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
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。
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。
3.1.1 139.7mm 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
3.2.1 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
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
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。