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1、古老鉆井技術(shù)的奇葩一一徑向鉆井
激揚(yáng)
什么是徑向鉆井技術(shù)
徑向水平井是指曲率半徑遠(yuǎn)比常規(guī)的短曲率半徑水平井更短的一種水 平井,也稱之為超短半徑徑向水平井。新型徑向鉆井技術(shù)可在7英寸套管中完成 從垂直轉(zhuǎn)向水平,避免用常規(guī)的大曲率半徑、中曲率半徑和短曲率半徑方法鉆水 平井所需要的頻繁造斜、定向和復(fù)雜的井眼軌跡控制等工藝過(guò)程, 保證水平井準(zhǔn) 確地進(jìn)入目的層;同時(shí)該技術(shù)在鉆水平井眼時(shí)采用高速射流侵蝕儲(chǔ)層的破巖方式 取代傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械破巖方法,避免了傳統(tǒng)方式的施加鉆壓和旋轉(zhuǎn)鉆桿帶來(lái)的一 系列問(wèn)題,提高了鉆井效率。
徑向鉆井技術(shù)可在一個(gè)儲(chǔ)層平面鉆出多個(gè)徑向水平井眼,這些水平井段 長(zhǎng)度可達(dá)100米,
2、井眼直徑超過(guò)50毫米,大幅增加了油井泄油面積,使油氣井 產(chǎn)量、開(kāi)采速度和單井控制儲(chǔ)量大幅提高, 從而達(dá)到了“少井高產(chǎn)”、降低噸油 成本的目的,是提高低滲透油氣藏經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的重要手段。與傳統(tǒng)增產(chǎn)技術(shù)相比, 徑向鉆井技術(shù)具有作業(yè)費(fèi)用低、時(shí)間短和效率高等優(yōu)勢(shì)。此外該技術(shù)還可用于老 油井、邊際油藏、薄油層和煤層氣的開(kāi)采。開(kāi)展提高低滲透油田單井產(chǎn)量徑向鉆 井技術(shù)的研究,對(duì)提咼我國(guó)低滲透油氣井單井產(chǎn)量、 提咼開(kāi)米經(jīng)濟(jì)效益、降低噸 油成本具有重要的意義。
美國(guó)Petrolphysics公司于20世紀(jì)70-80年代研制的徑向水平鉆井系
統(tǒng)是早期徑向鉆井技術(shù)的代表。該技術(shù)完成徑向鉆井作業(yè)所需的主要設(shè)備包括地
3、面鉆機(jī)、鋼纜卡車、壓裂車、高壓油管、套管段銑鉆頭、擴(kuò)眼鉆頭、井下錨定系
統(tǒng)和斜向器、高壓射流噴頭等。
該技術(shù)完成徑向鉆井作業(yè)可分為以下四步:
(1) 套管段銑。通過(guò)鉆桿將套管段銑鉆頭下入待鉆深度, 啟動(dòng)地面設(shè)備將 套管銑出一段滿足下入斜向器要求的長(zhǎng)度,起出套管段銑鉆頭。
⑵擴(kuò)眼。將擴(kuò)眼鉆頭與鉆桿相連,將擴(kuò)眼鉆頭下入已銑過(guò)的井段,啟動(dòng) 地面設(shè)備,進(jìn)行擴(kuò)眼,擴(kuò)眼井段長(zhǎng)度等于或略小于被銑套管長(zhǎng)度, 完成擴(kuò)眼工序 后,起出鉆頭;一般擴(kuò)眼要分多步進(jìn)行,最終使井眼直徑大于 600毫米。
(3) 下斜向器。通過(guò)油管將錨和斜向器下入擴(kuò)眼井段, 陀螺儀測(cè)量斜向器 方位角,調(diào)整好方位角后,用液壓錨將斜向
4、器固定在擴(kuò)眼井段。
(4) 地層徑向鉆進(jìn)。射流鉆頭與高壓軟管一端相連,高壓軟管的另一端與 高壓油管相連,通過(guò)高壓油管將高壓軟管連同射流破巖鉆頭一起下入井中, 斜向 器引導(dǎo)鉆頭和高壓軟管進(jìn)入待鉆儲(chǔ)層,啟動(dòng)地面壓裂泵;高速射流的對(duì)巖石的侵 蝕完成徑向水平段井眼的鉆進(jìn)作業(yè)。
徑向鉆井技術(shù)的革新
與傳統(tǒng)徑向鉆井技術(shù)相比,新型徑向鉆井技術(shù)的主要區(qū)別在于:新技術(shù) 工藝中使用了新型的導(dǎo)向器,無(wú)須再進(jìn)行套管段銑和擴(kuò)眼兩個(gè)費(fèi)時(shí)的工序, 而是 采用設(shè)備、工具直接在套管和水泥環(huán)上鉆孔,然后進(jìn)行水平段井眼鉆進(jìn)。由于無(wú) 須套管段銑和擴(kuò)眼這兩個(gè)費(fèi)時(shí)的工序,使得新型徑向鉆井技術(shù)的作業(yè)效率得到大 幅提高,作業(yè)費(fèi)用也明顯
5、降低。
該技術(shù)的主要配套設(shè)備包括修井機(jī)、連續(xù)管作業(yè)機(jī)、井下引導(dǎo)器、套管 和水泥環(huán)鉆具、水平段鉆具、地面高壓泵。
徑向鉆井技術(shù)施工過(guò)程可分為以下三步:
(1) 下入導(dǎo)向器。導(dǎo)向器與油管下端相連,通過(guò)修井機(jī)將導(dǎo)向器下入井中 徑向鉆井作業(yè)井段。整個(gè)徑向鉆井作業(yè)過(guò)程中,井下導(dǎo)向器通過(guò)油管懸掛在套管 中。通過(guò)羅盤或其它儀器確定井下導(dǎo)向器的導(dǎo)向器方位角,地面修井機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn) 油管帶動(dòng)井下導(dǎo)向器調(diào)整方位角。
(2) 鉆套管、水泥環(huán)。套管水泥環(huán)鉆具與連續(xù)管相連,從油管中下入。下
到計(jì)劃深度后,鉆頭和軟性鉆桿由井下引導(dǎo)器引導(dǎo)由垂直轉(zhuǎn)向水平, 鉆頭接觸套
管待開(kāi)孔位置。啟動(dòng)地面高壓泵,連續(xù)管將高壓鉆井液
6、輸送至井下螺桿馬達(dá), 開(kāi) 始鉆套管。隨著套管、水泥環(huán)的鉆進(jìn),地面控制系統(tǒng)下放連續(xù)管,完成套管和水 泥環(huán)的開(kāi)孔工序。完成該方位角套管、水泥環(huán)開(kāi)孔后,調(diào)整導(dǎo)向器轉(zhuǎn)向另一方位 角,啟動(dòng)地面高壓泵完成該方位角位置的套管、水泥環(huán)開(kāi)孔。按此工藝步驟,完 成在導(dǎo)向器下入深度平面上所有套管、水泥環(huán)的開(kāi)孔作業(yè),然后通過(guò)連續(xù)管從油 管中起出螺桿馬達(dá)、柔性鉆桿和 PDC鉆頭。
(3) 徑向水平段鉆進(jìn)。高壓軟管一端與自進(jìn)式高速射流鉆頭相連, 另一端 與連續(xù)管相連。通過(guò)連續(xù)管作業(yè)機(jī)將高壓軟管和自進(jìn)式高速射流鉆頭下入油管
中,啟動(dòng)地面高壓泵,自進(jìn)式高速射流鉆頭向后噴出的高速射流與油管內(nèi)壁間產(chǎn) 生的作用力為鉆頭和高壓軟
7、管的順利下入提供了牽引力。導(dǎo)向器引導(dǎo)鉆頭和高壓 軟管通過(guò)已開(kāi)孔的套管和水泥環(huán)后進(jìn)入待鉆徑向井位置。 調(diào)節(jié)地面高壓泵的壓力
和流量,高速射流噴射鉆頭通過(guò)噴出高速射流的侵蝕作用實(shí)現(xiàn)對(duì)地層破巖、 鉆孔,
最終完成徑向井段的鉆井作業(yè)。完成該方位徑向段鉆進(jìn)后,調(diào)節(jié)導(dǎo)向孔方位角, 使其對(duì)準(zhǔn)已完成的套管水泥環(huán)開(kāi)孔處, 下放連續(xù)管,引導(dǎo)自進(jìn)式高速射流噴射鉆 頭進(jìn)入待鉆徑向井位置,啟動(dòng)地面高壓泵完成該徑向井段鉆進(jìn)。按此工藝步驟, 完成剩余所有徑向井段的鉆井作業(yè) 徑向鉆井技術(shù)的應(yīng)用
徑向鉆井技術(shù)是一種油氣田增產(chǎn)技術(shù),與傳統(tǒng)增產(chǎn)技術(shù)相比,徑向鉆井 技術(shù)費(fèi)用低、時(shí)間短、效率高。目前徑向鉆井技術(shù)已被用于低滲油氣井
8、、老油井 和稠油井的增產(chǎn)改造,可大幅提高油井的采收率和開(kāi)采速度,控制較大的儲(chǔ)量。 若直井瀉油半徑為36米、油層厚度為2米,那么該直井可控制儲(chǔ)量為8139立 方米。采用90米長(zhǎng)的4分支徑向井,每個(gè)徑向分支井的可控制儲(chǔ)量為 10188
立方米,四分支徑向井控總儲(chǔ)量 40752立方米,約為直井控制儲(chǔ)量的 5倍。
目前我國(guó)東部老油田平均采收率約為 35%,儲(chǔ)層中還剩余大量油氣資
源。老油田中包括很多新增的合油區(qū)、 因繞流而形成的死油區(qū)、未完全枯竭區(qū)和 現(xiàn)有井網(wǎng)井無(wú)法控制的合油區(qū),這些區(qū)中所包含的大量油氣資源目前還未得到經(jīng) 濟(jì)有效地開(kāi)采。徑向鉆井技術(shù)可從主井眼中鉆出直徑超過(guò) 50毫米、長(zhǎng)度超過(guò)10
9、0 米的徑向井段,將為這些油氣的開(kāi)采提供一種更經(jīng)濟(jì)的方法。
以勝利油田韋5井為例,實(shí)施徑向鉆井作業(yè)共耗時(shí)11天13小時(shí),完成 了三個(gè)方向分支井的鉆井作業(yè),總長(zhǎng)度達(dá)到 41.93米,最長(zhǎng)單井眼長(zhǎng)度達(dá)1955 米。韋5井實(shí)施徑向鉆井作業(yè)后,與改造前兩年的平均日產(chǎn)量相比提高約 38倍, 且前4個(gè)月含水率逐漸降低,分別為 29%、21%、18%和16%。
目前新型徑向鉆井技術(shù)可在一個(gè)儲(chǔ)層平面最多可鉆出 16個(gè)徑向井眼,
井眼直徑大于50毫米,井眼長(zhǎng)度超過(guò)90米,最大作業(yè)深度也達(dá)到了 3500米 以上,實(shí)施徑向鉆井作業(yè)后油井產(chǎn)量效果明顯。新型高效徑向鉆井技術(shù)的研究, 對(duì)提高我國(guó)低滲透油氣井單井產(chǎn)量、提高開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效益、降低噸油成本具有重要 的意義