m以上，造斜率不稳定，摆放工具面难度大。 增斜段造斜率的合理确定，必须考虑马达类型、弯度、钻具结构、钻头直径与类型、地层情况和钻进参数等影响因素，参照造斜马达的实际造斜能力和推荐造斜率进行。（三）钻具组合的优化和钻进参数的优选
根据小井眼开窗侧钻三维水平井的井眼轨迹条件，通常选择的下部钻具组合有以下两种。（1）ø 149.2mm BIT+ ø 120mm螺杆+ ø 73mm钻杆+ ø 88.9mm钻杆。（2）ø149.2mm BIT+ ø 120mm螺杆+ ø 88.9mm钻杆。现场常用的钻具组合为：ø 149.2mmBIT+ ø 120mm螺杆+ ø 89mm无磁钻杆ø 95mm+ ø 89mm斜坡钻杆（根据水平段长度）+ ø 89mm加重钻杆*200m+ ø 89mm钻杆。 钻具组合 | ø 149.2mm BIT+ ø 120mm 3.5º单弯螺杆+ ø 120mm定向接头+88.9mm 无磁承压钻杆+88.9mm斜坡钻杆+88.9mm加重钻杆+88.9mm钻杆 |
施工参数 | 钻压：30—50kN，排量：14L/s，泵压：20MPa |
效果分析 | 理论上计算3.5º是小井眼套管内径和窗口尺寸能够顺利通过的单弯马达的最大弯度。 |
增斜井段：
钻具组合一 | ø 149.2mm HA517+ ø 120mm 3.5º单弯螺杆+ ø 120mm定向接头+88.9mm无磁承压钻杆+88.9mm斜坡钻杆+88.9mm加重钻杆+88.9mm钻杆 |
钻具组合二 | ø 149.2mm BIT+ ø 120mm 3.5º单弯螺杆+ ø 120mm定向接头+73mm无磁承压钻杆+88.9mm斜坡钻杆+88.9mm加重钻杆+88.9mm钻杆 |
施工参数 | 钻压：30—50kN，排量：14L/s，泵压：20MPa |
效果分析 | 使用定向井工程软件校核结果表明，方案（2）中ø 73mm钻杆抗压强度不足；方案（1）中在曲率半径大于45m时能够满足强度要求。 |
水平井段：
钻具组合 | ø 149.2mm HA517+ ø 120mm 0.75º单弯螺杆+ ø 120mm定向接头+88.9mm 无磁承压钻杆+88.9mm斜坡钻杆+88.9mm加重钻杆+88.9mm钻杆 |
施工参数 | 钻压：50—70kN，排量：12-13L/s，泵压：20MPa ，转速：30-35r/min |
效果分析 | 水平井段采用转盘钻进结合滑动钻进满足中靶要求，转盘钻进钻压传递效果好，机械钻速高，同时能够较好清除钻屑床；滑动钻进用来调整井眼轨迹，以确保中靶精度。 |
侧钻小井眼短半径水平井钻具组合中应使用无磁承压钻杆替代无磁钻铤、钻铤，采用倒装钻具组合，将加重钻杆接于直井段，普通钻杆置于斜井段、水平段。并使用随钻震击器。 尽可能简化钻具结构，钻柱组合结构以能顺利通过大曲率段井眼为原则，钻柱构件尽量减少过多的转换配合，减少造斜井段钻柱刚性。 钻井方式的选择视不同的井段、不同的钻具结构轨迹控制的要求采用不同的钻井方式，以保证在安全的情况下达到钻井的目的。 短半径水平井钻井，由于造斜需在很短的井段内完成，井眼曲率变化大，钻柱在造斜井段会产生较大的弯曲应力，易造成钻具的疲劳损害；特别在钻柱旋转时，弯曲井段的钻柱受交变应力作用，钻柱极易发生疲劳破坏，施工中应注意：每趟钻倒换弯曲井段的钻柱位置，避免了钻柱长时间上受交变应力作用，避免钻柱的疲劳失稳破坏；造斜段和水平段全部使用斜坡钻杆，加重钻杆放在直井段，减小钻柱磨擦，增加钻柱的抗压失稳能力。
