论文部分内容阅读
摘 要：石油的开采经历了较长时间，许多油井的情况发生变化，出现老化、报废的情况。现代的技术发展，小井眼开窗侧钻水平井钻井技术逐步的成熟，为解决油井老化或者报废的问题提供了新的思路。充分利用该技术能够提高老井的产量及生产效率，恢复报废井。本文简单阐述了小井眼水平井开窗侧钻钻井技术的概念；工程方案设计，包括侧钻方式选择、井眼轨迹设计、钻具组合及钻井参数设置、测量作业等，并提出了几点质量控制措施，包括井眼轨迹控制、钻井液控制、摩阻及扭矩控制等，为从事小井眼开窗侧钻钻井的人员提供一定的参考与借鉴。
关键词：油田 小井眼 水平井 开窗侧钻 钻井技术 研究
社会的不断进步，各个企业的发展，产业不断扩张，对于能源的需求量激增。石油产业作为能源行业的重要组成部分，在该社会形势下得到了长足的发展。油田的开发经历了较长的时间，在开采过程中，油井的情况有了较大的变化，使得需要多油井的产量降低，而被迫停产，设备老化，甚至直接报废等，尤其是西部地区，地层情况十分复杂，周边的环境较为恶劣，在进行勘探及开发时存在较多的困难。现代科学技术的发展，小井眼开窗侧钻技术即是较为先进的技术之一，其能够提高老化油井的产量，达到较好的经济效益及社会效益。
一、小井眼开窗侧钻水平井钻井技术概述
小井眼开窗侧钻水平井钻井技术属于较为新型钻井技术，其综合了定向井技术、水平井技术、小井眼钻井技术等，基本上可以视为钻井工艺发展水平的代表技术。该技术作用在于能够恢复各种油井的生产效率，包括停产井、套损井、报废井、低产井等，并适用于开发各个类型的油藏，有效的降低油田的综合开发成本。对于老化的油井，可以充分利用其自身的结构优势，如原有的场地、地面的配套采输设备、成熟的操作流程等，深入开发油藏，有效降低钻井费用，减少套管使用费，避免了地面建设费的投入，从而控制了建设成本，也极大的缩短了施工周期，并有助于保护环境，保障企业的经济效益[1]。
二、小井眼开窗侧钻水平井钻井方案设计
1.侧钻方式选择
侧钻方式可以根据实际情况合理选择，常用的侧钻方式可以分为段铣侧钻及开窗侧钻两种，二者的优势及缺点均有不同，具体内容如下：①段铣侧钻 先在设计侧钻的位置，利用段铣工具铣掉一段套管，注入水泥，再利用侧钻钻具，以定向钻井的方式，打出新的井眼。该技术的优势在于工艺较为简单，掌握较为方便，可靠性良好，并能够有效避免套管的磁干扰，在定向钻井过程中使用磁性测斜仪器，能够准确的定向。但是该技术也存在一定的缺陷，即为套管段铣段长度较大，一般超过18m，受到各种因素的影响，包括工具因素、技术水平因素等，需要耗费较多的时间及精力进行反复磨铣才能完成。段铣工作结束后，需要打入水泥塞，等待其冷却硬化，在清理表面，流程较为复杂；②开窗侧钻 该技术是先使用斜向器和开窗铣锥，于设计位置对套管进行打磨，最终形成窗口，再利用侧钻钻具打出新的井眼。该技术的优势在于设计简便，且施工较为简单，但是测量仪器会受到套管的磁干，而需要改用陀螺测斜仪进行定向，侧钻形成新井眼前20m，均需要陀螺测斜仪作为检测辅助，测量成本较高[2]。
2.钻具组合及钻井参数设置
在对短半径水平井实时钻井工作时，需要在较短的井段内的完成造斜，井眼曲率的波动较大，造斜井段会对钻柱产生强大的弯曲应力，钻具容易出现疲劳损害。钻柱在旋转的过程中，处于弯曲井段的钻柱会受交变应力影响，极易出现疲劳破坏，因此在施工中需要尽量降低钻柱持续受到交变应力影响，在每趟钻到曲井段的钻柱位置时，应尽量避免钻柱受到疲劳失稳破坏。在造斜段及水平段需要全部利用斜坡钻杆，而加重钻杆则运用于直井段，能够降低钻柱磨擦，强化钻柱的抗压失稳性能。
3.井眼轨迹设计
开窗侧钻水平井需要顺利施工，需要先进行井眼轨迹的形状设计工作。如果油井属于三维水平井，在实时小井眼开窗侧钻时，需要参考普通水平井的特点，还充分考虑其他因素，包括井眼直径小定向井段高造斜率、套管开窗可控井段短等特点。油层开采还必须考虑有利于油层开采，并兼顾达到地质设计需求。大部分老油井均有一定的井斜方位，该方位往往与新设计方位有所出入。因此井眼轨迹需要根据油井的情況，进行三维设计。其井眼轨迹一般需要设计三增轨道，中间的造斜段造可以作为调整，因此斜率相对较低，在第一和第三高造斜率井段实际造斜率与设计造斜率产生误差时，作为补充[3]。
4.测量作业
分析比较各个类型的测量仪，综合评估后认定在小井眼侧钻三维水平井造斜井段施工是使用有线随钻测量仪的效果最佳。造斜井段在使用有线随钻测量仪器时，先运用电缆将井下各物资传输至地面，包括仪器测量的测点井斜、测点方位、当时动力钻具的工具面角等。有线随钻测量仪的优势在于数据传输速度较快，测量仪器的传感器与钻头的距离较近，一般为5m～8m，测量的准确度高好，且成本较低，但是由于其需要反复的使用电缆进行传输，工作效率受到较大的限制。另外，无线随钻测斜仪器也是较为常用的测量仪器。其与有线随钻测斜仪的区别在于无需电缆，工作效率也较高，但是相对成本高，且数据传输较为耗时，测量仪器传感器与钻头的距离一般为15～18m，准确度受到一定的限制。
三、质量控制措施
在进行该项工程时也需要采取一定的措施，保障钻井的质量及油井再次使用时的生产效率，具体措施有以下几点：①井眼轨迹控制 在对井底参数进行预测时，需要准确计算出动力钻具造斜率。在该项施工中，在造斜段及水平段钻进时会产生的井斜角与方位角，先以螺杆钻具造斜率计算结果为基础，使用水平井工程软件，对其的变化规律进行准确地预测，保障井眼轨迹能够顺利进入设计靶窗；②钻井液控制 钻井液需要具有表观粘度低、低剪切速率、动塑比高、粘度良好、泥饼厚度小、悬浮携砂能力强、润滑性良好、抑制性强等各项性能，且需要有流变性强、性能稳定、维护简单、无污染等特点；③摩阻、扭矩控制 要达到降低摩阻、降扭矩的目标，可以充分利用计算机软件，对钻具组合及相关的条件下，钻柱轴受到的力量进行分析计算，根据计算结果及时调整钻井方式及钻井参数。另外，可以在斜井段使用柔性斜坡钻杆，从而降低钻柱与井壁之间的阻力[4]。
四、总结
由于现在许多油田的开发已经到达后期，在前期的开采中也使用了较多的技术。提高油井的产量，而使得油井的情况十分复杂，出现了较多问题，如油井老化、产量下降、工作效率低等，情况严重的油井会直接报废，大大浪费了资源。科学技术的发展，使得小井眼开窗侧钻水平井钻井技术的应用逐渐广泛。其属于一项综合性的钻井技术，能够有效的提高油井的产量及生产效率，并将报废的油井重新启动，发展前景十分广阔。本文仅从一般的角度分析了施工方案的设计及质量控制措施，实践中还需要施工人员全面掌握油井的各项因素，探索出适合实际情况的施工方案，并注意质量控制，提高油井的生产能力，创造更好的经济效益及社会效益。
参考文献
[1]张毅，华健.开窗侧钻井三维轨迹的可视化实现及工程应用[J].石油工业计算机应用.2013（02）：17-18.
[2]赵恩远，夏柏如，赵士强，艾教银.套损井开窗侧钻水平井挖潜剩余油技术[J].石油钻采工艺.2009，31（01）：79-72.
[3]徐云龙.川西浅层气藏小井眼长水平段水平井钻井技术[J].钻采工艺.2013，36（04）：111-113.
[4]艾贵成，王震玉，马上岗，李国兴，赵雷青.开窗侧钻小井眼水平井钻井技术[J].西部探矿工程.2009（07）：59-61.
作者简介：钟成兵（1976-）男，汉族，四川泸州人，工程师，主要从事钻井方面的工作。
关键词：油田 小井眼 水平井 开窗侧钻 钻井技术 研究
社会的不断进步，各个企业的发展，产业不断扩张，对于能源的需求量激增。石油产业作为能源行业的重要组成部分，在该社会形势下得到了长足的发展。油田的开发经历了较长的时间，在开采过程中，油井的情况有了较大的变化，使得需要多油井的产量降低，而被迫停产，设备老化，甚至直接报废等，尤其是西部地区，地层情况十分复杂，周边的环境较为恶劣，在进行勘探及开发时存在较多的困难。现代科学技术的发展，小井眼开窗侧钻技术即是较为先进的技术之一，其能够提高老化油井的产量，达到较好的经济效益及社会效益。
一、小井眼开窗侧钻水平井钻井技术概述
小井眼开窗侧钻水平井钻井技术属于较为新型钻井技术，其综合了定向井技术、水平井技术、小井眼钻井技术等，基本上可以视为钻井工艺发展水平的代表技术。该技术作用在于能够恢复各种油井的生产效率，包括停产井、套损井、报废井、低产井等，并适用于开发各个类型的油藏，有效的降低油田的综合开发成本。对于老化的油井，可以充分利用其自身的结构优势，如原有的场地、地面的配套采输设备、成熟的操作流程等，深入开发油藏，有效降低钻井费用，减少套管使用费，避免了地面建设费的投入，从而控制了建设成本，也极大的缩短了施工周期，并有助于保护环境，保障企业的经济效益[1]。
二、小井眼开窗侧钻水平井钻井方案设计
1.侧钻方式选择
侧钻方式可以根据实际情况合理选择，常用的侧钻方式可以分为段铣侧钻及开窗侧钻两种，二者的优势及缺点均有不同，具体内容如下：①段铣侧钻 先在设计侧钻的位置，利用段铣工具铣掉一段套管，注入水泥，再利用侧钻钻具，以定向钻井的方式，打出新的井眼。该技术的优势在于工艺较为简单，掌握较为方便，可靠性良好，并能够有效避免套管的磁干扰，在定向钻井过程中使用磁性测斜仪器，能够准确的定向。但是该技术也存在一定的缺陷，即为套管段铣段长度较大，一般超过18m，受到各种因素的影响，包括工具因素、技术水平因素等，需要耗费较多的时间及精力进行反复磨铣才能完成。段铣工作结束后，需要打入水泥塞，等待其冷却硬化，在清理表面，流程较为复杂；②开窗侧钻 该技术是先使用斜向器和开窗铣锥，于设计位置对套管进行打磨，最终形成窗口，再利用侧钻钻具打出新的井眼。该技术的优势在于设计简便，且施工较为简单，但是测量仪器会受到套管的磁干，而需要改用陀螺测斜仪进行定向，侧钻形成新井眼前20m，均需要陀螺测斜仪作为检测辅助，测量成本较高[2]。
2.钻具组合及钻井参数设置
在对短半径水平井实时钻井工作时，需要在较短的井段内的完成造斜，井眼曲率的波动较大，造斜井段会对钻柱产生强大的弯曲应力，钻具容易出现疲劳损害。钻柱在旋转的过程中，处于弯曲井段的钻柱会受交变应力影响，极易出现疲劳破坏，因此在施工中需要尽量降低钻柱持续受到交变应力影响，在每趟钻到曲井段的钻柱位置时，应尽量避免钻柱受到疲劳失稳破坏。在造斜段及水平段需要全部利用斜坡钻杆，而加重钻杆则运用于直井段，能够降低钻柱磨擦，强化钻柱的抗压失稳性能。
3.井眼轨迹设计
开窗侧钻水平井需要顺利施工，需要先进行井眼轨迹的形状设计工作。如果油井属于三维水平井，在实时小井眼开窗侧钻时，需要参考普通水平井的特点，还充分考虑其他因素，包括井眼直径小定向井段高造斜率、套管开窗可控井段短等特点。油层开采还必须考虑有利于油层开采，并兼顾达到地质设计需求。大部分老油井均有一定的井斜方位，该方位往往与新设计方位有所出入。因此井眼轨迹需要根据油井的情況，进行三维设计。其井眼轨迹一般需要设计三增轨道，中间的造斜段造可以作为调整，因此斜率相对较低，在第一和第三高造斜率井段实际造斜率与设计造斜率产生误差时，作为补充[3]。
4.测量作业
分析比较各个类型的测量仪，综合评估后认定在小井眼侧钻三维水平井造斜井段施工是使用有线随钻测量仪的效果最佳。造斜井段在使用有线随钻测量仪器时，先运用电缆将井下各物资传输至地面，包括仪器测量的测点井斜、测点方位、当时动力钻具的工具面角等。有线随钻测量仪的优势在于数据传输速度较快，测量仪器的传感器与钻头的距离较近，一般为5m～8m，测量的准确度高好，且成本较低，但是由于其需要反复的使用电缆进行传输，工作效率受到较大的限制。另外，无线随钻测斜仪器也是较为常用的测量仪器。其与有线随钻测斜仪的区别在于无需电缆，工作效率也较高，但是相对成本高，且数据传输较为耗时，测量仪器传感器与钻头的距离一般为15～18m，准确度受到一定的限制。
三、质量控制措施
在进行该项工程时也需要采取一定的措施，保障钻井的质量及油井再次使用时的生产效率，具体措施有以下几点：①井眼轨迹控制 在对井底参数进行预测时，需要准确计算出动力钻具造斜率。在该项施工中，在造斜段及水平段钻进时会产生的井斜角与方位角，先以螺杆钻具造斜率计算结果为基础，使用水平井工程软件，对其的变化规律进行准确地预测，保障井眼轨迹能够顺利进入设计靶窗；②钻井液控制 钻井液需要具有表观粘度低、低剪切速率、动塑比高、粘度良好、泥饼厚度小、悬浮携砂能力强、润滑性良好、抑制性强等各项性能，且需要有流变性强、性能稳定、维护简单、无污染等特点；③摩阻、扭矩控制 要达到降低摩阻、降扭矩的目标，可以充分利用计算机软件，对钻具组合及相关的条件下，钻柱轴受到的力量进行分析计算，根据计算结果及时调整钻井方式及钻井参数。另外，可以在斜井段使用柔性斜坡钻杆，从而降低钻柱与井壁之间的阻力[4]。
四、总结
由于现在许多油田的开发已经到达后期，在前期的开采中也使用了较多的技术。提高油井的产量，而使得油井的情况十分复杂，出现了较多问题，如油井老化、产量下降、工作效率低等，情况严重的油井会直接报废，大大浪费了资源。科学技术的发展，使得小井眼开窗侧钻水平井钻井技术的应用逐渐广泛。其属于一项综合性的钻井技术，能够有效的提高油井的产量及生产效率，并将报废的油井重新启动，发展前景十分广阔。本文仅从一般的角度分析了施工方案的设计及质量控制措施，实践中还需要施工人员全面掌握油井的各项因素，探索出适合实际情况的施工方案，并注意质量控制，提高油井的生产能力，创造更好的经济效益及社会效益。
参考文献
[1]张毅，华健.开窗侧钻井三维轨迹的可视化实现及工程应用[J].石油工业计算机应用.2013（02）：17-18.
[2]赵恩远，夏柏如，赵士强，艾教银.套损井开窗侧钻水平井挖潜剩余油技术[J].石油钻采工艺.2009，31（01）：79-72.
[3]徐云龙.川西浅层气藏小井眼长水平段水平井钻井技术[J].钻采工艺.2013，36（04）：111-113.
[4]艾贵成，王震玉，马上岗，李国兴，赵雷青.开窗侧钻小井眼水平井钻井技术[J].西部探矿工程.2009（07）：59-61.
作者简介：钟成兵（1976-）男，汉族，四川泸州人，工程师，主要从事钻井方面的工作。