國內(nèi)老井側(cè)鉆技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

陳新勇，付 瀟，李東杰2，陳新海，王金帥，賈鳳磊3 ，劉 超

(1.中石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院，河北 任丘 062550； 2.中國石油華北油田分公司 工程技術(shù)研究院，河北 任丘062550；3.中海油田服務(wù)股份有限公司 鉆井事業(yè)部，天津300450)①

隨著油田老區(qū)塊開發(fā)進(jìn)入中后期，老井封井報(bào)廢的數(shù)量越來越多。為了能夠挖掘老區(qū)塊剩余油藏，提高采收率，同時(shí)又能降低投資成本，各油田都在尋求快捷有效的修井和鉆井工藝。國外從20世紀(jì)60年代開始進(jìn)行專題研究，經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的應(yīng)用和發(fā)展，在側(cè)鉆工藝技術(shù)方面已完全成熟；我國于20世紀(jì)80年代開始研究側(cè)鉆技術(shù)，形成了多項(xiàng)側(cè)鉆井技術(shù)，在各油田得以推廣應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，成為老油區(qū)節(jié)支增效、節(jié)約挖潛的重要手段和措施[1-2]。

1 國內(nèi)常規(guī)老井側(cè)鉆技術(shù)

國內(nèi)已形成的常規(guī)側(cè)鉆工藝技術(shù)主要有：拔套管裸眼側(cè)鉆工藝技術(shù)、鍛銑式套管開窗側(cè)鉆技術(shù)、斜向器開窗側(cè)鉆技術(shù)和一趟鉆開窗側(cè)鉆技術(shù)。

1.1 拔套管裸眼側(cè)鉆工藝技術(shù)

拔套管裸眼側(cè)鉆工藝技術(shù)的原理是采用一定手段將部分或者全部油層套管拔出，然后在裸眼內(nèi)尋找合適位置進(jìn)行側(cè)鉆，形成新的側(cè)鉆井眼的工藝技術(shù)。

工藝技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)：①確定拔套管長度，即先確定側(cè)鉆點(diǎn)的位置，拔套管深度要在側(cè)鉆點(diǎn)以下≥50 m；②對(duì)套管測卡點(diǎn)，確定自由套管長度，利用內(nèi)切割工具(如圖1)對(duì)自由度套管進(jìn)行切割，通過地面設(shè)備取出；③若取出的自由段套管不足以滿足側(cè)鉆需要，還需要對(duì)下部套管進(jìn)行分段套銑和外割等處理措施，直到裸眼深度足夠?yàn)橹筟3]。

圖1 內(nèi)切割工具

該側(cè)鉆工藝技術(shù)所完鉆井眼大，有利于后期的試采作業(yè)。但是老井時(shí)間越久遠(yuǎn)，套管擠死的可能性就越大，施工難度大，同時(shí)利用該工藝，側(cè)鉆施工周期較長，造價(jià)成本較高。

1.2 鍛銑式套管開窗側(cè)鉆技術(shù)

鍛銑式套管開窗側(cè)鉆技術(shù)是指利用鍛銑器對(duì)側(cè)鉆點(diǎn)上下位置的套管進(jìn)行鍛銑，完成套管開窗的一種方式。

鍛銑器的工作原理：鍛銑器下至開窗側(cè)鉆點(diǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤后開泵，在液動(dòng)力的推動(dòng)下鍛銑器內(nèi)銑刀將會(huì)打開，對(duì)套管進(jìn)行切割。當(dāng)套管被切斷后銑刀將會(huì)撐開至最大，增加鉆壓繼續(xù)對(duì)套管鍛銑。作業(yè)完畢，停泵，銑刀將會(huì)復(fù)位至銑刀槽內(nèi)[4]。如圖2。

圖2 鍛銑器

該工藝技術(shù)容易掌握，有利于井眼軌跡控制。但是開窗時(shí)間長，費(fèi)用高，且容易斷刀片卡死鉆具。

1.3 斜向器開窗側(cè)鉆技術(shù)

斜向器開窗側(cè)鉆技術(shù)是通過送入工具將導(dǎo)斜器送至套管內(nèi)預(yù)設(shè)位置，使用磨銑工具沿導(dǎo)斜器在套管上磨銑出一個(gè)窗口，然后從窗口鉆出新井眼的方法。該方法是油氣井常用的側(cè)鉆開窗的方法[5-6]，需要的工具有導(dǎo)斜器、送斜器、磨銑工具等。

功能一：當(dāng)整個(gè)安全防護(hù)系統(tǒng)啟動(dòng)，正常運(yùn)行時(shí)，有人員進(jìn)入屋內(nèi)時(shí)，家中的人體紅外傳感器紅外感應(yīng)源感應(yīng)到有人進(jìn)入，經(jīng)對(duì)具體情況進(jìn)行分析、檢測，將處理的結(jié)果整理完成后產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)，并將相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給AT89S52單片機(jī)主機(jī)模塊，主機(jī)模塊搜集到數(shù)據(jù)后，主機(jī)模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、分析，確認(rèn)為有人入侵信號(hào)，將相應(yīng)的信號(hào)通過GSM模塊以短信的形式通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到機(jī)主手機(jī)上。

導(dǎo)斜器是開窗側(cè)鉆的關(guān)鍵工具，在側(cè)鉆過程中起到造斜、導(dǎo)斜和定向的作用。導(dǎo)斜器斷面形狀有平面和弧面2種，如圖3所示。平面導(dǎo)斜器開窗負(fù)荷小、定向較弱、窗口不規(guī)則；而弧面導(dǎo)斜器開窗時(shí)負(fù)荷大、定向性強(qiáng)、窗口較規(guī)則。一般情況下定向側(cè)鉆選擇帶有弧度的導(dǎo)斜器。

圖3 導(dǎo)斜器

送斜器是將導(dǎo)斜器送到預(yù)定深度的工具，如圖4所示。連接好送入鉆具組合，將導(dǎo)斜器送至預(yù)設(shè)位置，利用鉆具重力頓斷與導(dǎo)斜器連接的銷釘，提出送斜器。如果導(dǎo)斜器和送斜器有循環(huán)通道，可以下好導(dǎo)斜器后注水泥，然后頓斷銷釘提出送斜器；如果無循環(huán)通道，只有先注水泥漿，在水泥漿初凝前把導(dǎo)斜器送到預(yù)定位置。

圖4 送斜器

常用的開窗磨銑工具主要有初始銑鞋、開窗銑鞋、銑錐、西瓜皮式銑鞋、鉆柱銑鞋等，如圖5所示。

圖5 開窗磨銑工具

1.4 一趟鉆開窗側(cè)鉆技術(shù)

斜向器開窗側(cè)鉆技術(shù)需要多次起下入，施工工序繁多，效率低，成本高。鑒于此，研制了一趟鉆開窗側(cè)鉆工具，主要有液壓式一趟鉆套管開窗工具和機(jī)械式一趟鉆開窗側(cè)鉆工具[7-8]。

液壓式一趟鉆側(cè)鉆原理：斜向器坐封采用常規(guī)憋壓坐封，銑錐與斜面通過特殊結(jié)構(gòu)整體連接，坐封后正轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)斜向器與銑錐分離，不用起下鉆更換銑錐，可直接進(jìn)行套管開修窗作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)一趟鉆開窗，如圖6所示。

圖6 液壓一趟鉆側(cè)鉆開窗工具

機(jī)械式一趟鉆側(cè)鉆原理：先將工具下放到套管開窗位置，上提工具1 m以上實(shí)現(xiàn)軌道換向，使摩擦塊換至低軌道，下放鉆具，摩擦塊帶動(dòng)錐體推動(dòng)卡瓦外伸，吃入并錨定在套管上，實(shí)現(xiàn)坐封；然后下放至一定鉆壓，剪斷復(fù)式銑錐與導(dǎo)斜體的連接銷釘，實(shí)現(xiàn)銑錐與斜向器的分離，不用起下鉆更換銑錐，加壓直接進(jìn)行套管開修窗作業(yè)，實(shí)現(xiàn)一趟鉆開窗。如圖7所示。

圖7 機(jī)械一趟鉆側(cè)鉆開窗工具

一趟鉆側(cè)鉆施工先要通過液壓或者機(jī)械方式固定側(cè)鉆工具，工具固定在指定位置后，銑錐開始旋轉(zhuǎn)，與斜面分離，并開始開窗工作；開窗完成后，取出銑錐，改換鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)。

2 非常規(guī)側(cè)鉆技術(shù)

2.1 高壓水射流徑向水平側(cè)鉆技術(shù)

高壓水射流徑向水平側(cè)鉆技術(shù)是利用帶噴頭的高壓軟管，通過高壓水射流的噴射破巖作用，在地層中形成直徑30～50 mm、長度30～80 m的通道，從而降低流動(dòng)阻力，增加泄油面積，最大限度地挖掘剩余油藏，提高采收率[9-11]。

該側(cè)鉆技術(shù)需要先用磨銑工具在套管開窗，形成一個(gè)直徑30 mm左右的孔；然后利用噴射頭及噴射管共同作用，形成徑向水平的通道。

2.2 連續(xù)油管開窗側(cè)鉆技術(shù)

連續(xù)油管開窗側(cè)鉆技術(shù)先要在開窗點(diǎn)下入并固定導(dǎo)斜器，通過磨銑工具在套管上銑出相應(yīng)窗口，然后用連續(xù)油管側(cè)鉆鉆具組合形成一個(gè)新的井眼，并完成固完井的一套鉆完井工藝技術(shù)[12-13]。

連續(xù)油管側(cè)鉆不能進(jìn)行定向，存在脫靶風(fēng)險(xiǎn)；連續(xù)油管柔韌性較強(qiáng)，不好控制鉆壓能否加在井底；老井固井質(zhì)量差，套管不居中等都會(huì)加大連續(xù)油管側(cè)鉆的難度。

3 發(fā)展趨勢

1) 拔套管側(cè)鉆技術(shù)和鍛銑式側(cè)鉆技術(shù)是國內(nèi)各大油田最早采用的側(cè)鉆技術(shù)，施工的周期長、成本高，對(duì)地層要求也較高，作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)也非常大，已經(jīng)逐漸的被淘汰。

2) 斜向器開窗側(cè)鉆技術(shù)近年來已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，該方法是目前國內(nèi)各油田使用最多的一種側(cè)鉆技術(shù)。但該技術(shù)工藝相對(duì)較復(fù)雜，需要固定和對(duì)接斜向器、開窗、修窗等工序，相對(duì)來說耗時(shí)長，效率低。為此，對(duì)斜向器開窗側(cè)鉆技術(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化與改進(jìn)，形成一體式開窗側(cè)鉆技術(shù)是發(fā)展趨勢。但一體式開窗側(cè)鉆技術(shù)還不穩(wěn)定，多次撞擊使斜向器松動(dòng)，卡座咬合力問題將會(huì)是下一步的研究重點(diǎn)。

3) 高壓水射流徑向水平側(cè)鉆技術(shù)是以提高油田采收率，增加油層聯(lián)通通道為目的，低滲油氣藏以及需要挖掘剩余油藏的老井中將有其用武之地。該技術(shù)由軟管連接且只在射流的作用下形成的側(cè)鉆段較小，因此也只能在某些特定需求井選用。

4) 隨著連續(xù)油管技術(shù)的發(fā)展，采用連續(xù)油管開窗側(cè)鉆成為了一個(gè)新的側(cè)鉆技術(shù)思路。目前連續(xù)油管的定向問題以及如何控制鉆壓，是需要攻關(guān)的技術(shù)難點(diǎn)。

4 結(jié)論

1) 隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，面臨著采收率低下、出水率高的問題，不少老井為此都已關(guān)停并封井。為了盤活老井，挖掘剩余油藏，降低成本，老井側(cè)鉆成為各個(gè)油田最快捷有效的技術(shù)手段。

2) 斜向器開窗側(cè)鉆技術(shù)是目前采用的最多的側(cè)鉆技術(shù)，但存在耗時(shí)長，效率低的問題。

3) 一體式開窗側(cè)鉆技術(shù)的不穩(wěn)定性，是影響其大范圍推廣應(yīng)用的主要原因，建議加大對(duì)其卡座咬合力問題的研究。

4) 非常規(guī)的高壓水射流徑向水平側(cè)鉆技術(shù)和連續(xù)油管開窗側(cè)鉆技術(shù)在某些特殊需求的井，將有其用武之地。