水平井套管水射流開窗裝置的結構設計

2022-07-15 11:10:48呂志利

西部探礦工程 2022年7期

呂志利

(大慶油田鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶 163000）

從全國范圍來看，低滲碳油氣資源，十分豐富，而且就現今形勢來說，我國很多油田開發已經進入中后期，生產能力不足，儲量聚減，成為急需攻克的困難，因此現在的當務之急是加強徑向水平井的研究以及后續技術的研發與改進。這對我國油氣藏高效開發具有非常大的經濟效益，而且能夠極大提高我國石油工業在國際上的競爭力，具有長遠的戰略意義。

目前，水力深穿透射孔技術已成功應用于豎直井。但是對于水平井，用傳統的鉆銑工藝開窗存在很大的問題，主要是由于開窗裝置的自重。因而提出采用高壓水射流開窗的工藝方法。

1 總體方案設計

參照原有的水力深穿透射孔技術，水力深穿透射孔技術的系統原理如圖1所示。

圖1 水力深穿透射孔系統原理圖

首先引導機械鉆頭至油田井下的目標層段，導向裝置將機械鉆頭由垂直方向轉為水平方向，然后啟動機械鉆頭，鍛銑套管及擴孔，在套管上形成水平的孔眼，然后收回鉆頭，將高壓軟管及高壓水射流噴頭送至井下目標層段，噴頭通過機械鉆頭鉆出的孔眼，進入目標層段的油層。

采用的工藝方法也是采用兩次加工方法，首先設計一個導向裝置，下到井下指定位置，然后也是利用導向裝置引導水平井套管水射流開窗裝置到達井下指定位置，然后啟動水射流開窗裝置，在套管上形成孔眼。然后同樣是收回開窗裝置，最后將高壓軟管及高壓水射流噴頭送至井下目標層段，噴頭通過水射流開窗裝置射出的孔眼，進入目標層段的油層。基于此想法，進行開窗噴嘴和導向裝置的結構設計。

2 噴嘴的結構設計

設想用一系列具有相對位置的噴孔去同時對套管進行沖蝕磨損，但是每個噴孔的磨損范圍有限，所以就想方設法把這些噴孔噴出的小孔連接在一起，以此來增大開窗效果，達到后續工序的要求。據此初步設計了以下方案。

（1）方案一。本方案的思想就是將一定數目的噴孔圓周陣列在一起，同時進行射流開窗，以達到擴大開窗范圍的效果。

本方案中，噴嘴內徑設計為13mm，中間噴孔的直徑為3mm，邊緣噴孔的直徑是2mm，噴孔數目是10個，噴孔與軸心線的夾角為20°，邊緣噴孔的起始位置到噴孔最前端的距離為20mm。

（2）方案二。方案二是在方案一的基礎上進行改進，噴嘴內徑設計還是13mm，中間噴孔的直徑改為4mm，邊緣噴孔的直徑是2mm，邊緣噴孔數目改為12個，噴孔與軸心線的夾角改為15°，邊緣噴孔的起始位置到噴孔最前端的距離為20mm不變。

（3）方案三。方案三也是在方案一的基礎上進行修改，噴嘴內徑設計為13mm，中間噴孔去掉，邊緣噴孔的直徑改為2.5mm，邊緣噴孔數目是10個，噴孔與軸心線的夾角為20°，邊緣噴孔的起始位置到噴孔最前端的距離為20mm不變。

（4）方案四。本方案中，噴嘴內徑設計為13mm，沒有中間噴孔，以增大邊緣噴孔的壓力，邊緣噴孔的直徑為2.5mm，噴孔數目為10個，噴孔與軸心的夾角為20°，邊緣噴孔起始位置到噴孔前端的距離為10mm。

方案二、三、四總體來說就是在方案一的結構上進行優化，調整噴頭直徑、噴孔的個數以及噴孔與軸線的夾角，最重要的調整就是方案四的改變噴孔起始位置到噴嘴最前端的距離，也就是間接地改變靶向距離，是改變沖蝕效果的關鍵。

3 導向器的結構設計

為了使噴嘴能夠固定在某一指定位置，除了設計噴嘴外，還需要設計相應的輔助裝置，導向器的設計就是面向這一難題。

其相關尺寸都是根據噴嘴的結構尺寸進行確定的，以保證噴嘴的位置精確且固定。導向器的初步設計思想就是在進行水平井水射流開窗工作時，首先將導向器導入井下指定位置并固定，然后將連接軟管的噴嘴放入到導向器中，也就是順著導向器里邊的軌道到達指定位置。導向器的另外一個重要作用就是當開窗工序完成以后，為了保證后續工序能夠準確地找到開窗位置提供很大幫助，所以初步設計了導向器這一重要的輔助裝置。