1、1径向井技术在 W5 井的应用马开良 1 张宗林 1 丰全会 1 杨永印 2（1.江苏油田工程院；2.中国石油大学（华东）石油工程学院）摘要：介绍了径向水平井技术的主要内容、适用条件及在设计径向水平井眼深度和方位时应考虑的因素，重点论述了 W5 井现场施工中的套管段铣、井下扩眼、水平钻进的工艺过程、技术参数及技术原理。该井创造了国 内 径 向 井 三项纪录：三个径向分支水平井眼总长度最长、单个径向分支水平井眼长度最长、钻井周期最短。该井投产初期平均日产油 5.1 吨，日增油 1.5 吨，增产 40%。该技术的成功应用，为解决类似 W5 难以进行压裂改造的油田提供了新的增产途径。关键词：径向井；
2、段铣；扩眼；水平钻进；完井径向井技术及其适用条件径向水平井技术是在老井眼油层部位，利用高压水射流沿井眼半径方向钻出一个或多个辐射状水平井眼的钻井新技术 1。由于转弯半径很小，传统的旋转钻井技术无法用于钻径向水平井。因此采用高压水力喷射代替钻头破岩是解决径向水平钻井技术的主要思路。其工作原理是通过液压实现柔性钻具的转向和送钻，水射流钻头非旋转前进实现连续破岩钻孔（见图1） 。径向水平钻井技术要解决的主要问题有三个：一是水射流的钻孔有一定直径，满足采油要求；二是水平钻进能达到一定长度，尽量增大泄油面积；三是钻进速度。其中钻孔直径和钻速由水射流喷嘴的破岩能力所决定；水平井眼的长度与导向器系统的液压送
3、进能力密切相关。主要工艺过程有套管段铣、井下扩眼、水平钻进、完井等。技术核心是径向水平钻进技术，包括导向器系统、水射流喷嘴以及钻进控制等技术内容。径向水平井技术利用原有老井，直接在油层部位钻径向水平井眼，增大油层的泄油面积，开采剩余油，提高老井产量，工艺周期短，投资少，具有良好的技术经济效益。然而由于其工艺水平的限制径向水平井也有一定的适用条件：1500m 以内的疏松砂岩，便于扩眼和水射流钻进；井斜角在 10以内，便于套管段铣、扩眼和径向井眼在油层中延伸；目的层厚度在 2m 以上，有效孔隙度大于 20%，保证投产效益；目的层以上套管完好，便于施工作业和采油。W5 断块是受构造控制、岩性影响的具
4、有统一油水界面的层状油藏。地下原油粘度 290mPas 左右，属稠油断鼻油藏。W5 井为直井，位于 W5 断块中部，完钻井深 1250m，139.7N807.72 的油层套管下深 1181.54m，人工井底 1161.70m，环空水泥返深 549m。油藏埋深 1065m，地层压力系数 0.97，E 2f1砂岩油层平均孔隙度 24.1%，平均渗透率 200.510-3m 2，主力油层 8 号层厚 10.6m，距离 10 号水层12m，如用压裂改造措施极易产生水窜，尤其适合采用径向水平井技术进行改造。钻井设计W5 断块地层北倾，地层倾角 4.2，最大主应力方向为 27.5，根据周围采油井的生产情况
5、并考虑注水井的影响，按有利于提高产量的顺序依次设计径向水平井眼的方位分别为：A 井眼2207.5225，B 井眼 27.545，C 井眼 117.5135。为了避开油层套管接箍和套管扶正器（第 13 号无扶正器的套管深度为 1059.311068.70m）并考虑钻具组合及井深误差的影响，设计径向水平井眼的起点深度在油层中部，井深为 1065.69m，单井眼长度要求超过 15m。同时按施工顺序依次设计了套管段铣、井下扩眼、井径测量、水平钻进、完井等工艺技术参数及措施。现场施工1 井眼准备首先进行热洗井并用 121 刮管器通井、刮管至 1112m 遇阻划不下去起钻。2 套管段铣段铣钻具组合：118
6、 扶正器 + TDX-139 段铣器 + 311210 + 73 加重钻杆 12 根 + 73 钻杆段铣器在井口试验正常后下至上窗口 1062.91m 启动转盘，旋转正常后开泵，刹住刹把切割套管，参数见表 1。切割 6 分钟，泵压下降 2 MPa，表明套管被切断，铣刀撑开，继续旋转工具 5 分钟，修整切割断面并逐渐加压段铣套管。段铣至下窗口 1067.41m 起钻，进尺 4.5m，机械钻速 0.29m/h，起钻完刀片磨损正常，但118 扶正器脱扣落井，分析认为在段铣过程中有部分铁屑和岩屑堵塞扶正器与套管间的环空，造成蹩钻倒扣。表 1 段铣套管工艺参数段 铣 参 数工具型号工艺过程 钻压kN转速
7、r/min泵压MPa排量l/s切割 0 78 108 10TDX-139段铣 40 60 8 10为了增加扩眼时的沉砂口袋，起出段铣器后下入118 通径规通井至井深 1101m 遇阻起钻。3 井下扩眼导向器实现转向的井眼直径需 620mm 以上，井眼扩大量大，从减小扩眼器的扭矩入手, 设计了115 单轴双牙轮液压伸缩式扩眼器，在非伸展工作状态下入井，开泵后在压力作用下，通过活塞、连杆推动牙轮轴偏转，带动牙轮伸展使扩眼直径增大，最大偏转角度为 80。扩眼直径与牙轮轴的偏转角度和牙轮组的有效长度有关。在牙轮轴达到最大偏转角度后，扩眼直径取决于牙轮组的有效长度。由于扩眼直径大，扩眼工艺分两级完成。考
8、虑扩眼井段以及扩眼器扶正困难，对应的扩眼器牙轮组长度分别为 260mm 和 360mm，以保证扩眼直径满足要求。3.1 一级扩眼钻具组合：GLKKQ1401 扩眼器0.7m + NC38NC26 接头0.25m + 116121 稳定器组3.75m105 钻铤8.55m120 稳定器0.2 m73 加重钻杆116.31m73 钻杆为了保证扩眼器工作安全，一级扩眼井段定为 1063.261067.16m，与上下窗口的距离分别为0.35m 和 0.25m。扩眼器在井口试验正常后下至扩眼段起点 1063.26m 启动转盘旋转正常后开泵，刹住刹把定点造台阶，然后按表 2 工艺参数扩眼。扩至 1067.
9、16m 后反复提放划眼无阻卡起钻。表 2 一级扩眼工艺参数钻压/kN转速/r/min泵压/MPa排量/L/s510 68 58 1033.2 二级扩眼将一级扩眼钻具组合中的扩眼器更换为 GLKKQ1402 扩眼器0.9m，其它不变。扩眼工序同一级扩眼，扩眼参数见表 3。表 3 二级扩眼工艺参数钻压/kN转速/r/min泵压/MPa排量/l/s2030 60 810 10二级扩眼井段 1062.771066.42m，段长 3.65m，扩眼过程工作平稳，无蹩跳现象，但起出二级扩眼器发现在其上部 1.88m 处扶正器的连接螺纹产生了残余弯曲变形且母扣胀扣 0.5mm，扩眼器前牙轮断齿 6 颗，活塞杆
10、失效，表明下部钻具组合的刚性不足或钻压偏大。4 井径测量为了能测量出扩眼段 620mm 以上的井径，测井公司将四臂井径测量臂从原来的 235mm 加长至 330mm。从井径曲线（图 2）中可以看出扩眼段 10631064 m 井径达到了 600mm 以上，而上部10631061m 因测量臂逐渐进入套管使井径均匀减小，而下部1065.01066.42m 井径小于 500mm，也证明了二级扩眼时下部钻具弯曲造成井径缩小。图 2 二级扩眼后的井径曲线5 重复二级扩眼吸取第一次二级扩眼的经验教训，调整下部钻具组合，用 105 钻铤代替原扶正器组合，增加下部钻具的刚性，其钻具组合为：GLKKQ1402
11、扩眼器0.9m+NC38NC26 接头0.25m+105 钻铤8.55m120 稳定器0.2m73 加重钻杆116.31m73钻杆。同时调整扩眼工艺参数，控制钻压不大于 5kN，转盘转速提高到 100 r/min。对照井径曲线，重点扩大下部1065.01066.42m 的小井径段，起出扩眼器磨损较小，钻具也无弯曲变形，扩眼器前牙轮的实际工作长度为 75mm，表明在原井眼基础上又扩大了 150mm，理论计算此次将井眼扩大至 650mm 以上，可以满足转向器的工作要求。6 水平钻进水平钻进采用高压水射流破岩方式。用油管将专用导向器送入到设计位置，强迫钻管从垂直井眼到水平井眼的转向。导向器钻具组合为
12、：110mm 导向器3.145m73mm 短油管0.5m124mm锚定器1.78m110mm 定向接头0.275m73mm 油管1056.68m73mm 调长短油管(3.54)m+井口四通。根据水平井眼的设计方位，用陀螺仪定向后通过上提下放钻具进行锚定。图 3 导向器及钻管的下部组合示意图4用抽油杆将钻管从油管内送入到设计位置，钻管钻具组合为：32 钻管（20. 5524.26）m16 抽油杆8.016m1619 接头0.062m19 接箍0.14m19 抽油杆1025.63m19 抽油杆（68）m16 抽油杆（光杆）21.4m。导向器及钻管的下部组合见图 3。配抽油杆组合时应注意在 32 钻
13、管底部插入到导向器内的密封部位时，最上一根 19 抽油杆的顶面在井口四通以下，满足钻进时送钻的要求。喷嘴采用进口和国产的高强度 PSWB 型旋转射流喷嘴，直径 7mm，室内和地面台架实验表明，该喷嘴在压力 4550MPa、排量 10l/s 的条件下，在砂岩地层可以钻出 100mm 甚至更大的孔眼。钻管采用无缝低炭合金钢，具有足够的强度和较好的韧性，喷嘴与钻管及钻管与钻管之间的连接在现场用氩气保护焊连接。 水平钻进时由压裂车提供高压钻井液，保持稳定的压力、排量；地面送进装置控制均匀送进，拉力在合适范围内。钻进的参数及结果见表 4。表 4 水平钻进参数及结果井眼 压力/MPa 排量/l/s 拉力
14、/kN井眼长度/m方位/ 钻进时间/h机械钻速/m/h起钻原因A 4856 11 4012 11.60 212 4 2.9 钻管本体刺坏B 4550 10.5 6040 19.55 32 5.6 3.5 地面光杆送进完C 4451 10.5 4025 10.78 122 4.8 2.2 拉力下降速度慢7 钻井液技术W5 径向井目的层为中低渗、强水敏、弱碱敏的特性，要求钻井、完井液具有很好的保护油气层的性能。使用的钻井液完井液性能见表 5。项目 密度/g/cm3粘度/s含砂/%中压滤失量/ml塑性粘度mpa.s动塑比段铣、扩眼 1.05 81 0.2 6.0 22 0.59水平钻进 1.03 3
15、9 0.1 6.8 14 0.367.1 段铣及扩眼采用暂堵型保护油气层有机正电胶钻井液。该体系使用油溶性暂堵剂和有机正电胶，确保对油层的有效保护，使用正电胶增强了钻井液携带钻屑的能力。7.2 水平钻进采用无固相甲酸盐聚合醇完井液。该体系能有效抑制储层的粘土颗粒水化膨胀，而且与地层流体有良好的配伍性，不会产生二次沉淀。井眼净化效果好、滤饼薄、流变性好、循环压降小，可有效提高射流水功率，提高机械转速，满足了径向水平井保护油气层的要求。8 完井该井目的层为砂岩储层，胶结较好，在前期采油过程中不出砂，研究采用裸眼完井，优化完井工艺，缩短完井时间。水平钻进结束起出井内抽油杆及油管，下入光钻杆通井、循环
16、洗井，起钻时直接甩钻杆，起钻完5拆井口防喷器，装采油底法兰及四通，然后下入油管及抽油杆，装好采油井口，钻井队立即拆设备并搬迁腾空井场。采油队先抽排出井内完井液，然后即进行采油投产。这样，从水平钻进完到采油投产仅用 5 天时间，比常规完井至少缩短 3 天时间。9 结论及建议） 径向水平井为压裂易窜的薄互层的储层改造提供了新的增产手段，在江苏油田 W5 井实施径向水平井平均日增产 40%。） 径向水平井有其自身的适应条件，在满足条件的基础上径向水平井眼长度可达 15m 以上，并且在同一井段可钻出三个以上的径向水平井眼。） 径向井钻井施工是一项系统作业，施工设计及钻进参数要考虑各个部分的条件，注意各
17、方面的协调。） 无固相甲酸盐聚合醇钻井、完井液可以保证径向钻井施工并有助于保护油气层。） W5 径向井创造了国内径向井三项纪录: 三个径向水平井眼总长度最长达 41.93m、单个径向水平井眼最长达 19.55m、钻井周期最短仅为 11 天 21 小时。） 径向井适用条件仍有一定限制，通过改进钻井液及喷嘴结构与材质等措施可以进一步增加破岩能力；通过改进扩眼工具，可以进一步扩大其应用范围。） 径向井技术的不断完善将会有更加广阔的应用前景。参考文献：1 论文：杨永印等.水力喷射钻径向水平井技术研究与实践.焦作工学院学报,第 18 卷,第 4 期,1999 年 7 月.作者简介：马开良，江苏油田石油工程技术研究院，钻井工程师，江苏省扬州市文汇西路 1 号，225009， （0514）7762407(13338855981)；电子信箱：
