5?"套管內徑向鉆孔用套管開窗鉆頭研制

摘要：套管內徑向鉆孔鉆井技術能使老井復活，大幅提高油井產量和原油采收率，降低鉆井成本，是油田老井改造、油藏挖潛和增產穩產的有效手段，尤其適合于薄油層、稠油、低滲透等非常規油藏的開發。套管內徑向鉆孔鉆井技術主要包括套管開窗鉆孔和高壓水力射孔兩大核心技術。其中套管開窗鉆孔是現場施工中最關鍵的第一步。最近，國內科研人員對51/2"套管內徑向鉆孔鉆井技術進行了深入研究，研制出了與之配套的工具和開窗鉆頭。其中在套管開窗鉆孔技術方面，進行了大量的室內鉆孔實驗，研制出了最適合的開窗鉆頭。

關鍵詞：套管內徑向鉆孔鉆井技術；套管開窗；水力噴射鉆進，開窗鉆頭

中途分類號：TE242.4 文獻標識碼：A 文章編碼：1674-3520（2014）-02-00208-02

套管內徑向鉆孔鉆井技術是近年來國內外興起的一項鉆井新技術，是油田老井改造、油藏挖潛和增產穩產的有效手段之一，尤其適合于薄油層、稠油、低滲透等非常規油藏的開發。它的工作原理是使用開窗鉆頭直接對油層套管進行徑向開窗鉆孔，之后使用自進式高壓噴頭通過開窗孔進入油層進行高壓水力射孔，最終在油層內噴射出多個直徑Ф30mm～Ф50mm，長度80m～100m的微小孔眼（如下圖所示）。利用套管內徑向鉆孔鉆井技術對老油井進行技術改造，可以解除近井污染帶、實現油層解堵，使老井復活。通過徑向鉆孔，可以有效增大油層的泄油面積，大幅提高油井產量和原油采收率。另外，利用該技術對注水井進行技術改造，可以實現油層定向注水，降低注水壓力，提高注水效果。與常規的側鉆水平井相比，套管內徑向鉆孔鉆井技術具有鉆井成本低、見效快、周期短等優點，另外，由于在高壓噴射施工過程中全部采用清水，與常規側鉆井采用泥漿鉆井相比，它不會對油層造成任何污染損害。

套管內徑向鉆孔鉆井技術主要包括套管開窗鉆孔和高壓水力射孔兩大核心技術。只有開窗鉆頭順利在套管上由內向外鉆出規則的孔眼，自進式高壓噴頭才能順利穿過套管進入油層進行高壓水里射孔，因此套管開窗鉆孔是現場施工中最關鍵的第一步。國內科研人員對51/2"套管內徑向鉆孔鉆井技術進行了深入研究，試制了多種材料、多種樣式的開窗鉆頭（包括工具鋼鉆頭、硬質合金鉆頭等），并進行了大量的鉆孔試驗，研制出了最適合51/2"套管內徑向鉆孔的開窗鉆頭。

一、工具鋼開窗鉆頭研制

科研人員共設計了的三種樣式的工具鋼開窗鉆頭（如圖1所示），其中1號鉆頭為普通工具鋼鉆頭，2號鉆頭為工具鋼锪鉆，3號鉆頭為工具鋼球形銑削鉆頭。

為測試研制的工具鋼鉆頭在5?"套管內進行徑向鉆孔的能力，把鉆頭單獨安裝在一臺鉆床上，使用鉆床進行了鉆孔試驗，室內試驗如圖 2所示，試驗結果如表1所示。

二、硬質合金開窗鉆頭研制

科研人員根據工具鋼鉆頭套管內徑向鉆孔試驗情況，研制了切削刃強度更高的硬質合金開窗鉆頭。

1、雙切削刃硬質合金鉆頭

科研人員共研制了5只雙切削刃硬質合金開窗鉆頭，如圖3所示。5只鉆頭分別具有不同的內錐角，切削刀翼具有不同的前后角，每個鉆頭都鑲嵌了扶正硬質合金保徑來保證鉆孔的深度和方向，這批鉆頭鉆孔試驗結果見表2。

2、四切削刃硬質合金磨銑鉆頭研制

總結雙切削刃硬質合金鉆頭的鉆孔試驗結果，導致開窗鉆頭卡鉆的原因主要是鉆頭的兩個切削刃切削不穩定導致的。為了獲得更加穩定的切削性能，確保開窗鉆孔時不發生卡鉆現象，科研人員研制了四切削刃硬質合金鉆頭，如圖4所示。試驗時51/2"套管鋼級為N80，壁厚9.17mm，用時30min成功鉆穿套管，鉆孔過程順利，未出現卡鉆現象，試驗情況見圖5。

三、結論

通過各種鉆頭的套管內徑向鉆孔試驗和數據對比分析，四切削刃硬質合金開窗鉆頭鉆孔穩定性高、速度快，最能滿足套管內徑向鉆孔施工中套管開窗鉆孔的要求。

參考文獻

1 馬開良，吳福才，楊永印，徑向井技術在韋5井的應用，鉆采工藝，2005，28 （5）：17-20。

2 倪益民，袁永嵩，趙金海，勝利油田兩口超短半徑側鉆水平井的設計與施工，石油鉆探技術，2007，35（6）：57-59。

3 張義，鮮保安，趙慶波，超短半徑徑向水平井新技術及其在煤層氣開采中的應用，中國煤層氣，2008，5（3）：20-24。

4 侯樹剛，中原油田超短半徑徑向水平井技術研究及應用，鉆采工藝，2013，36（3）：24-26。

作者簡介：姓名：韓通 ，性別：男 ，出生年月：1981年11月6日，籍貫：山東鄒平，職務職稱：長江大學2010級鉆井工程專業工程碩士。研究方向：石油鉆井井下工具研制及推廣應用