張俊杰 張輝

中石化勝利石油工程公司鉆井院，中國·山東 東營 257017

套管內(nèi)徑向鉆孔；開發(fā)；邊際油藏；低滲透；分系統(tǒng)設(shè)計；實驗測試

1 技術(shù)背景及現(xiàn)狀

套管內(nèi)徑向鉆孔技術(shù)能避免傳統(tǒng)的射孔技術(shù)存在的對環(huán)空水泥環(huán)的損傷以及地層的污染情況，該技術(shù)為快速、經(jīng)濟開發(fā)邊際油藏和油田開發(fā)晚期剩余油藏提供了一個重要的手段，其作用在于代替完井射孔、油井強化增產(chǎn)、針對性地處置油藏、改善注水、減少水錐以及稠油油藏蒸汽擠注[1]。

隨著勘探技術(shù)的進步和勘探程度的提高，低滲透油田地質(zhì)儲量在新增探明地質(zhì)儲量中所占的比重也越來越大，低滲透油田已成為儲量接替和新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)的主要陣地。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前低滲透儲量在可動用石油儲量中占17.5%，在未動用地質(zhì)儲量中高達72.8%。國際開發(fā)低滲透油藏的實踐表明，徑向鉆孔技術(shù)是開發(fā)低滲透油藏先進適用的技術(shù)。套管內(nèi)徑向鉆孔技術(shù)具有很多優(yōu)點：

（1）增加井眼在油藏中的長度、擴大泄油面積、提高采收率、改善油流動態(tài)剖面、減緩錐進速度。

（2）提供重力泄油途徑、提高油氣層縱向動用程度；提高裂縫油氣藏裂縫鉆遇率。

（3）經(jīng)濟開采邊際油氣藏和重質(zhì)原油油藏；可重復(fù)利用上部井段、降低鉆井成本。

（4）由于地面井口或海上井槽的減少而降低了平臺的建造費用。

（5）降低油井管理和環(huán)境保護等費用。因此，大力研發(fā)高效水平分支鉆井技術(shù)，對油氣井增產(chǎn)特別是老井挖潛改造具有重要意義[2]。

目前全國各油田有大量的老油井亟待改造，采用傳統(tǒng)的方法費時而且成本很高，如何盡可能地降低作業(yè)成本改造老油井也是一個重要課題。套管內(nèi)徑向鉆孔技術(shù)可以很好地解決這個問題，同時，它還可用于重油開發(fā)。中國已有相關(guān)技術(shù)的研究與探索，有關(guān)單位也進行了徑向水平鉆孔工藝的現(xiàn)場試驗，取得了一些較好的效果，但都是限于第一代的“噴管式”徑向水平鉆孔工具，工藝技術(shù)不先進，還有待改善。

通過科研攻關(guān)，研制成功了適用于Φ139.7mm 套管的套管內(nèi)徑向鉆孔系統(tǒng)，并對其進行了系列實驗測試。

2 技術(shù)方案研究及分系統(tǒng)設(shè)計

套管內(nèi)徑向鉆孔工具系統(tǒng)主要包括定位轉(zhuǎn)向器工具組合、鉆孔開窗工具組合、水力噴射工具組合等。

圖1 定位轉(zhuǎn)向器工具組合

轉(zhuǎn)向器由對稱的兩部分通過螺栓連接在一起，每一部分上面的軌道斷面都是一個半圓，合起來之后為圓形。其主要功能是在工具組合被錨定到套管預(yù)定位置后，作為套管鉆孔軟軸和噴射軟管的通道，使之通過后轉(zhuǎn)向90°。

圖2 磨銑開窗工具組合

軟軸由多節(jié)十字節(jié)萬向軸串聯(lián)組成，萬向軸在導(dǎo)向器軌道內(nèi)必須轉(zhuǎn)動靈活，而且能承受套管開窗鉆孔的高扭矩，作用是幫助開窗鉆頭在轉(zhuǎn)向器軌道內(nèi)以很小的曲率半徑由豎直方向轉(zhuǎn)到水平方向，同時將螺桿馬達輸出的扭矩傳遞給磨銑鉆頭，由磨銑鉆頭完成在套管上鉆孔。

圖3 水力噴射工具組合組合

地層水力噴射工具系統(tǒng)由高壓軟管和射流噴頭及接頭組成。多孔射流噴頭要求能噴射破巖鉆進，還能通過向后射流實現(xiàn)自進。高壓軟管在承受高壓下通過轉(zhuǎn)向器，向噴頭輸送高壓液體。

3 實驗測試

3.1 磨銑實驗

3.1.1 139.7mm 套管室內(nèi)磨銑試驗

使用鉆頭及工具進行了139.7mm 套管（套管鋼級P110，壁厚9.17mm）室內(nèi)磨銑試驗。泵壓10MPa，流量3.7m3/h，套管磨銑開孔時間20min。

圖4 套管磨銑試驗

所鉆孔中最快用時10min。鉆孔情況不穩(wěn)定，鉆頭有蹩停的現(xiàn)象。

圖5 使用改進后的鉆頭套管磨銑試驗

3.1.2 鉆孔試驗

使用高速鋼鉆頭進行了鉆孔，用時25min，孔鉆成。鉆頭也有蹩停的現(xiàn)象。

圖6 高速鋼鉆頭磨銑試驗

3.1.3 優(yōu)化設(shè)計后的磨銑套管試驗

優(yōu)化設(shè)計后，又進行了139.7mm 套管（套管鋼級P110，壁厚9.17mm）室內(nèi)磨銑試驗，磨銑速度明顯提高，最快5min 能磨穿P110 套管，鉆頭無憋停現(xiàn)象。

圖7 優(yōu)化設(shè)計后的磨銑套管試驗

3.1.4 優(yōu)化設(shè)計后139.7mm 套管固水泥室內(nèi)磨銑試驗

優(yōu)化設(shè)計后，使用鉆頭對139.7mm 套管（套管鋼級P110，壁厚9.17mm）固水泥進行了室內(nèi)磨銑試驗，最快5min 磨穿套管并鉆穿水泥，沒有鉆頭蹩停的現(xiàn)象。

圖8 優(yōu)化設(shè)計后139.7mmP110 套管固水泥室內(nèi)磨銑試驗

3.2 噴射鉆進試驗

3.2.1 噴射自進試驗

在壓力50MPa，排量45L/min，內(nèi)徑28mm 鍍鋅管條件下，在噴射鉆頭的牽引下，高壓軟管能以1m/min 的速度前進。

圖9 室內(nèi)自進試驗

在35Mpa 壓力，50L/min 排量下，使用80m 高壓軟管，在12m 長2 7/8”油管中，用時1min 通過；第二次在54m 長，內(nèi)徑28mm 鍍鋅管中，最快用時3min 通過。試驗證明，在噴射鉆頭的牽引下，高壓軟管完全可以實現(xiàn)自進。

圖10 室外自進試驗

3.2.2 破巖試驗

采用建筑用發(fā)泡磚（厚度30cm）進行了噴射試驗，噴射壓力達到55MPa，排量20L/min，噴射鉆進時間10min 左右。試驗時高壓軟管經(jīng)過轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向90 度，噴射鉆頭能自進。

圖11 55Mpa 噴射破巖試驗

使用噴射壓力35MPa，排量50L/min，最快1 次2min噴穿30cm 厚空心磚。

圖12 35Mpa 噴射破巖試驗

3.3 地層噴射試驗

采用建筑用發(fā)泡磚（厚度30cm）進行了噴射試驗，噴射壓力達到51MPa，排量47L/min，噴射鉆進時間10min 左右。試驗時高壓軟管經(jīng)過轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向90 度，噴射鉆頭能自進。

圖13 地層噴射試驗

4 結(jié)語

通過一系列實驗測試發(fā)現(xiàn)，與國內(nèi)主要套管內(nèi)徑向鉆孔工具技術(shù)指標比較，研制的磨銑鉆頭磨銑套管速度快，效果可靠，磨銑穿套管有可靠顯示，優(yōu)于同行業(yè)平均水平，噴射效果良好，研究成果整體達到較高水平。