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1、10径向水平井钻井完井技术应用与发展前景李永和王眷杰施连海 7l 膏压求甜蠢径向东平井钻完井技术是指曲事半径为 0 3m的超短半径水平井帖竞并工艺技术，它既可 肚在新井中宴 t，又可以在老井中应用，它的技术内存主要是指在并曩的目的层内利用高压承射藏蕾量，进 过特殊的青压喷蕾向主井暇的半径方向上进行水平井最喷射延伸 -在同层面 (或不同层面 )站出散个辐射 状的水平井 ，进而达翻量大限度捋鼻产层，挺高原油采收率夏产量。本文论述了 压水射藏径向水平井钻完井技术的三个主要技术美 tt太直径扩孔技术、转向系统设计原 舅盈完井方法的诗择，并结台辽河油田怖 45一 0419井厦怖 4538303井的现场试
2、验情况舟绍了整个技 术实 t的主要工艺过程和施工关 t，对整个技术在今后油田开发生产中的适用性及所必须解决的几项主要 问置进行了筒略陈述。同时对整十技术的经济性和可行性作了评价。一、引 言随着水平井技术的不断发展和日趋完善，利用钻井手段提高原油采收率和产量，解决难 动用储量的擞法已越来越受到石油工作者的高度重视。高压水射流径向水平井钻完井技术是 常规水平井技术深人发展的产物，是水平井技术的延伸和拓宽。其显著的优点在于：曲率半 径短，油层中水平钻进不易脱离靶区，特别适用于老井改造或朴层，以及使用常规的钻水平 井方法或采用钻多底垂直井的方法开发不经薪的层状油气藏；在同一层面可钻多个水平井眼， 可直
3、接开采井景周围几十米以外的原油；原油采出程度高，产量往往是原井产量的数倍以上； 利用高压水射流钻进，地层污染少、钻速快、机械事故少；设备较简单、操作较方便。80年代以来，美国、加拿大等国利用自行研制的径向钻井系统在未圈结砂岩和灰岩地层 钻成的径向井眼已超过 looO 口。所有这些井眼均用加适量添加剂的高压水溶液钻进，井眼的 曲率半径均为 0 3m，并成功地钻成多井眼 (单层 20个 )和多层 (5层 )井。该系统所钻的径 向井应用于蒸汽驱油效果特别显著。国内在。八五 ”期问就对该项技术进行了系统攻关研究。 1997 年 8月，在豇河油田锦 45一0419井钻成了国内第一口径向水平井，径向进尺达
4、到 15 86m，采用了棵眼完井工艺。接着，1999年 6月完成了锦 4538303井的径向井施工，在该井三个不同井探处钻出了四个水平井眼，最大长度 6 75m，并且完井采用了国内自行研翻开发的水力压裂砾石充填完井工艺技术。赫450419井投产后平均日产较原来增加了 8倍，锦 4538303井平均日产达到 1“。二、径向水平井钻完井技术的三个主要技术关键高压水射流径向水平井钻井抛弃了常规水平井靠钻头旋转机械破岩的方法，采用的是高 压承射流破岩戚孔技术。这种新工艺技术避免了传统水平井钻井所遇到的钻压施加困难及钻 柱旋转带来的一系列复杂情况，太大地提高了水平井眼钻进效率。同时 O， 3m的曲率半径
5、保证 了水平井段准确地进入油气储层，极大地提高了水平段钻进成功率和经济效益。一 52 一 蕊焉丽雨薹 _一 一(一 )蕞统构成地面设备：主要有修井机、千型压裂车、钻井藏循环系统、远程控制自动送钻系统和计 算机数据采集系统组成。井下工具；主要包括套警锻铣工具、大直径扩孔工具和转向器总成。(二 )工艺谴程 (1)按要求将施工段的油层套蕾锻锍 5 8m。 (2) 大直径扩孔，将锻铣后的井眼扩至 650 660mm 。 (3)下转向嚣，水平喷射钻进。首先将转向器锚定到预定的位置内，然后通过液压或机械方式使转向器沿预定方位支起，转向器内的高压喷臂在高压的作用下经转向器 90。弯曲 (曲 率半径为 0 3
6、m)后进人地层，高压喷臂的嚷嘴一边向前运动，一边喷出高压水射流进行岩石 破碎，形成一个 4叩 0毋 110mm 径向井碾。整个钻进过程中，通过远程启动进钻系统控制高压 喷蕾前进的速度，施工参数由地面数据采集系统进行监控。(4)完井。水平井段延伸到设计位置后，一是采用电化学庸蚀技术，在径向井暇内将高 压喷蕾进行原地电化学射孔，并割断高压喷瞥，沟通整个生产层与垂直井眼的油气通道；二 是利用膏压嚷警进行砾石充填；三是高压喷臂抽出进行棵眼完井或用水力压裂砾石充填完井。(三 )主要技术关 t在整个施工过程中，关键技术有三个：大直径扩孔、转向水平钻进、完井。1。大直径扩孔技术井下太直径扩孔是在井下某一要求
7、井深处在原井眼的基础上使井径扩大的过程，要求使 井径扩大至毋 660mm ，其目的是为转向器提供工作空间。辽河油田经过几年的探索形成了三种 扩孔技术：纯机械扩孔、水力加砂扩孔、水力机械联台扩孔。这三种扩孔技术有效地满足了7h套警井转向器井下座放要求。 (1)纯机械扩孔。由于所扩直径要求达到中 660mm ，为解决扩径时扭矩大、减少井下事故发生，设计时分四扩完成井下扩孔：一扩直径毋 320咖 二扩直径中 400mm；三扩直径西 560mm；四扩直径中 660mm。(2)水力加砂扩孔。水力加砂采用高压水射流携带石英砂对工件切割的原理，其特点除使 用书规的钻井设备 (旋转系统 )外，还精配备千型压裂
8、车和混砂设备。施工周期取决于耐磨 喷 的寿命，水力加砂扩孔对于均质橙软砂层且井深不超过 1000m 的井效果好。(3)水力机械联台扩孔技术。本套工具具有以下优点：一是解决了机械扩孔工具扭矩大、 不易造台肩问题；二是解决了机械扩孔分多级扩孔问题 I三是解决水力加砂旅工费用高且有 效酸岩范圈小难题。工具的特点是 t 在机槭切削臂的前端加装喷嘴，当刀臂张开后，高压喷嘴距离井壁更近，能充分利用高压水能量冲击岩层，减少机械刀臂破岩时所耗能量，从而达到降低扭矩的目的； 本体的下端装一级喷嘴，在机械刀体破岩之前先将井眼扩大判至少 450m“ ； 整个工具的耐压能力达到 60MPa，可用一组水泥车作为循环泵组
9、。2转由水平钻进 转向器锚定并按预定方位弯曲后，整个系统要求高压喷臂能以最小的摩阻力伸出转向器，并以最小的张力抽回转向器，并保证高压喷管能顺利地钻进判预定深度并保证井眼尺寸最小达到铆 Omm以上，因此施工参数的确定及送进速度等参敷对整个施工的成功尤为重要。一 s3 t_3完井径向水平井完井技术有别于其它类受的完井，由于特殊的钻井工艺、井眼成孔条件和后期的采油方式，使其完井工艺增加了新的概念和特殊要求。 (1)茸外径向水平井常用完井方式。 直井爱完井工艺一般下入割齄或其它类型的防砂筛管进行砾石充填。 永平段完井工艺： (A)裸服完井。该方法适用于地层胶结较好，不易坍塌岩层，一般 用于稀油井，初期
10、采用较多。 (B)用高压喷管直接完井。用电化学方法沿程射孔，如需要可 在膏压喷臂里面下人柔性筛管。谈技术需有较可行和可靠的井下电化学射孔工艺。 (C)用柔 性筛管直接完井。该工艺是将柔性筛管从喷臂里面放人，然后回抽喷蕾。 (D)水平段砾石充 填完井。在射孔的喷臂或带缝柔性管的外面进行砾石充填，达到防砂、防蛹目的。(2)国内井下电化学射孔、电化学切羽方法尚处于室内研究探索阶段，目前国内研究和 应用的水平段完井方法大体可分为两种： 柔性村臂完井。柔性曲事半径 o 3m，但其下入水平井眼时需有转向器配合。 水力压袭砾石充填完井。通过高压水力将已钻水平井限进行定向压裂由于压裂过程中压裂液的流动，将其中
11、的砂子带蓟已钻井眼中，实现砾石充填的目的。奉方法可同时进行多眼或多层径向井眼填砂。三、现场应用(一 )区块选拇 据国外一些资料统计，超短半径水平井应用于蒸汽吞吐驱油效果特别显著。豇河油田有丰富的罚油资源，稠油产量占总产量的 54，锦州采油厂讳 45块是辽河油田稠油的重要产区，在该区块优选了两口井，分别为锦 450419、讳 4538303井。(二 )45 _041，井、锦 45383 井曩井基本情况夏径向井设计1肆 450419井、锦 4538303井原井情况45 04一 19井 45 38303井 晨身古董一静砂岩厦硬砂岩 石英音量 35-2“ 奠层岩性以中蛔砂岩，古砾砂岩、砂氍岩为主一电3
12、8 0“长石音量 a3 4“ 36 2，岩 音量 10 1“蕾层特点 一 结果耗计，平均孔 度 21 8耗质音量192“鲁电舅壹辩量示，量计有救孔度241 2机 8， 鼍奉 1 164耐蠢奉8t57lo一3nI，嚣魔音量44蹦重计矗 设什晨油晨发育主要受沉撰带控一，目的层油层厚度 设计层袖屠发育主蔓量构造和机狙带共同控一，目袖晨特蕾 57m 的晨犀度 1 9m，附 t油井较步囊甚 r口 z73叫 永 89衄 175 3m 衰屠：稍 39 7胁 x9 65IIlmxl95 1m套 t层序 油层；口咀 77 B叫 8 05叫 1095 57m 油晨 l蕾 l卵 8衄 x8 05衄 1180 67m
13、射孔井爱 101 仉 6 103a 5m 107m4层 束射孔 井并况 量大井辩12 直井1”2年 8月投产扣期产油 30t d日产水 2t d古 木 6“ 1993 年 12月音木上升至 90“ ，日产油靴投产 R 未授产d，日产赢 24t d，此后进 骞音水来抽 1997 年 3月医 古木关井分析认为雇讳油层出木一鲥2径向水平井设计一 45一 04一 lg井 45 38-303 井设计目的层 101m S 10t6 3m l691091盘嚷射点井耀： lol3 5 方位：180 噎射点井棒： 1089 8皿方位 At 76 5。 射特矗设计径向盎尺 10 15m - B； 255 0径向进
14、 R设计： 15 20皿完井蕾计 扩孔直井爱采用瞄砂捧蕾木早段采用替 竞井 采用木力压疆砾石充填完井工艺(三 )现蝎簟工情况1尊 450419井柽向水平井施工谈井设计施工井段 101 o_6 1016 3m，下部为求层，在旅工之前采用了 LH一 10超躯水泥堵水帑进行先期封堵底水。 (1)豫啦井深 1010 6m 1016 3m采用 7in套管锻铣工具，使用了两付刀片完成了鬣慌任务。(2)井下扩孔。扩孔井段 1011 Om 1015 2m，扩孔直径粕 60nm。井下机械扩孔分四次 完成扩孔作业，一扩扩至口 305nn 、二扩扩至烈 O俯 lm晨利，三扩时由于机械扩孔扭矩较大后采用水力加砂扩孔，
15、经 6h的水力喷砂电测井径合格 (3)径向喷射水平钻进。喷射点井探 1012 3m，径向进尺 15 86m。径向钻进时采用了一塑于型压要事，一套远程控制自动送铬系统，数据采集系统、转向系统、锚定装量等。用压 褒车向 压曩臂内泵人高压浪，高压嚷臂通过转向器时丝面张力为 2t径向喷射钻连时张力1 8t，蓝工压力一直控制在 55MPa ，捧量为 0 7m3 min，送进速度为 8 5m h， 112min 后达 翻设计进尺，此时径向进尺 15 86m。(4)完井。水平井眼段采用裸景完井，锻铣之后的扩孔段以及以下井段下骑砂缔蕾完井。 昌尊 45 38303井现蟠实赣情巩 (1)套臂锻铣。下入 7_m套臂鼹铣工具，用两付刀片完成饿铣作业，最娩井段 1084 31092 5m(2)大直径井下扩孔采用了机械分级扩孔工艺，全段扩孔较为崩年 j。扩孔井段为 1086 9 1090 3m，扩孔直径垂 660mm ，钻压 10 20kN 泵压 8 9MPa (3)径向喷射钻进。在不同的井深处喷射了四个承平井眼，量长的一个井暖 6 75m。径 向囊射麓工中高压喷管过转向器较属利，但出转向器后，无论送钻速度控制快慢，
