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径向钻井技术二OO三年三月主要内容一、发展现状二、原理简介三、技术概况四、现场应用五、存在问题六、结论滴水穿石形容持之以恒必有所得，但滴水的确可以穿石。中国古代就已经发现了液滴凭借自有落体运动赋予的质量打击力击穿岩石这一漫长的现象。随着科技的发展，人们给液滴赋予了比自由落体运动大得多的打击能量，使持之以恒才能观察到滴水穿石现象在瞬间便可完成。这就是水射流。一、发展现状高压水射流技术是上世界70年代初在国外迅速发展起来的一门高新技术，它广泛应用于冶金、航空、机械、石油、化工等国民经济各个领域，并取得了可喜的经济效益。我国从上世纪70年代末开始从事这一领域的研究和应用，20多年来，这一新技术已扩展到我国工业清洗、除锈、切割、采煤和石油钻采工程等领域。同时，在高压水射流理论、应用研究及产品研制中，结合我国国情，逐步发展了具有中国特色的高压水射流设备和具有自主知识产权的核心技术。一、发展现状一、发展现状国外现状：美国Petrolphysics公司于20世纪70～80年代成功研制的径向水平钻井系统是早期径向钻井技术的代表。目前国外从事径向钻井的公司有美国RadialDrillingService（RDS）、Blast、WellEnhancementSerbices（WES）、RADJET公司等。与国内径向钻井技术相比，国外径向钻井技术施工压力高，喷射钻进距离长，喷射压力最高可达15000psi，喷射钻进距离最长可达103m，开窗套管钢级P110。一、发展现状国内现状：国内第一口高压水射流径向钻井锦04-19井，该井是由辽河石油勘探局工程技术研究院于1997年8月在辽河油田完成，径向进尺达到15.86m。在随后的几年里国内相继出现了天津波特奈尔、上海宏睿、安东石油等从事径向钻井的公司，早期径向钻井技术施工压力低，径向钻进进尺距离短，目前国内径向钻井技术施工压力最高达5000psi，喷射钻进距离30-50m,开窗套管钢级低。2011年9月长城钻探井下作业公司引进美国艾迪士RDS（RadialDrillingServices）径向钻井技术，艾迪士径向钻井有限公司是一家专门提供径向钻井服务的石油技术服务公司。总部位于美国德州休斯敦石油城，从事专业的径向钻井技术研发、设备制造以及现场作业服务，在全球30多个国家开展了1000余口井的径向钻井服务。到目前为止公司已经于RDS公司合作完成了7口径向钻井。一、发展现状主要内容一、发展现状二、原理简介三、技术概况四、现场应用五、存在问题六、结论二、原理简介高压水射流径向钻井抛弃了常规水平并靠钻头旋转机械破岩的方法，采用的是高压水射流破岩成孔技术。这种新工艺技术避免了传统水平井钻井所遇到的钻压施加困难及钻柱旋转带来的一系列复杂情况，大大地提高了水平井眼钻进效率。同时特殊的曲率半径保证了水平井段准确地进人油气储层，极大地提高了水平段钻进成功率和经济效益。二、原理简介径向钻井技术是一种油气田增产及完井技术，主要为低渗透、稠油、老油田和边际油气提供一种经济高效的开采途径；同时也是煤层气高效开发的主要手段之一，尤其适用于低压、低渗、低产层的开发。原理是先用钻头在油层部位的套管上磨铣开孔，然后使用带喷射钻头的软管，借助高压射流的水力破岩作用，在油层中的不同方向上钻出多个井眼的一种工艺技术。二、原理简介和其它工艺的对比1、复合射孔，穿透地层1米左右。2、压裂酸化，可以有效穿透地层，但是只能形成单缝，不能控制裂缝走向，对靠水油层不利，需要的施工液量很大。3、钻水平井,投资大，工期长，污染油层。喷射水平钻井井身结构示意图喷射水平钻井孔眼分布图二、原理简介水力喷射钻进高压泵对无固相钻井液加压，通过连续油管泵送到井下，钻井液经0.5in喷射钻头，高压势能转换成动能，产生高速射流，射流以冲量做功穿透地层，并在射流推动下形成深度超过100m，直径1—3in的水平井眼。二、原理简介1、喷嘴不进入21mm树脂玻璃管，并且21mm树脂玻璃管底部放有黄铜，该黄铜中部有10mm深孔道，开泵后将泵压固定1Mpa恒定，排量6.71L/min，得到拉力-250g。二、原理简介滴2、喷嘴进入21mm树脂玻璃管，但不进入黄铜，开泵后将泵压固定1Mpa恒定，排量6.71L/min，得到拉力61g。二、原理简介3、喷嘴进入21mm树脂玻璃管内的黄铜内，开泵后将泵压固定1Mpa恒定，排量6.71L/min，得到拉力220g。二、原理简介序号喷嘴嵌入位置泵压（Mpa）流速（L/min）拉力（g）1110mm管中16.71-250221mm管中16.7161321mm管中黄铜内16.71220总计31二、原理简介该井施工地层孔隙度0.2，渗透率200md，井底压力15Mpa，原油粘度2mPa.s,密度0.72g/cm3,进行4层径向钻井，每层4孔，每孔方位90°，共16孔。二、原理简介二、原理简介二、原理简介二、原理简介径向钻井最核心技术，是径向钻进水里参数的合理匹配及其对地层的适应性问题。二、原理简介由于使用高压软管作喷管且钻进距离较长，软管不能通过后续推力送进，必须依靠前端喷嘴的牵引拖动，径向钻井使用的喷嘴必须有自牵引能力。自牵引喷嘴分为前向钻孔喷嘴和后向推进喷嘴两部分。前后喷嘴利用高速射流钻入地层形成容许喷嘴软管进入的导向孔，后向喷嘴利用高速射流产生向前的牵引力拖动高压软管实现送进，后向喷射还起到扩孔和辅助排屑的作用。二、原理简介水力参数的匹配必须满足3个条件：喷嘴的牵引力至少能拖动进入水平段的高压软管；前向喷嘴能钻出导向孔，并在给定地层条件下达到一定钻进速度；泵源工作压力不超过限制。喷嘴牵引参数的测算高压软管的内公称直径为1/4＂时，单位重量约为3N/m，在水里的悬重约为2.3N/m。假设管体与孔壁的摩擦系数为0.3。喷嘴的牵引力F可由下式计算：二、原理简介喷嘴的牵引力F可由下式计算：F=ρq2v2cosθ2-ρq1v1cosθ1式中q1、q2是前后向喷嘴流量；v1、v2是前后向喷嘴射流速度；θ1、θ2是前后向喷嘴射流倾角。不妨设前向喷嘴的流速系数为1，后向喷嘴的流速系数为0.8，并取v1=245m/s，取θ1、θ2=15°。给定不同的q1，当F1=Ff时，可得到如下技术结果：二、原理简介软管长（m)摩阻Ff（N）前向流量q1（L/min）后向流量q2（L/min）总流量（L/min)(gpm)2013.8510.615.64.15034.517.222.25.91006928.133.18.72013.82029.449.413.15034.535.955.914.81006946.966.917.1二、原理简介通过上表可以得出：在给定射流速度V1下的前向流量q1反映了前向喷嘴钻孔水功率，流量越大水功率越高，钻孔速度就越快，适应地层的能力增强。对不同的地层选择何种参数、能得到多快钻速，需要通过地层的水射流可钻性评价试验确认。二、原理简介主要内容一、发展现状二、原理简介三、技术概况四、现场应用五、存在问题六、结论(1)技术优势(2)作业流程(3)井下工具(4)施工设备(5)施工参数(6)应用条件三、技术概况三、技术概况1、技术优势1)在套管上进行局部开窗，与常规开窗侧钻井相比对套管损伤小。2)不需要钻柱与钻头的旋转，减少了井下复杂情况的发生。3)采用无固相喷射液，施工周期短，最大限度的降低油层污染。4)疏通稠油井注汽通道，增加注汽量。5)改善地下井网布局，在生产层中创造一个更大的供油区，增大采油面积。三、技术概况1、技术优势5)改善地下井网布局，在生产层中创造一个更大的供油区，增大采油面积。10mm普通射孔(1m)孔眼面积约0.8cm2孔眼面积约5cm2孔眼容积约80cm3孔眼容积约53000cm3水力喷射(100m)13mm35mm增加6倍增加670倍三、技术概况1、技术优势6)改善地层渗透性，提高孔渗参数。7)取代射孔作业，能够远距离打开油气通道。8)对于出砂严重的井实施径向钻井后进行压裂作业，在孔道中加入填充物，防止砂堵孔道，增加生产周期。9)对于出现不同层位造成水窜的老井，可以采用炮孔挤水泥作业方式进行套管外的封堵，然后采用径向钻井工艺恢复油层开采。三、技术概况2、作业流程点击动画演示导斜器管柱组合开窗管柱组合喷射钻进管柱组合三、技术概况3、井下工具1.导斜器2.磨孔钻头及万向节3.高压软管4.喷头三、技术概况3、井下工具三、技术概况3、井下工具连续油管高压喷射泵控制台注入头(井深3000m)三、技术概况4、施工设备三、技术概况5、施工参数1)完成一个径向分支需起下两次连续油管（0.5in）作业，井眼直径1~3in,穿透深度100m；2)设计温度在120℃以下（如遇高温地层可更换特殊材质高压软管和钻头，最高可达180℃），压力15000psi3)最大作业深度3200m；4)无固相钻井液，液体过滤到10um以下；5)地面陀螺定向系统(Gyro，超过3000m使用)；6)假设单井5个井眼，作业时间2-4d。三、技术概况6、应用条件1)选井原则和方法应用径向钻井增产，关键是作业层位的选择。通过如下的方法寻找适合的井。a.通过地质和测井资料来确定储层的物性特征，选择最佳层段；b.监测出砂量，评价地层固结程度，选择合适的钻头和钻井液；三、技术概况6、应用条件1)选井原则和方法c.收集试井和地层测试数据，压力不低于原始地层压力的45%；d.收集岩石物性、储层厚度和生产数据，选择最合适的井况；e.确定井的类型——直井或斜井；f.进行声波-变密度测井，确保套管和地层有较好的固结以支撑喷射口；g.确定套管强度，设计同一水平面的井孔数。三、技术概况6、应用条件2)适应井况三、技术概况6、应用条件3)井筒条件：套管没有明显套变，保证导向器通过作业管柱要求洁净无油污、下井前要用通井机通井作业前要求洗井，确保井眼洁净喷射作业时要求留足口袋空间三、技术概况6、应用条件4）适用地层要求地层为煤层、砂岩、泥页岩等，油水分布清楚、油层2m以上、上下隔层发育良好、出砂不严重、断层清楚。主要内容一、发展现状二、原理简介三、技术概况四、现场应用五、存在问题六、结论四、现场应用1、井场设备布置图四、现场应用2、井口装置图浅井设备安装现场深井设备安装现场（带注入头）连续油管连接到鹅颈管利用修井机作业现场四、现场应用3、作业施工现场四、现场应用4、增产效果目前已完成1100口径向钻井，以下是部分产油井跟踪。辽河油区：完成7口径向钻井，平均井深1700m，平均单井日增产3-7倍不等。冷37-67-596井12月09日对冷37-67-596井实施径向水平井工艺，共喷射10孔，喷射距离100米，累计1000米。喷射压力8500PSI。该井套管外径177.8mm，壁厚8.05mm，套管钢级N80，最大井斜4°。冷37-67-596井自下而上钻遇了新生界第四系平原组，上第三系明化镇组、馆陶组、下第三系东营组、沙河街组砂一、二段、三段、四段地层。油气显示主要富集在砂三段，油藏埋深1446-2017m，岩性为砂砾岩、含砾不等粒砂岩、细砂岩，油层厚度平均5.6m，最大12.2m。储层物性较差，根据测井综合解释，平均孔隙度17.7%，渗透率15.5-42.4mD，泥质含量25.1%-40.8%。四、现场应用序号窗口深度（m)喷射进尺（m）喷射完钻井深（m）方位（度）11842.01001942.045°21842.01001942.0135°31842.01001942.0225°41842.01001942.0315°51835.01001935.00°61835.01001935.0120°71835.01001935.0240°81822.01001922.0240°91822.01001922.0120°101822.01001922.00°四、现场应用4、增产效果冷37-67-596井喷射数据设计四、现场应用4、增产效果冷37-67-596井自1998年2月份采油，2000年10月份由于产能低关井停采，有效生产时间399.6天，累计产油1875吨，累计产水245吨，即每