高压水射流径向水平井钻井技术

水平井眼的数量定)。
(2 ) 将施工段的井径扩到 <650 ～ <660 mm 。 (3) 在扩孔处安装转向系统, 通过液压或机械方式使转向
器沿预定方位以 0. 3m 的曲率半径弯起 (即由垂直转为水平) 。
(4 ) 下高压喷射管进行水平喷射钻进。 (5 ) 水平井段延伸到设计位置后, 根据储层类型和开采方
(2) 水 平段 距离 短, 转向器系统须进一步完善
验阶段, 一些关键技术已取得重要进展或突破, 但整套技术实 现规模化推广应用尚有一系列技术问题需要解决 。
21 应加快大直径扩 孔工具、 水平 段钻进长度 和完井技术
的研究速度, 提 高其 施工 成功 率, 缩短施工周期。
31 高压水 射流径向水平井技 术是提高油 藏平面及纵 向动
[ 收稿日期] 2001 —07 —21 [ 第一作者联系电话] ( 0427 ) 7 8070 57
三、国内外应用情况及存在问题
11 国内外应用情况
美国的 B ech te l 和 P etrop hsics 两家 公司在 八十 年代 联合 研究出利用高压水系能量, 通过特制的井下转向器进行径向水 平钻井的钻进系统。 至 1992 年, 该公司利用该套系统在美国和
在扩孔处安装转向系统通过液压或机械方式使转向一技术原理及系统构成11技术原理在设计的施工目的层段内厚度一般要求5m以上过段铣套管扩孔形成一个井径至少为630mm的井眼转向的曲率半径由垂直转为水平高压喷射管经转向器伸出其上的喷嘴在随高压喷管前进的同时喷出压力55以上的旋转射流进行岩石破碎从而形成直径为70110mm的径向水平井眼施工中通过自动送钻系统控制喷进速度数据采集系统对施工参数进行监控
转向器系统及特殊的完井工具为该技术的专用设备。
图 1 径向水平井钻井系统组成简图
二、工艺流程及关键技术
11 工艺流程
(1) 将施工段的套管段铣掉 5 ～ 6 m (视油层段厚度和需钻
一、技术原理及系统构成
11 技术原理
在设计的施工目的层段内 ( 厚度一般要求 3 . 5m 以上) , 通 过段铣套管、扩孔形成一个井径至少为 <630 mm 的井眼, 转向 器在该井段内以 0 . 3 m 的曲率半径由垂直转为水平, 高压喷射 管经转向器伸出, 其上的喷嘴在随高压喷管前进的同时, 喷出 压力 55 M Pa 以上的旋转射流进行岩石破碎, 从而形成直径为 <70 ～ <110mm 的 径向 水平 井眼 [2 ]。 施工中通过自动送钻系统控制喷进速度, 数据采集系统对 施工参数进行监控。
( E ng ine ering & T e chniq ue R esea rch I nsti tu te, L ia ohe P e troleum A dm in istra t ion , P a n j in , L ia oning , 124010 , Ch ina )
K e y w or d s: F lu id ics; rad ia l; h o r izo n ta lw ell; ho r izo n tal d r illin g; s teer in g d ev ice; w e ll com p le tio n; L iao h e O ilfie ld; J in 45 2 0 42 19 W e ll; J in 38230 3 W ell A b s tra c t: T h e w o rk ing p r in c ip a l, co n st ruc tio n , c ritica l tech n iq ue an d ap p lica tio n s o f ra d ia l ho r izo n tal d r illin g tech n iq u es w ith h igh p re s su re w a te r je t a re in tro d u ced . P ro b lem s p re sen t in th e f ield te st s are a lso d iscu s sed.
式的需要, 选择 不同 的方 式进 行完 井 。
21 关键技术
大直径扩孔技术 、 垂直转向水平钻进技术。
21 系统构成
高压水射流径向水平井钻井系统组成如图 1 所示, 其地面 设备包括: 修井机、高压泵组、自动送钻控制系统和数据采集 系统。井下工具包括: 段铣工具、 大直径扩孔工具、转向器系 统及完井工具等 。 其中自动送钻控制系统、 数据采集系统、 大直径扩孔工具、
第 29 卷第 5 期 2001 年 10 月
石油钻探技术
PETROL EUM DR I LL I N G T ECHN I QU ES
Байду номын сангаас
Vo l . 29, No. 5 O c t. , 2001
! 钻井与完井 #
高压水射流径向水平井钻井技术
施连海, 李永和, 郭洪峰, 王春杰, 王辅升
( 辽河石油勘探局工程技术研究院, 辽宁盘锦 124010)
[3 ] 李永 和, 施连 海, 王春 杰, 等. [R ] . D evelopm ent o f D rilling and Com p let ion of the U lt rasho rt rad iu s R ad ial W ell b y H igh P res su re J et F low T echn iques [ R ]. S P E 64756, 2000.
衬管、砾石充填等技术。该技术既应用到了重油的开发, 也应 用到了轻油的开发 。 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 2 042 19 井, 径向进尺达到 15 186m , 平均机械钻速 9 155m �
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 。
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 。
[ 作者简介] 施连海 ( 19 68—) , 男, 吉林长春市人, 1991 年毕业于石油大学 ( 华东) 钻井专业, 钻井所工程师, 中国地质大学在读研究生。
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石 油 钻 探 技 术 2001 年 10 月 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[1 ], 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。 径向水平井的完井作业 (如下入柔性衬管、电化学射孔完 井等) 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 。
转向器 系统是 径向水 平井技术 的核心 工具。 经过 几年研 究, 已经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 目前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 。
用程度的有效手段, 应加大攻关研究力度, 加快应用推广速度 。
[ 参 考 文 献 ]
[1 ] 胡博仲, 董福洲, 李子丰.
小井眼钻采技术 [M ]. 北京: 石油
T he U lt ra sho rt Engineering ,
工业出版社, 19971
[2 ] D ick inson W , A nd erson R R , D ick inson R W . R ad iu s R ad ial sy stem [ Z] . S etem ber, 1989: 247- 254. SP E D rill ing
21 存在问题
在施工中也发现了部分工具 和设备存在一些问题与 不足, 导致出现了施工周期长、技术效果未达到设计要求的现象, 主 要表现在以下几方面:
(1) 大 直径 扩孔
四、结论与建议
11 高压水射流径向水 平井技术在国 内目前尚处 于研究试
大直 径扩 孔是 指将 原井 眼的 井径 扩大 至 <650 ～ <660mm 的过程, 其目的是为转向器提供转向空间, 是该套技术的关键 技术之一。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 5 ～ 6 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 <450 m m 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 扩孔器现场使用操作较复杂, 制造工艺要求高, 抗冲蚀性尚须 改进。 以后的扩孔工具研制应从减小扩孔扭矩, 提高工具强度, 简化操作工艺等方面入手, 解 决大 直径 扩孔 问题。
[ 关键词 ] 射流; 径向; 水平井; 水平钻井; 转向器; 完井; 辽河油田; 锦 45 2 042 19 井; 锦 38 2 303 井 [ 摘 要 ] 介绍了高压水射流径向水平钻井技术的工作原理、 系统构成、 关键技术及国内外试验应用
情 况, 并对目前国内试验中存在的问题进行了讨论。
[ 中图分类号 ] T E248; TE243 12 [ 文献标识码 ] B [ 文章编号 ] 100120890 (2001) 052 0021202
(4 ) 进一步简化配套工具设备, 降低成本
加拿 大的 未 固结 砂岩 和 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 30 ～
60m , 多数 井进 行了 水平 段测 斜 。 完井 使用 了裸 眼 、 柔性 缝隙
h , 最大钻速达 12m � h , 采用了裸眼完井工艺
[3, 4] [1 ]
。1999 年又钻
成了锦 382303 径向 水平 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
[5, 6]
。通过这两口井试验, 对工艺流程、 各种专用
高压水射流径向水平井技术是利用高压水射流破岩, 在一 口井的同一 个油层或不 同油层 内沿径向 钻出一 个以上 的水平 井眼 ( 曲率半径为 013 m ) , 达到增加油气通道, 改善液流方向, 提高油气藏动用程度的目的。它既可以在新井中实施, 又可以 在老井中应用, 非常适合于开发低渗透油层、薄油层、裂缝性 油层、注水后的 “死油 区”以及岩性圈闭油藏。该技术在国外 相对成熟, 已处于商业应用阶段 [1]。我国 “九五”期间对该技 术进行了系统研究, 并在辽河油田进行了两口井现场试验, 对 自行设计和研制的工艺流程、配套工具及仪器、仪表进行了全 面检验, 在大直径扩孔工具、转向器系统、自动送钻系统和计 算机数据采集等方面取得了突破性进展 。但试验中也暴露了一 些技术上的不足或问题, 为今后进一步研究和发展该项技术提 供了重要参考和依据 。
(3) 完 井技 术难 度较 大, 不能满足各类油层的开采要求
锦 45204219 径 向井 实验 总结 辽宁盘锦: 辽河石油勘探局钻采工艺技术研究院, 19971 [4 ] 杨 永印, 沈忠厚, 王瑞和, 等 1 径向水 平井钻进技术试验研 究 [ J ] 1 石油钻探技术, 1998, 26 (1) : 4—71 [5 ] 李永和, 施连海, 王春杰, 等 . 锦 382303 径向井实验总结 [R ] 1 辽宁盘锦: 辽河石油勘探局钻采工艺技术研究院, 19991 [6 ] L i yo nghe, W ang chun jie, Sh i l ianhai . A pp licat ion and
Rad ia l Hor izon ta l D r illin g Techn iques with H igh P r essur e W a ter J et
Sh iL ian -ha i, L iY on g-he, Guo Hong-feng, W an g C hun- j ie, W an g Fu- sheng