開窗鉆頭復位保護技術在徑向井施工中的應用

胡可能

（長城鉆探工程技術研究院，遼寧 盤錦 421000）

徑向水平井技術是一項新興的增產工藝措施，2005年由美國最早研發成功。該技術是在油氣井的油層段套管內直接鉆出垂直于套管的小直徑水平井的技術，可在不同層位鉆多層徑向水平孔眼，為油氣井提供多條油氣通道，增加油藏中井眼的長度、擴大泄油面積、提高采收率、改善油流動態剖面、提供重力泄油途徑、提高油氣層縱向動用程度。在稠油層該技術甚至可以代替傳統的射孔，獲得較深的油氣流通道，同時避免了對地層的傷害和對套管和水泥環的破壞。由于施工周期短，成本低，在低滲油藏、老油區剩余油挖潛、煤層氣、頁巖氣開采中增產效果顯著，具有廣闊的市場前景。鑒于國內在水平徑向井這一塊研究工作沒有取得突破性進展，與此同時國內大部分老油區已進入開發中后期，新投入開發的低滲油氣藏采收率低，都亟需一項行之有效的增產措施，以提高采收率。

開窗是徑向井施工的一個關鍵環節，該環節是利用高壓水力驅動開窗工具，在短時間內開窗鉆頭磨削套管實現開窗，從而為后續的地層鉆進提供保障[1]。一口井有多個徑向施工孔眼，一個孔眼開窗完畢后，不需要把工具起出地面，在井筒內對其換向，接著進行地層鉆進，該孔眼施工完畢后，隨即調整鉆頭位置進行下一個孔眼的開窗。因此開窗鉆頭的完好程度決定該孔眼是否能正常開窗，對徑向井施工周期有著至關重要的影響。

1 作業原理

徑向井施工現場，地面高壓泵打壓的高壓流體驅動開窗鉆頭切削套管實現開窗。開窗完畢后，由于液位差的客觀存在，油管柱內的靜液柱壓力高于油套環空內的靜液柱壓力，即在開窗鉆頭兩側形成了壓差，雖然工具上有復位彈簧，但是由于壓差形成的作用力遠大于復位彈簧的作用力，導致開窗鉆頭在徑向方向一直處于伸出狀態，未能復位。而開窗完畢后，隨之要進行換向，開窗鉆頭需要在軸向方向上移動，形成固定長度的換向位移。但由于開窗鉆頭未能復位，徑向方向處于伸出狀態，換向時，鉆頭被套管壁磕碰，導致鉆頭出現偏斜或折斷[2]，下一個孔的開窗難以進行，從而不得不起管更換鉆頭，再將工具下放入井。如此一來，增加了作業人員的勞動強度，延長了施工時間，增加了作業成本。

開窗鉆頭復位保護技術可以通過地面高壓泵改變打壓渠道，在一個孔眼開窗完畢后，改變施工工藝，通過油套環空反打使得壓差消失，促使鉆頭復位[3]，從而實現對鉆頭的保護，在換向過程中，避免鉆頭受損，減少不必要的起下管次數，防止井下復雜情況的發生，為徑向井的順利施工發揮了積極作用[4]。

開窗鉆頭復位保護技術是技術人員和現場作業人員智慧的結晶，通過現場的摸索，僅僅通過施工工藝的改變，即可解決以往的難題，實現對開窗鉆頭的保護，減少了起下管柱的次數，降低了施工人員的作業強度，縮短了作業時間，提高了施工效率，降低了作業成本。該技術的應用對徑向井的發展具有極大的促進作用。

2 應用實例

2019年3月，機械所徑向井項目組來到位于大洼區東風鎮的駕602 井施工，該井是屬于遼河油田公司勘探事業部的一口探井。該井前期施工順利，在鉆井完畢后，正常的進行射孔和壓裂，出油效果并不理想；后甲方采納了設計人員的建議，對該井進行徑向井作業，受甲方委托，我們項目組擬對3號層（施工井段：2 785.5-2 812.7 m，共1 層/17.2 m）實施徑向鉆孔，本次計劃施工9 孔。

3月6日，在入井前地面檢查、試驗順利后，工具和油管連接后順次入井，對施工設計1 號孔進行施工，該孔開窗后換向進行地層鉆進順利。該孔施工后，進行2 號孔開窗時，開窗泵壓顯示異常。在起出工具后，發現開窗鉆頭已經嚴重偏斜，項目組分析后認為在1 號孔換向過程中，鉆頭未復位，從而與套管發生磕碰，致使鉆頭受損。于是起管更換鉆頭，在地面試驗正常后重新下入工具。對2 號孔開窗完畢后，項目經理決定，從油套環空打入高壓流體，持續2 min，確保開窗鉆頭復位后，再進行換向及后續地層鉆進，隨之在第3 孔開窗時，泵壓顯示開窗順利。這表明在第2 孔開窗完畢后，換向之前進行反向打壓，促使了開窗鉆頭正常復位，有效地保護了鉆頭。該井后續的7 個孔都用此方法對套管開窗鉆頭進行復位保護，施工效果良好。該井的實際施工周期比預計的施工周期提前了14 天。

3 應用效果分析

通過實施徑向井開窗鉆頭復位保護技術，解決了以往開窗鉆頭在壓差作用下一直處于伸出狀態，換向過程中鉆頭與套管磕碰導致折斷或偏斜的難題，縮短了施工周期。該操作法實施后，實現了對開窗鉆頭的保護，開窗成功率大為提高，一次下入開窗工具，可連續在井下實現多個孔的開窗，省去了多次起下管柱的時間，施工效率在原來的基礎上提高了60%。以井深3 000 m 的井為例，單井設計9 個孔眼，以往施工需要起下管柱5 次，每次起下管柱耽誤施工時間為3 天，一口井下來，僅起下管柱更換鉆頭就需要耽誤15 天。自該操作法實施后，下入一次管柱即可完成所有孔的開窗，極大的縮短了施工周期。

4 結束語

（1）該操作法相比以往的徑向井施工工藝具有操作簡單的優點，能夠縮短施工周期，降低作業成本。

（2）徑向井技術可能夠增大儲層泄油面積，且施工周期短、成本低，是一種有效的解堵增產手段[5]。

（3）在施工中，改變打壓渠道，從油套環空打入高壓射流，是消除壓差的關鍵[6]。

（4）施工前，對入井工具的地面檢查和試驗很有必要。如果在地面入井前試驗，有任何偏離常規之處，該工具不能入井。