古老鉆井技術的奇葩——徑向鉆井

古老鉆井技術的奇葩一一徑向鉆井激揚什么是徑向鉆井技術徑向水平井是指曲率半徑遠比常規(guī)的短曲率半徑水平井更短的一種水 平井，也稱之為超短半徑徑向水平井。新型徑向鉆井技術可在7英寸套管中完成 從垂直轉向水平，避免用常規(guī)的大曲率半徑、中曲率半徑和短曲率半徑方法鉆水 平井所需要的頻繁造斜、定向和復雜的井眼軌跡控制等工藝過程， 保證水平井準 確地進入目的層；同時該技術在鉆水平井眼時采用高速射流侵蝕儲層的破巖方式 取代傳統(tǒng)的旋轉機械破巖方法，避免了傳統(tǒng)方式的施加鉆壓和旋轉鉆桿帶來的一 系列問題，提高了鉆井效率。徑向鉆井技術可在一個儲層平面鉆出多個徑向水平井眼，這些水平井段 長度可達100米，井眼直徑超過50毫米，大幅增加了油井泄油面積，使油氣井 產量、開采速度和單井控制儲量大幅提高， 從而達到了“少井高產”、降低噸油 成本的目的，是提高低滲透油氣藏經濟開采的重要手段。與傳統(tǒng)增產技術相比， 徑向鉆井技術具有作業(yè)費用低、時間短和效率高等優(yōu)勢。此外該技術還可用于老 油井、邊際油藏、薄油層和煤層氣的開采。開展提高低滲透油田單井產量徑向鉆 井技術的研究，對提咼我國低滲透油氣井單井產量、 提咼開米經濟效益、降低噸 油成本具有重要的意義。美國Petrolphysics公司于20世紀70-80年代研制的徑向水平鉆井系統(tǒng)是早期徑向鉆井技術的代表。該技術完成徑向鉆井作業(yè)所需的主要設備包括地 面鉆機、鋼纜卡車、壓裂車、高壓油管、套管段銑鉆頭、擴眼鉆頭、井下錨定系統(tǒng)和斜向器、高壓射流噴頭等。該技術完成徑向鉆井作業(yè)可分為以下四步：(1) 套管段銑。通過鉆桿將套管段銑鉆頭下入待鉆深度， 啟動地面設備將 套管銑出一段滿足下入斜向器要求的長度，起出套管段銑鉆頭。擴眼。將擴眼鉆頭與鉆桿相連，將擴眼鉆頭下入已銑過的井段，啟動 地面設備，進行擴眼，擴眼井段長度等于或略小于被銑套管長度， 完成擴眼工序 后，起出鉆頭；一般擴眼要分多步進行，最終使井眼直徑大于600毫米。(3) 下斜向器。通過油管將錨和斜向器下入擴眼井段， 陀螺儀測量斜向器 方位角，調整好方位角后，用液壓錨將斜向器固定在擴眼井段。(4) 地層徑向鉆進。射流鉆頭與高壓軟管一端相連，高壓軟管的另一端與 高壓油管相連，通過高壓油管將高壓軟管連同射流破巖鉆頭一起下入井中， 斜向 器引導鉆頭和高壓軟管進入待鉆儲層，啟動地面壓裂泵；高速射流的對巖石的侵 蝕完成徑向水平段井眼的鉆進作業(yè)。徑向鉆井技術的革新與傳統(tǒng)徑向鉆井技術相比，新型徑向鉆井技術的主要區(qū)別在于：新技術 工藝中使用了新型的導向器，無須再進行套管段銑和擴眼兩個費時的工序， 而是 采用設備、工具直接在套管和水泥環(huán)上鉆孔，然后進行水平段井眼鉆進。由于無 須套管段銑和擴眼這兩個費時的工序，使得新型徑向鉆井技術的作業(yè)效率得到大 幅提高，作業(yè)費用也明顯降低。該技術的主要配套設備包括修井機、連續(xù)管作業(yè)機、井下引導器、套管 和水泥環(huán)鉆具、水平段鉆具、地面高壓泵。徑向鉆井技術施工過程可分為以下三步:(1) 下入導向器。導向器與油管下端相連，通過修井機將導向器下入井中 徑向鉆井作業(yè)井段。整個徑向鉆井作業(yè)過程中，井下導向器通過油管懸掛在套管 中。通過羅盤或其它儀器確定井下導向器的導向器方位角，地面修井機通過旋轉 油管帶動井下導向器調整方位角。(2) 鉆套管、水泥環(huán)。套管水泥環(huán)鉆具與連續(xù)管相連，從油管中下入。下到計劃深度后，鉆頭和軟性鉆桿由井下引導器引導由垂直轉向水平，鉆頭接觸套管待開孔位置。啟動地面高壓泵，連續(xù)管將高壓鉆井液輸送至井下螺桿馬達， 開 始鉆套管。隨著套管、水泥環(huán)的鉆進，地面控制系統(tǒng)下放連續(xù)管，完成套管和水 泥環(huán)的開孔工序。完成該方位角套管、水泥環(huán)開孔后，調整導向器轉向另一方位 角，啟動地面高壓泵完成該方位角位置的套管、水泥環(huán)開孔。按此工藝步驟，完 成在導向器下入深度平面上所有套管、水泥環(huán)的開孔作業(yè)，然后通過連續(xù)管從油 管中起出螺桿馬達、柔性鉆桿和 PDC鉆頭。(3) 徑向水平段鉆進。高壓軟管一端與自進式高速射流鉆頭相連， 另一端 與連續(xù)管相連。通過連續(xù)管作業(yè)機將高壓軟管和自進式高速射流鉆頭下入油管中，啟動地面高壓泵，自進式高速射流鉆頭向后噴出的高速射流與油管內壁間產 生的作用力為鉆頭和高壓軟管的順利下入提供了牽引力。導向器引導鉆頭和高壓 軟管通過已開孔的套管和水泥環(huán)后進入待鉆徑向井位置。調節(jié)地面高壓泵的壓力和流量，高速射流噴射鉆頭通過噴出高速射流的侵蝕作用實現對地層破巖、鉆孔，最終完成徑向井段的鉆井作業(yè)。完成該方位徑向段鉆進后，調節(jié)導向孔方位角， 使其對準已完成的套管水泥環(huán)開孔處， 下放連續(xù)管，引導自進式高速射流噴射鉆 頭進入待鉆徑向井位置，啟動地面高壓泵完成該徑向井段鉆進。按此工藝步驟， 完成剩余所有徑向井段的鉆井作業(yè) 徑向鉆井技術的應用徑向鉆井技術是一種油氣田增產技術，與傳統(tǒng)增產技術相比，徑向鉆井 技術費用低、時間短、效率高。目前徑向鉆井技術已被用于低滲油氣井、老油井 和稠油井的增產改造，可大幅提高油井的采收率和開采速度，控制較大的儲量。 若直井瀉油半徑為36米、油層厚度為2米，那么該直井可控制儲量為8139立 方米。采用90米長的4分支徑向井，每個徑向分支井的可控制儲量為10188立方米，四分支徑向井控總儲量 40752立方米，約為直井控制儲量的 5倍。目前我國東部老油田平均采收率約為35%，儲層中還剩余大量油氣資源。老油田中包括很多新增的合油區(qū)、 因繞流而形成的死油區(qū)、未完全枯竭區(qū)和 現有井網井無法控制的合油區(qū)，這些區(qū)中所包含的大量油氣資源目前還未得到經 濟有效地開采。徑向鉆井技術可從主井眼中鉆出直徑超過 50毫米、長度超過100 米的徑向井段，將為這些油氣的開采提供一種更經濟的方法。以勝利油田韋5井為例，實施徑向鉆井作業(yè)共耗時11天13小時，完成 了三個方向分支井的鉆井作業(yè)，總長度達到 41.93米，最長單井眼長度達1955 米。韋5井實施徑向鉆井作業(yè)后，與改造前兩年的平均日產量相比提高約 38倍, 且前4個月含水率逐漸降低，分別為 29%、21%、18%和16%。目前新型徑向鉆井技術可在一個儲層平面最多可鉆出16個徑向井眼，井眼直徑大于50毫米，井眼長度超過90米，最大作業(yè)深度也達到了 3500米 以上，實施徑向鉆井作業(yè)后油井產量效果明顯。新型高效徑向鉆井技術的研究， 對提高我國低滲透油氣井單井產量、提高開采經濟效益、降低噸油成本具有重要 的意義