《高压水射流径向钻井工艺技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压水射流径向钻井工艺技术（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高压水射流径向钻井工艺技术 新疆克拉玛依, 径向钻孔技术概述 早期径向钻井技术 新型径向钻井技术 地面设备及井口配置 井下工具结构原理 地面与井筒试验 现场应用情况 技术应用前景展望,汇报内容,径向钻井技术概述, 技术背景,绝大多数油气井周围存在不同程度的近井污染带。现有的炮弹射孔，射开储层深度(射孔半径)只能达到0.61.2m，可打开油气层，但不能有效穿越近井污染带。 为提高射孔半径，出现了水力喷砂射孔、水力喷砂割缝、复合聚能弹射孔及水力深穿透射孔等技术，但它们共同的缺点仍是孔深偏低。为提高水力喷射径向孔眼有效穿越长度并增加储层裸露面积，提高采收率、增加油气产量，上世纪七十年代末，Petro
2、lphysics Inc.创始人Wade Dickinson提出了径向钻井技术概念。,在Bechtel National Inc.投资支持下，Wade Dickinson等人所在的Petrolphysics研制出利用高压水射流钻头通过特制井下转向器进行径向水平钻进的钻井系统，可在不同层位中打出多个辐射状径向井眼。1984年研究出第一代径向水平钻井技术，1986年研究出第二代径向水平钻井技术(也称为超短半径水平钻井技术即URRS)。,径向钻井技术概述, 技术背景,Bechtel National Inc.是Bechtel Group(柏克德工程公司)专业从事政府服务的子公司。柏克德公司创建于18
3、98年，是一家具有百年历史的家族企业，也是一家综合性工程公司。该公司为各个行业的客户提供技术、管理以及开发、融资、设计、建造和运行安装等服务。公司总部位于旧金山，全球有40个分部和办事处，员工超过4万人。2005年公司营业收入为181亿美元。经过四代经营者的努力，如今的柏克德公司已经发展成为美国工程建设领域名列榜首、全球工程总承包位居前列的公司。已经在七大洲140多个国家和地区承建了两万多个项目，其中堪称二十世纪工程奇迹的美国胡佛水坝、英吉利海峡海底隧道以及三哩岛核泄露事故的清理。在中国的代表性工程有中海壳牌南海石化、浙江秦山核电站、福建湄洲湾火电站、柏克德天津摩托罗拉项目、机场等工程项目。柏
4、克德还与中国电信集团建立了合作关系，以更好地服务中国大陆项目建设。,径向钻井技术概述, 技术背景,至1992年，PetrolPhysics Inc.利用该系统在北美的未固结砂岩和石灰岩地层钻成的径向井已超过1000口，并且能够在同一口井的同一深度向四周钻出24个辐射状水平井眼，同一口井中最多钻了5层径向井，水平段长度3060m，多数井进行了水平段测斜。完井使用了裸眼、柔性缝隙衬管、砾石充填等技术。该技术已在全球超过500口油气井得到了应用，结果表明平均产量提高在24倍，其中387口井的产量提高了365%。,径向钻井技术概述, 技术背景,修井机,套管, 技术原理,径向钻井技术是一种油气井增产措施
5、，其原理是先用小钻头在油层套管上旋转开孔，或用磨料射流水力喷孔，然后使用带喷嘴的高压软管，借助高压水射流破岩作用在储层不同方向上喷出多个径向孔眼，直径2550mm、最大长度200m，从而增加原井泄流半径，实现增加原油产量的目的。 径向钻井技术旨在克服上述技术各种缺点，在油气层实施高压水力喷孔技术，增大射孔深度和油气井采油半径，改善油藏生产条件，从而增加油气井采收率和单井产量。,径向钻井技术概述, 技术优势, 采油方面：增大原井眼的泄流半径和面积，降低油流阻力；深层解堵；提高调剖堵水的效果；控制水锥和气锥。 注水方面：实现定向注水，降低注水压力，提高注水效果。 工艺措施方面：控制方向，代替侧钻、
6、分支井和水平井的部分功能，施工周期短、费用低、污染小。 增产措施方面：深层酸化，降低压裂施工泵压。,水射流钻进与射孔炮眼对比示意图,径向钻井技术概述, 工艺目的, 在生产层中创造一个更大的供油区，增大采油面积 改善地层渗透性，提高孔渗参数， 改善地下井网布局，抑制了底水锥进速度 有效解除近井地带损害；提高地层导流能力,径向钻井技术概述, 在直井中多分支喷射，代替分支水平井、定向侧钻的部分功能 穿透井眼的污染区域，可代替传统的射孔、补孔 可以进行深层酸化、压裂 实现定向注水、降低注水压力 降低挤堵压力、提高调剖堵水效果, 作业范围,径向钻井技术概述, 施工周期短、费用低 喷射排量30L/min，
7、平均速度35m/min，一个眼需11.5小时，连续管起下钻速度快，仅用23天就可完成4个孔眼径向钻进，整个施工作业可在68天内可完成，周期相当于开窗侧钻的1/3。 用液量少，对储层、套管无伤害 用液量少，一层需510m3。 不需要泥浆， 喷注的液体可以根据地层情况选择，不会对地层产生大的伤害 孔径27mm，孔密4孔/m;在套管上钻孔比射孔对套管损害小，强度没多大影响。, 技术特点,径向钻井技术概述, 地层岩性与产层要求,径向钻井技术概述, 适用井况, 井深不大于3000m 仅适用于单层套管 适用套管尺寸：59-5/8 井斜不大于15 建议适用的井型稠油井，降低注汽压力、增加注汽量被污染需解除堵
8、塞的油、气井探井、试油井，扩大勘探面积边远井，没有注水系统、井网不健全、井距较长注水井，增加注水量、降低注水压力、实现定向注水,径向钻井技术概述, 技术原理,右图所示为Petrolphysics公司研制的径向钻井系统，是早期径向钻井技术的代表。该技术完成径向钻井作业所需的主要设备包括：地面钻机、钢缆卡车、压裂车、高压油管、套管锻铣钻头、扩眼钻头、井下锚定系统和斜向器、高压射流喷头等。,早期径向钻井技术, 技术原理,该技术完成径向钻井作业可分为以下4 步： 1) 套管锻铣 通过钻杆将套管段铣钻头下入待钻深度，启动地面设备将套管铣出一段满足下入斜向器要求的长度，起出套管锻铣钻头。 2) 扩眼 将扩
9、眼钻头与钻杆相连，将扩眼钻头下入已铣过的井段，启动地面设备，进行扩眼，扩眼井段长度等于或略小于被铣套管长度，完成扩眼工序后，起出钻头；一般扩眼要分多步进行，最终使井眼直径大于600mm。 3) 下斜向器 通过油管将锚和斜向器下入扩眼井段，陀螺仪测量斜向器方位角，调整好方位角后，液压锚将斜向器固定在扩眼井段； 4) 地层径向钻进 射流钻头与高压软管一端相连，高压软管的另一端与高压油管相连，通过高压油管将高压软管连同射流破岩钻头一起下入井中，斜向器引导钻头和高压软管进入待钻储层，启动地面压裂泵；高速射流的对岩石的侵蚀完成径向水平段井眼的钻进作业。,早期径向钻井技术, 技术原理,80年代初期，Pet
10、rolphsics研制出一种用于钻超短半径径向水平井的转向器型转向器。这种转向器提供了一种简单的90的弯曲滑道，它由下部的水力液压缸驱动，液压缸的水力进出口与上部的高压腔室相连，具有结构简单，钻杆通过阻力较小的优点，但对前期扩孔尺寸要求很高，要求扩孔直径达不小于1220mm，因此，加大了施工难度。此外，该转向器的径向定位是一次性的，每次径向定位都要起出并调整方能重新下入井内。 为了减少扩孔难度，免去钻成每个径向井眼后起出转向器的工序， Petrolphsics在型转向器基础上，又研制出型转向器。,早期径向钻井技术, 技术原理,型转向器是将型转向器的90单向弯道改为双曲线形转向机构。由于型转向器
11、前后双向延伸，因此，能使井下扩孔段的直径减少1/2，由1220mm降至610mm。型转向器是一种机械式转向器，其特点是在执行机构与转向机构之间装有锚定器。锚定器作为一个支点，便于转向器转向和回收；提升侧板与上接高压油管柱相联接，转向机构(包括入口段、转向段、矫直段) 与锚定器相联接。当上提(下放) 油管柱一段距离，提升侧板就带动转向机构弯曲(收直)；在矫直段上有一个提升销将转向机构与执行机构相联接。,早期径向钻井技术, 技术原理,与型转向器相比，型转向器具有扩孔段直径小；支撑强度大；井口操作直观，由井口可直接判断井下转向器转向、回收是否成功；可以重复使用。钻完一个径向井眼后，不用起出转向器，只
12、需转动一定角度，重新测向定位后即可再钻进。 型转向器自问世以来，得到普遍使用。上世纪90年代初，我国开始研制这种类型的转向器，在一些关键技术上获得突破，基本上能满足工艺需要。,早期径向钻井技术, 国内技术试验情况,我国在“九五”期间对该项技术进行了系统研究，于1997年在辽河油田钻成了国内第一口高压水射流径向水平井锦45-04-19井，径向进尺达到15.86m，平均机械钻速9.55m/h，最大钻速达12m/h，裸眼完井。1999年又钻成了锦38-303径向井，该井在两个不同方位、不同井深处钻出了四个水平井眼，最大长度6.75m，采用了水力压裂砾石充填完井技术。2002年所钻的锦45-检1井是在
13、辽河油田完成的第3口高压水射流超短半径水平井，该井在井深1006m处，分别钻出长19.4m、10.9m的双分支径向水平井眼。通过这3口井试验，对工艺流程、各种专用工具、设备进行了全面检验，在自动送钻速度控制、数据采集、转向器坐放回收、旋转射流喷嘴、高压喷射管焊接等方面取得了技术上的突破；在大直径扩孔技术、垂直转向技术等关键技术上取得了重要进展， 积累了大量的实践经验。国内其他油田，如江苏油田、吉林油田也开展了径向水平井的研究与应用。,早期径向钻井技术, 技术性能评价,国内径向钻井工艺技术虽然在现场试验中取得成功，但始终未完全推广开来，主要是该技术工艺特点决定了其施工周期长、人工成本高，部分工具
14、和设备也存在一些问题与不足，导致技术效果未达到项目攻关的目的，技术缺陷主要表现在以下几方面： 1) 大直径扩孔 大直径扩孔是径向钻井最关键的技术，将原井眼井径扩大至650660mm，其目的是为转向器提供转向空间。由于扩孔直径大导致扩孔过程中工具扭矩大(扩孔直径是扩孔工具本体的56倍)，而且受到井下空间限制，增加了扩孔的难度。扩孔工具现场试验情况表明：刮刀式扩孔器扩孔扭矩偏大，易造成井下事故，当井径超过450mm以后，情况尤为严重；水力扩孔工具由于在淹没射流条件下喷射，有效喷射距离受到影响，很难达到要求的井径；水力-机械联合扩孔器操作较复杂，制造工艺要求高，抗冲蚀性尚须改进。,早期径向钻井技术,
15、 技术性能评价,2) 水平段距离短， 转向器系统须进一步完善 转向器系统是径向水平井钻井核心工具。经过中国石油大学与江汉机械所攻关研究，攻克了一系列主要技术难关，基本形成了液压式和机械式两种各有特长的转向器系统。在不光滑高压喷射管动密封、旋转射流喷嘴、转向器井下固定安装等方面取得了成功。但存在的主要问题是转向器抗冲蚀性不强，喷射管前进阻力上升快，水平喷射距离短等， 这在某种程度上限制了该项技术的推广应用。 3) 完井技术难度较大， 不能满足各类油层的开采要求 对径向水平井的完井，国外较多采用的电化学射孔、柔性缝隙衬管完井方法，这些方法基本能满足各类油藏的开采要求，但技术含量较高，国内尚处于实验
16、室研究阶段。目前，国内采用的径向水平井的完井方法有两种: 裸眼完井和水力压裂砾石充填完井。其中水力压裂砾石充填完井技术是根据辽河油田的油层特点而研究开发的，它通过压裂的方式，将填充砂带到已钻水平井眼内，一方面防止水平井眼坍塌以保证渗透率，另一方面又起到防砂作用。该技术在辽河油田第二口径向水平井施工中得到成功应用。其优点是可同时进行多眼或多层径向井眼填砂，但费用高。,早期径向钻井技术,径向水平井的完井作业均需借助转向系统配合完成，使完井作业变得复杂和繁琐，并且不同的油藏要求采用不同的完井方法，这更增加了完井的难度。因此， 应针对各油田的油藏类型有选择的研究完井方法， 这样才能更快、更有效地发挥径向水平井的整体技术优势。 4) 进一步简化配套工具设备，降低成本 配套工具设备应实现小型化、模块化，要简单、可靠、实用，才能大幅度降低施工成本，提高整套工艺技术的经济和社会效益。, 技术性能评价,
