適用于φ139.7mm套管的套管內(nèi)徑向鉆孔工具系統(tǒng)研制及實(shí)驗(yàn)測(cè)試

張俊杰 張輝

中石化勝利石油工程公司鉆井院，中國(guó)·山東 東營(yíng) 257017

套管內(nèi)徑向鉆孔；開發(fā)；邊際油藏；低滲透；分系統(tǒng)設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)測(cè)試

1 技術(shù)背景及現(xiàn)狀

套管內(nèi)徑向鉆孔技術(shù)能避免傳統(tǒng)的射孔技術(shù)存在的對(duì)環(huán)空水泥環(huán)的損傷以及地層的污染情況，該技術(shù)為快速、經(jīng)濟(jì)開發(fā)邊際油藏和油田開發(fā)晚期剩余油藏提供了一個(gè)重要的手段，其作用在于代替完井射孔、油井強(qiáng)化增產(chǎn)、針對(duì)性地處置油藏、改善注水、減少水錐以及稠油油藏蒸汽擠注[1]。

隨著勘探技術(shù)的進(jìn)步和勘探程度的提高，低滲透油田地質(zhì)儲(chǔ)量在新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量中所占的比重也越來越大，低滲透油田已成為儲(chǔ)量接替和新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)的主要陣地。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前低滲透儲(chǔ)量在可動(dòng)用石油儲(chǔ)量中占17.5%，在未動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量中高達(dá)72.8%。國(guó)際開發(fā)低滲透油藏的實(shí)踐表明，徑向鉆孔技術(shù)是開發(fā)低滲透油藏先進(jìn)適用的技術(shù)。套管內(nèi)徑向鉆孔技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：

（1）增加井眼在油藏中的長(zhǎng)度、擴(kuò)大泄油面積、提高采收率、改善油流動(dòng)態(tài)剖面、減緩錐進(jìn)速度。

（2）提供重力泄油途徑、提高油氣層縱向動(dòng)用程度；提高裂縫油氣藏裂縫鉆遇率。

（3）經(jīng)濟(jì)開采邊際油氣藏和重質(zhì)原油油藏；可重復(fù)利用上部井段、降低鉆井成本。

（4）由于地面井口或海上井槽的減少而降低了平臺(tái)的建造費(fèi)用。

（5）降低油井管理和環(huán)境保護(hù)等費(fèi)用。因此，大力研發(fā)高效水平分支鉆井技術(shù)，對(duì)油氣井增產(chǎn)特別是老井挖潛改造具有重要意義[2]。

目前全國(guó)各油田有大量的老油井亟待改造，采用傳統(tǒng)的方法費(fèi)時(shí)而且成本很高，如何盡可能地降低作業(yè)成本改造老油井也是一個(gè)重要課題。套管內(nèi)徑向鉆孔技術(shù)可以很好地解決這個(gè)問題，同時(shí)，它還可用于重油開發(fā)。中國(guó)已有相關(guān)技術(shù)的研究與探索，有關(guān)單位也進(jìn)行了徑向水平鉆孔工藝的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了一些較好的效果，但都是限于第一代的“噴管式”徑向水平鉆孔工具，工藝技術(shù)不先進(jìn)，還有待改善。

通過科研攻關(guān)，研制成功了適用于Φ139.7mm 套管的套管內(nèi)徑向鉆孔系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

2 技術(shù)方案研究及分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

套管內(nèi)徑向鉆孔工具系統(tǒng)主要包括定位轉(zhuǎn)向器工具組合、鉆孔開窗工具組合、水力噴射工具組合等。

圖1 定位轉(zhuǎn)向器工具組合

轉(zhuǎn)向器由對(duì)稱的兩部分通過螺栓連接在一起，每一部分上面的軌道斷面都是一個(gè)半圓，合起來之后為圓形。其主要功能是在工具組合被錨定到套管預(yù)定位置后，作為套管鉆孔軟軸和噴射軟管的通道，使之通過后轉(zhuǎn)向90°。

圖2 磨銑開窗工具組合

軟軸由多節(jié)十字節(jié)萬向軸串聯(lián)組成，萬向軸在導(dǎo)向器軌道內(nèi)必須轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，而且能承受套管開窗鉆孔的高扭矩，作用是幫助開窗鉆頭在轉(zhuǎn)向器軌道內(nèi)以很小的曲率半徑由豎直方向轉(zhuǎn)到水平方向，同時(shí)將螺桿馬達(dá)輸出的扭矩傳遞給磨銑鉆頭，由磨銑鉆頭完成在套管上鉆孔。

圖3 水力噴射工具組合組合

地層水力噴射工具系統(tǒng)由高壓軟管和射流噴頭及接頭組成。多孔射流噴頭要求能噴射破巖鉆進(jìn)，還能通過向后射流實(shí)現(xiàn)自進(jìn)。高壓軟管在承受高壓下通過轉(zhuǎn)向器，向噴頭輸送高壓液體。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 磨銑實(shí)驗(yàn)

3.1.1 139.7mm 套管室內(nèi)磨銑試驗(yàn)

使用鉆頭及工具進(jìn)行了139.7mm 套管（套管鋼級(jí)P110，壁厚9.17mm）室內(nèi)磨銑試驗(yàn)。泵壓10MPa，流量3.7m3/h，套管磨銑開孔時(shí)間20min。

圖4 套管磨銑試驗(yàn)

所鉆孔中最快用時(shí)10min。鉆孔情況不穩(wěn)定，鉆頭有蹩停的現(xiàn)象。

圖5 使用改進(jìn)后的鉆頭套管磨銑試驗(yàn)

3.1.2 鉆孔試驗(yàn)

使用高速鋼鉆頭進(jìn)行了鉆孔，用時(shí)25min，孔鉆成。鉆頭也有蹩停的現(xiàn)象。

圖6 高速鋼鉆頭磨銑試驗(yàn)

3.1.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)后的磨銑套管試驗(yàn)

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，又進(jìn)行了139.7mm 套管（套管鋼級(jí)P110，壁厚9.17mm）室內(nèi)磨銑試驗(yàn)，磨銑速度明顯提高，最快5min 能磨穿P110 套管，鉆頭無憋?，F(xiàn)象。

圖7 優(yōu)化設(shè)計(jì)后的磨銑套管試驗(yàn)

3.1.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)后139.7mm 套管固水泥室內(nèi)磨銑試驗(yàn)

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，使用鉆頭對(duì)139.7mm 套管（套管鋼級(jí)P110，壁厚9.17mm）固水泥進(jìn)行了室內(nèi)磨銑試驗(yàn)，最快5min 磨穿套管并鉆穿水泥，沒有鉆頭蹩停的現(xiàn)象。

圖8 優(yōu)化設(shè)計(jì)后139.7mmP110 套管固水泥室內(nèi)磨銑試驗(yàn)

3.2 噴射鉆進(jìn)試驗(yàn)

3.2.1 噴射自進(jìn)試驗(yàn)

在壓力50MPa，排量45L/min，內(nèi)徑28mm 鍍鋅管條件下，在噴射鉆頭的牽引下，高壓軟管能以1m/min 的速度前進(jìn)。

圖9 室內(nèi)自進(jìn)試驗(yàn)

在35Mpa 壓力，50L/min 排量下，使用80m 高壓軟管，在12m 長(zhǎng)2 7/8”油管中，用時(shí)1min 通過；第二次在54m 長(zhǎng)，內(nèi)徑28mm 鍍鋅管中，最快用時(shí)3min 通過。試驗(yàn)證明，在噴射鉆頭的牽引下，高壓軟管完全可以實(shí)現(xiàn)自進(jìn)。

圖10 室外自進(jìn)試驗(yàn)

3.2.2 破巖試驗(yàn)

采用建筑用發(fā)泡磚（厚度30cm）進(jìn)行了噴射試驗(yàn)，噴射壓力達(dá)到55MPa，排量20L/min，噴射鉆進(jìn)時(shí)間10min 左右。試驗(yàn)時(shí)高壓軟管經(jīng)過轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向90 度，噴射鉆頭能自進(jìn)。

圖11 55Mpa 噴射破巖試驗(yàn)

使用噴射壓力35MPa，排量50L/min，最快1 次2min噴穿30cm 厚空心磚。

圖12 35Mpa 噴射破巖試驗(yàn)

3.3 地層噴射試驗(yàn)

采用建筑用發(fā)泡磚（厚度30cm）進(jìn)行了噴射試驗(yàn)，噴射壓力達(dá)到51MPa，排量47L/min，噴射鉆進(jìn)時(shí)間10min 左右。試驗(yàn)時(shí)高壓軟管經(jīng)過轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向90 度，噴射鉆頭能自進(jìn)。

圖13 地層噴射試驗(yàn)

4 結(jié)語

通過一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，與國(guó)內(nèi)主要套管內(nèi)徑向鉆孔工具技術(shù)指標(biāo)比較，研制的磨銑鉆頭磨銑套管速度快，效果可靠，磨銑穿套管有可靠顯示，優(yōu)于同行業(yè)平均水平，噴射效果良好，研究成果整體達(dá)到較高水平。