短半径水平井技术

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1、Document number: NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT短半径水平井技术短半径水平井是在中长半径水平井技术基础上发展起来的一项钻井新技术，该技 术能成倍的提高油井产量和提高采收率，改善井网布置，合理有效的开发各类油 藏，不但可以节约钻井及油田开发综合成本，尤其是对难以开发的薄油气层，极 大地提高了采收率和经济效益。一、短半径水平井的特点短半径水平井的定义一般是指造斜井段的造斜率大于 1/m 的水 平井，即曲率半径小于，又称大曲率水平井。短半径水平井具有井眼小、造斜率高、曲率半径和靶前位移短等特点。短半径水平井的主要特点和优缺点见表 1。表 1 短半径水平井的

2、特点工艺特点优点缺点造斜率1 /m1、井眼曲线段最短1、非常规的井下工 具曲率半径V2、中靶准确度高2、穿透油气层段段井眼尺寸：3、从一口直井可以 钻多口水平分支井3、井眼尺寸受到限 制钻井方式：高造斜 率马达方式或转盘 钻柔性组合4、造斜点与油层距 离最小4、井眼方位控制受 到限制钻杆：山73mm5、可用于浅油气层5、要求使用动力水 龙头或顶部驱动系 统测斜工具：柔性测斜仪或MWD6、全井斜深取小6、施工难度大地面设备：动力水 龙头或顶部驱动系7、不受地面条件的 限制7、非常规的完井方 法二、短半径水平井的发展现状短半径水平井在国外各大公司中，美国贝克修斯是具有代表性的一家公司。七十 年代中

3、期，美国的EastmanWhipstock公司通过八年的研究试验，研制出了短半 径造斜钻井系统，经改进完善，在美国南部一些油田和加拿大北坡的Knparnk油 田广泛应用提高产量4倍以上。1983年以来设在西德的EastmanChristenden公 司又作了进一步改进并完型生产，九十年代初期经过一次较大的兼并，将与钻井 技术有关的数家服务公司从资金、人才和技术方面进步了择优调整，组建了能从 事钻井“一条龙”服务的 BakerHughesIntep 公司，在技术研究和工具仪器方面都 有很强的竞争能力，近年来已侧钻段半径水平井 300余口。Sperrg-Sum 公司在以发展仪器为主的基础上，已能为

4、提供定向井与水平井钻 井的全面服务。该公司短半径水平井技术也处于领先地位，它的无线随钻MWD和 ESS电子多点采用了柔性连接方式，广泛用于短半径侧钻水平井。目前，短半径 水平井的最大水平位移和最长水平段已分别达到953m和600m ；开窗侧钻点最大 井深已达到7751m。水平段最长的短半径水平井是美国的MobilErdgas- ErdoelGmbh公司在德国钻成的Reitbrook308井（井眼），水平段长600m，水平 位移 953m。进入80 年代以来，国外许多公司在常规水平井钻井技术基础上，开展了超 短半径侧钻水平井的研究试验。超短半径侧钻水平井是指在垂直井眼的半径方向 上用高压水射流钻

5、出曲率半径为左右的水平井眼的井（ulleshontRadiusRadialwell）美国比契特尔（Bechtel）投资公司和石油物理 （Petvophysics）有限公司独树一帜，经过六年多的探索试验，Bechtell公司 发明的以特殊井下斜向器和高压射流破岩钻头为主要技术的超短半径侧钻水平井 系统（UltnashortRadiusRadialsystem，简称URRS）。该技术采用了特殊的井 下斜向器和高压射流破岩钻头，利用高压水射流进行全面破岩钻进，完全摆脱了 机械方法破岩的束缚，从而可在垂直井眼的半径方位上用高压水射流钻出曲率半 径为左右的水平井眼，并能使在油层中钻进的速度达到330m/

6、h,整个钻井过 程比常规水平井更简单、更经济，到 1985年上半年在加利福尼亚和洛杉矾油田 钻出了450 多口井径向水平井，1986 年经改进又推出了更科学更完善的第二代 Becwell 水平井钻井系统，到 1987 年己钻成的经向水平井超过了600 口，其中 水平井眼直径为（4），水平段长度为30-60m，并能在一口垂直井的同一深度上 向四周外出24口幅射状的水平井眼，在浅的未胶结的地层中钻24口水平井，实 际钻井时间一般不超过60小时。国外短半径侧钻水平井起步较早，工艺技术日趋完善，应用规模不断扩大。 我国经过“九五”攻关已较好地掌握了这项技术，但在开窗侧钻效率、经济技术指 标、工具仪器配

7、套、新技术新工具的开发应用方面与先进水平相比尚有较大差 距。近年我国开展了柔性短半径水平井钻井工具的攻关研究，并取得了多项可喜的成果。石油勘 探开发科学研究院机械所自行研制的铰接螺杆马达系统采用两节螺杆马达接头所需要的动 力，其间用铰接头连接。最大刚性长度为，造斜率3-5/m,曲率半径三18m，能在28m曲线 井眼长度内将井眼由垂直变为水平，样机室内试验和现场中间试验达到设计要求，并通过有 关专家的验收和评定，有巾和巾两种规格，供套管内侧钻短半径水平井使用。另外，石油 大学和大港油田联合开发了适用转盘和动力水龙头钻短半径水平井的柔性钻井系统。该系统 由柔性钻杆和造斜短节两部分组成。钻杆用薄壁无

8、缝管切割蘑茹口，可随钻柱旋转。造斜短 节外壳切有单向弯曲的割缝，在钻压的作用下可单向弯曲，施工中不旋转，其内有铠接的胶 管，用以循环钻井液，并有一传动轴，将上部钻的旋转动力传柱给钻头，样机通过了室内台 架试验，未下井进行现场实钻试验。短半径水平井钻井工具的研制成功，必将促进我国套管 内侧钻短水平井的发展。胜利油田在“九五”期间，作为承担国家重点科研项目的主要单位之一，开展 了短半径侧钻水平井项目的科研攻关，使短半径侧钻水平井技术有了新的突破， 形成了系列配套技术。几年来，共在不同类型油藏区块上完成侧钻水平井 18 口，其中套管内短半径侧钻水平井10 口。短半径水平井平均造斜率为/m,最高 造斜

9、率/m,目的层垂深误差小于2m,侧钻点最深达。我国“九五”期间，在对长、中半径水平井钻井技术及配套装备、工具、仪器 等不断进行改进、完善和更新的基础上,对套管内短半径侧钻水平井配套工艺技 术进行了系统的试验研究,引进或开发出适用的井下工具和测量仪器,取得突破性进展。此外，在此基础上进行的超短半径侧钻水平井技术的试验研究也取得了实质性的进展。石油大学（华东）和中原油田钻井院从 1992 年开始合作进行了“径向水平井 钻井技术研究”，1994 年完成了可行性研究并研制出了用高压水射流钻径向水平 井的特殊斜向器和水力破岩钻头。“九五”期间进行配套技术的实质性研究，形成 了与国外第二代Becwell水

10、平井系统相类似的径向水平井钻井系统，该系统主要 设备为一台耐压80MPa以上的压裂泵和一台修井作业机，目前已进行了 3 口井的 现场试验。其中1997 年对辽河油田锦 45-04-19 井进行改造，侧钻点井深 1020m,段铣长度5m,地面水力压力50 60MPa,排量10L/s，曲率半径，孔径 120mm，水平段长，平均机械钻速h。水平段采用裸眼完井，扩眼段采用砾石充 填。产量为原来的 8-9 倍。中原油田钻井工艺研究所也进行了“柔性钻井技术”的研究,采用特殊斜向 器、铰接柔性钻杆配合铰接马达或转盘钻进行水平钻进,、下柔性筛管完井。目 前已在中原油田和陕北油田现场试验6 口井，其中3 口水平

11、段长6m左右（最 长），曲率半径均小于1m,孔径116mm。辽河油田钻井院研制了水力扩孔工具并已钻了 2口试验井,均获高产。 吉林油田钻井院研制了水力开窗工具,钻成3口试验井。江汉油田矿机所研制了液缸式转向器, 2000年地面试验获得成功。中国地质大学于1998年研制出“直角转向水平钻进井下处理系统”。该系 统主要由钻头总成、可单向弯曲的柔性钻杆、传递动力的柔性软管、转换连接 器、折叠式导向器、定向器、护管、导管及辅助接头等组成。并进行了地面试验，钻孔深度达6m,孔径80mm，曲率半径小于2000 年6 月、9 月江汉油田矿机所、吉林油田钻井院、辽河油田钻井院和石 油大学(华东)在江汉油田矿机

12、所联合进行了两次地面试验，对各自研制的工具 和配套设施进行检验，试验获得圆满成功，必将对我国超短半径侧钻水平井钻井 技术水平的提高起到积极的推动作用。实践表明，采用超短半径侧钻水平井进行老井改造可提高产量倍，国内己钻 超短半径侧钻水平井情况见表 2。表 2 国内己钻超短半径侧钻水平井情况油田辽河油田南阳油田吉林油田井号锦 45-0419锦 45-38-303古 2206中加9-9 一新加21-5木 24-19时间(Y)19971999199821998井段(m)10201086-1092986-988474-477496-497749-750岩性砂岩稠油、7米厚油层中间有米的夹层低渗、硬 钻速

13、低分枝数132111水平段长(m)、钻井周期(d)451250水平钻进(h)水平钻速 m/h改造前产量产液(m3)1产油(t)00改造后产量产液(m3)产油(t)14t产量提高8-9倍3-4倍倍倍倍试验成本(万元)72备注高产井高产井目前，由于该技术的定向准确可靠、钻速高、设备简单、操作方便、钻井成本低。这一新技术 越来越受到世界范围内的石油生产公司的青睐，显示了强大的生命力和远大的发展前景，并 己形成了逐步取代用常规钻水平井方法钻短曲率半径水平井的趋势，展现了现代钻井技术发 展的新方向。三、短半径水平井装备及工具1、钻机和钻杆 目前，有两类钻机用于短半径水平井施工。一类是修井机和小型钻机，一

14、类是连 续管作业装置。在 41/2 英寸井眼中侧钻水平井可使用改装的修井机，并配备一套动力 水龙头；另外还需要带有固控设备的泥浆循环系统，但容量和处理能力相对较小。选 择的泵应能满足锻铣作业中清洗和冷却的要求。在裸眼井段，常采用带有 CS-Hydril 或 PH-6 工具接头的 23/8 英寸油管作为钻 柱。 PH-6 接头比 CS-Hydril 接头抗扭强度高，这在磨铣阶段中有好处，但它的内径较 小，大多数仪器不能通过。为此，可使用变径钻杆，在曲线段和水平段用 22/3 英寸并 带有 CS-Hydril 接头的钻柱，在直井段使用 27/8 英寸的钻杆。在较大尺寸井眼或深井中钻短半径水平井，可

15、使用常规钻机或配套钻具。2、井下马达 短半径水平井的造斜率一般都很高，需要采用特殊结构的井下马达才能满足设计 要求。常用的井下马达有大角度的单弯或双弯马达以及铰接马达。进入 80年代，短半径水平井受到世界各国的广泛重视，相继开发了新的钻 井系统，普遍的做法是将用于中、长半径水平井的螺杆马达引入了短半径水平系 统的研究之中。典型的公司有Eastman christenson公司、Preussag公司、 Anadrillschlumberger 公司。并相继研制出了与之配套使用的柔性有线随钻和 柔性MWD,使得水平段长度达到400m，在薄油层、复杂断块和小区块油藏中发挥 了积极的作用，促进了套管开窗侧钻钻短水平井的发展。Eastmanchristenson公司的铰接螺杆马达系统，可以钻曲率半径为12T5m 的短半径水平井。其工具特点是把在中半径水平井内使用很有效的容积式钻井液 马达长度缩短到l