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1、井眼曲率半径篇一：短半径水平井技术 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57.3m，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 短半径水平井的特点短半径水平井在国外各大公司中，美国贝克?修斯是具
2、有代表性的一家公司。七十年代中期，美国的Eastman Whipstock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Eastman Christenden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Baker Hughes Intep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
3、为主的基础上，已能为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Mobil Erdgas-Erdoel Gmbh公司在德国钻成的Reitbrook 308井（120.7mm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
4、径方向上用高压水射流钻出曲率半径为0.3m左右的水平井眼的井（ulleshont Radius Radial well）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（Ultnashort Radius Radial system，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0.3m左右的水平井眼，
5、并能使在油层中钻进的速度达到330m/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101.6mm(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、
6、经济技术指标、工具仪器配套、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1.5m，造斜率3-5/m，曲率半径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120.65mm和89.9mm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
7、柔性钻杆和造斜短节两部分组成。钻杆用薄壁无缝管切割蘑茹口，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.块上完成侧钻水平井18口，其中139.7mm套管内短半径侧钻水平井10口。短
8、半径水平井平均造斜率为1.1/m，最高造斜率3.6/m，目的层垂深误差小于2m，侧钻点最深达4515.5m。 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
9、术的实质性研究，形成了与国外第二代Becwell水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5060MPa，排量10L/s，曲率半径0.3m，孔径120mm，水平段长15.86m，平均机械钻速9.55m/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
10、已在中原油田和陕北油田现场试验6口井，其中3口水平段长6m左右（最长8.05m），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，2021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0.5m。2021年6月、9月江汉油田矿机所、吉
11、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2.35-9倍，国内己钻超短半径侧钻水平井情况见表2。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
12、 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，一类是连续管作业装置。在4 1/2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2 3/8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2 2/3英寸并带有CS-Hydril接头的钻柱，在直井段使用2 7/8英寸的钻杆
13、。 在较大尺寸井眼或深井中钻短半径水平井，可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、Anadrill schlumberger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
14、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。 Eastman christenson公司的铰接螺杆马达系统，可以钻曲率半径为12-15m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1m，并用专利的万向接头铰接起来，造斜段用一节马达，稳斜段用两节马达，钻头、近钻头稳定器和成向接头稳定器构成决定曲率半径的三个接触点，配单弯或双弯的外壳，造斜率可达4.8/m。有120.65mm和95.25mm、两种规格，可供177.8mm和139.7mm套管内侧钻短水平井使用。 Pneussag公司的铰接马达系统。该系统与Eastnman christenson
15、公司铰接马达系统主要不同点在于造斜段总成的结构。它主要由旋转的内驱动管和不旋转的外铰接管两部分组成。旋转内驱动管内铠装有胶管，既可在一定角度内弯曲，又可循环钻井液。不旋转的铰接外管可单向弯曲一定角度而不发生方位变化，既可按井眼轨迹弯曲，不可向钻头传递转压。钻头、近钻头稳定器垫块及单身弯曲铰接接头稳定器构成决定曲率半径的3个接触点，不配备弯外壳（或弯接头）。有120.65mm和171.45mm两种规格，可供177.8mm和244.5mm套管内侧钻短半径水平井。 Anadrill schlumberger公司的铰接马达系统。该系统主要由短螺杆马达、上下铰接头及造斜段总成组成。造斜段总成主要由近钻头稳定器压力驱动的活塞和可调直径稳定器构成，其中可调直径稳定器在钻台上可以调整直径，压力驱动的活塞在钻井液柱压力作用下外凸块的外凸程度不同。这样在造斜与稳斜施工时只用一根钻具即可满足要求。共有两种规格3种造斜率，用于177.8mm套管内钻的120.65mm钻头，造斜率2.43/m；用于139.7mm套管内侧钻的88.9mm钻头，造斜率为2.66/m。 3、测量仪器 短半径水平井的高造斜率，采用常规仪器难以通过井下钻柱，必须使用小尺寸或柔性连接的测斜仪。 斯佩里森（Sperry-Sun）公司在以发展测量仪器为主的基础上已转为提供定向井与水平井钻井全面服务,其生产规模及
