古老鉆井技術(shù)的奇葩
——徑向鉆井

激 揚(yáng)

古老鉆井技術(shù)的奇葩
——徑向鉆井

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美國Petrolphysics公司的徑向鉆井技術(shù)示意圖

什么是徑向鉆井技術(shù)

徑向水平井是指曲率半徑遠(yuǎn)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(shù)可在7英寸套管中完成從垂直轉(zhuǎn)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(fù)雜的井眼軌跡控制等工藝過程，保證水平井準(zhǔn)確地進(jìn)入目的層；同時該技術(shù)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(zhuǎn)機(jī)械破巖方法，避免了傳統(tǒng)方式的施加鉆壓和旋轉(zhuǎn)鉆桿帶來的一系列問題，提高了鉆井效率。

徑向鉆井技術(shù)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(dá)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(chǎn)量、開采速度和單井控制儲量大幅提高，從而達(dá)到了“少井高產(chǎn)”、降低噸油成本的目的，是提高低滲透油氣藏經(jīng)濟(jì)開采的重要手段。與傳統(tǒng)增產(chǎn)技術(shù)相比，徑向鉆井技術(shù)具有作業(yè)費(fèi)用低、時間短和效率高等優(yōu)勢。此外該技術(shù)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(chǎn)量徑向鉆井技術(shù)的研究，對提高我國低滲透油氣井單井產(chǎn)量、提高開采經(jīng)濟(jì)效益、降低噸油成本具有重要的意義。

美國Petrolphysics公司于20世紀(jì)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(shù)的代表。該技術(shù)完成徑向鉆井作業(yè)所需的主要設(shè)備包括地面鉆機(jī)、鋼纜卡車、壓裂車、高壓油管、套管段銑鉆頭、擴(kuò)眼鉆頭、井下錨定系統(tǒng)和斜向器、高壓射流噴頭等。

該技術(shù)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(shè)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。

（2）擴(kuò)眼。將擴(kuò)眼鉆頭與鉆桿相連，將擴(kuò)眼鉆頭下入已銑過的井段，啟動地面設(shè)備，進(jìn)行擴(kuò)眼，擴(kuò)眼井段長度等于或略小于被銑套管長度，完成擴(kuò)眼工序后，起出鉆頭；一般擴(kuò)眼要分多步進(jìn)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(kuò)眼井段，陀螺儀測量斜向器方位角，調(diào)整好方位角后，用液壓錨將斜向器固定在擴(kuò)眼井段。

（4）地層徑向鉆進(jìn)。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(dǎo)鉆頭和高壓軟管進(jìn)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(jìn)作業(yè)。

徑向鉆井技術(shù)的革新

與傳統(tǒng)徑向鉆井技術(shù)相比，新型徑向鉆井技術(shù)的主要區(qū)別在于：新技術(shù)工藝中使用了新型的導(dǎo)向器，無須再進(jìn)行套管段銑和擴(kuò)眼兩個費(fèi)時的工序，而是采用設(shè)備、工具直接在套管和水泥環(huán)上鉆孔，然后進(jìn)行水平段井眼鉆進(jìn)。由于無須套管段銑和擴(kuò)眼這兩個費(fèi)時的工序，使得新型徑向鉆井技術(shù)的作業(yè)效率得到大幅提高，作業(yè)費(fèi)用也明顯降低。

該技術(shù)的主要配套設(shè)備包括修井機(jī)、連續(xù)管作業(yè)機(jī)、井下引導(dǎo)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(shù)施工過程可分為以下三步：

（1）下入導(dǎo)向器。導(dǎo)向器與油管下端相連，通過修井機(jī)將導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)向器的導(dǎo)向器方位角，地面修井機(jī)通過旋轉(zhuǎn)油管帶動井下導(dǎo)向器調(diào)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(dǎo)器引導(dǎo)由垂直轉(zhuǎn)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(dá)，開始鉆套管。隨著套管、水泥環(huán)的鉆進(jìn)，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(diào)整導(dǎo)向器轉(zhuǎn)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(dǎo)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(dá)、柔性鉆桿和PDC鉆頭。

（3）徑向水平段鉆進(jìn)。高壓軟管一端與自進(jìn)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(jī)將高壓軟管和自進(jìn)式高速射流鉆頭下入油管中，啟動地面高壓泵，自進(jìn)式高速射流鉆頭向后噴出的高速射流與油管內(nèi)壁間產(chǎn)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(dǎo)向器引導(dǎo)鉆頭和高壓軟管通過已開孔的套管和水泥環(huán)后進(jìn)入待鉆徑向井位置。調(diào)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(shí)現(xiàn)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(jìn)后，調(diào)節(jié)導(dǎo)向孔方位角，使其對準(zhǔn)已完成的套管水泥環(huán)開孔處，下放連續(xù)管，引導(dǎo)自進(jìn)式高速射流噴射鉆頭進(jìn)入待鉆徑向井位置，啟動地面高壓泵完成該徑向井段鉆進(jìn)。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(shù)的應(yīng)用

美國Radial Drilling Service 公司的徑向鉆井示意圖

徑向鉆井在枯竭井中的應(yīng)用

徑向鉆井技術(shù)是一種油氣田增產(chǎn)技術(shù)，與傳統(tǒng)增產(chǎn)技術(shù)相比，徑向鉆井技術(shù)費(fèi)用低、時間短、效率高。目前徑向鉆井技術(shù)已被用于低滲油氣井、老油井和稠油井的增產(chǎn)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含油區(qū)、因繞流而形成的死油區(qū)、未完全枯竭區(qū)和現(xiàn)有井網(wǎng)井無法控制的含油區(qū)，這些區(qū)中所包含的大量油氣資源目前還未得到經(jīng)濟(jì)有效地開采。徑向鉆井技術(shù)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(jīng)濟(jì)的方法。

以勝利油田韋5井為例，實(shí)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(dá)到41.93米，最長單井眼長度達(dá)19.55米。韋5井實(shí)施徑向鉆井作業(yè)后，與改造前兩年的平均日產(chǎn)量相比提高約3.8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(shù)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(dá)到了3500米以上，實(shí)施徑向鉆井作業(yè)后油井產(chǎn)量效果明顯。新型高效徑向鉆井技術(shù)的研究，對提高我國低滲透油氣井單井產(chǎn)量、提高開采經(jīng)濟(jì)效益、降低噸油成本具有重要的意義。