水力深穿透钻孔技术的改进与完善

高 丽 ，唐海军 ，马建杰 ，司志梅

(中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225009)

水力深穿透钻孔技术的改进与完善

高 丽1，唐海军1，马建杰1，司志梅2

(中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225009)

水力深穿透射孔技术是利用高压水射流钻孔的方式形成清洁孔道，改善近井地带渗流状态的一种水平钻孔技术。针对该技术在江苏油田W5-17井、W5-19井作业施工出现的问题，提出对过滤系统、控制系统及钻孔用喷管的改进措施。通过以上三方面的改进完善，在S14-9井应用该技术，作业6孔，孔深5 m，该井取得了显著的增产效果。

深穿透 钻孔 过滤系统 控制系统

水力深穿透钻孔技术是油田完井工程中增产、增注、提高原油采收率的高效技术手段之一。从20世纪80年代中期开始，水力深穿透钻孔技术先后在美国、加拿大逐步应用[1]。经过30多年发展，该技术日趋成熟，在辽河、大庆、胜利和江苏油田都进行了应用[2-8]，是一种适用于解除油藏污染、提高油井产量、增加水井注入量的简单有效的新工艺技术。

1 技术机理及施工存在的问题

1.1 水力深穿透技术原理

水力深穿透技术采用油管将钻孔工具(如图1所示)下至油层深度，通过地面加压控制井下工具液压缸，在高压作用下，冲头在套管及水泥环上冲孔，然后钻孔软管从中空的冲头中伸出，喷射高压水射流在地层中，切割出直径约30 mm，深度2～5 m的不闭合孔道来增加地层导流能力，改造地层。每钻完1个孔后，依次回收软管、冲头，解封锚定器，然后上提管柱，继续开始钻第2个孔，每趟管柱可钻5～6个孔。水力深穿透钻孔技术由于孔眼导流能力高，定位准确，对于薄油层只需打少量孔即可达到普通射孔弹射多孔的效果，特别适合于薄油层完井。

图1 水力深穿透钻孔工具

1.2 施工中出现的问题

水力深穿透钻孔技术曾在江苏油田韦5-17井、韦5-19应用，两口井都取得了增产效果，但是在应用中也存在一定的问题：

(1)管柱遇卡：水质差引起过滤系统污染损坏、水路堵塞，控制系统失效，冲头不能收回。拆卸起出井筒的工具，发现顶端的控制水路过滤器表面污染严重，过滤器上半部有破损和污染物堆积现象，控制水路不畅，直致失效，并造成下级过滤器因堵塞膨胀而穿孔，同时导致控制水路中单向阀堵塞，不能复位。

(2)软管易破裂：W5-17井和W5-19井在钻孔作业中均出现流量增大现象，经检查发现软管根部内芯破裂，造成大流量泄漏，W5-17井还发现工具某处密封圈断裂。

2 水力深穿透钻孔工具的改进

针对上述问题，提出以下三方面的改进措施：

2.1 过滤系统的改进

图2 井下循环清洗阀工作原理

在钻孔过程中，如果工作介质或井筒中杂质较多，则容易发生过滤器堵塞。对此，进行了以下改进：

(1)针对作业中过滤器易污染的问题，设计了井下循环清洗阀(如图2所示)，安装在过滤系统的上端。在钻孔前，向油管内注入清水，排出油管的杂质，达到清洗的目的。在完成油管清洗后，投球打压，在水流推动下堵住循环阀阀芯入水口，在一定压力时阀芯剪断销钉，阀芯动作，关闭通向油管外的通道，钻孔工具可以开始作业。

(2)将用于控制系统的过滤器长度由原先的1 m增加到3 m，即安装3根1 m的全聚苯硫醚过滤器，其过滤表面积为原来的3倍。由此极大地增加了过滤器的抗污能力，保证了过滤系统的安全可靠。

(3)过滤器内部加装1根表面过滤器，直径18 mm，长度500 mm，过滤精度40。该表面过滤器用以防止上级过滤系统出现意外泄漏或过滤器表面脱落等情况。

2.2 控制系统的改进

针对作业过滤器发生污染堵塞，导致冲头不能回收的问题，设计了“逃生舱”方案，即在油管管串末端采用滑阀结构，独立引出一条水路直通控制工具冲头回收的液压缸内腔，可以在任何情况下，投球开启滑阀，绕过所有的过滤系统，实现高压回收冲头，避免了作业过滤器污染后控制水路堵塞，导致因回收压力不足而不能回收冲头的问题。

2.3 钻孔用喷管的改进

软管在油井内射流作业时，经受挤压、绕结、高压冲击、弯变脉冲[9-10]等恶劣工况，喷管易发发生破损断裂，导致频繁起下钻更换喷射软管，作业效率低下。同时这种胶管结构上不能承受扭矩和推力，在坚硬地地层内，易造成无法喷进、作业失败的后果。为此，研制了一种新型喷管(如图3所示)。

图3 新型喷管结构

金属铠护外层由许多独立的刚性护管小件卡接而成，护管小件之间用特殊的企口连接，并有防退台阶，护管小件之间预设间隙。喷管的结构具有良好的整体强度，能传递拉伸力、推力、扭转力，同时满足喷管所需的弯曲度。

3 现场应用及效果分析

S14-9井是江苏油田沙14断块的一口开发井，最大井斜46.12°，对应深度2 683.39 m。2011年3月射开26,27号层，无油气显示，采用酸化后出液全是水，后注灰封掉26、27号层，上返射开上部10,12号层，投产初期日产液8 t，日产油7.2 t，含水10.0%。至实施水力深穿透钻孔措施前，日产液1.2 t，日产油0.4 t，含水66.7%，累产油3 278 t。

综合S14-9井地质、油藏等特点，结合套管强度分析、油井产能计算等，该井水力深穿透钻孔设计如下：孔数为6孔，孔深5 m，如表1所示。

表1 S14-9井布孔表

对井筒通井、试压、洗井、刮削后，下入钻孔工具管柱，下电缆校深、调整深度、坐封锚定器，开始打压钻孔。

1～3孔和4～6孔施工过程压力排量分别见图4和图5(换算关系1 Psi =0.006 895 MPa， 1 GPM = 3.785 L/min)。

图4 1～3孔施工压力排量曲线

图5 4～6孔施工压力排量曲线

图6 S14-9井水力深穿透钻孔后生产情况

对过滤系统、控制系统及钻孔用喷管的改进措施提高了施工成功率。S14-9水力深穿透钻孔作业施工顺利，施工成功率100%。

S14-9井实施水力深穿透钻孔作业后，在上提泵挂300 m的情况下，初期日产液6.65 m3，日产油3.66 t，目前日产油稳定在1.7 t，截至2017年2月底，累计增油455 t(见图6)。

4 结论及建议

(1)通过对水力深穿透钻孔工具过滤系统、控制系统和喷管的改进完善，提高了施工成功率。

(2)现场应用表明，水力深穿透钻孔工艺能够有效解除地层堵塞污染，提高油井产量。

(3)目前水力深穿透作业后，对钻孔的大小和深度难以测量。建议将井下工具动作记录模块兼容到目前工具中，并进一步研究水力深穿透钻孔过程中的井下实时监测技术。

[1] 张继峰，刘忠和，朱再思，等．水力深穿透射孔技术最新发展及应用[J]．石油机械，2002，30(10):68．

[2] 傅光桃，陈志刚．水力深穿透射孔技术在锦州油田的应用[J]．中国石油和化工标准与质量，2011，31(6):192．

[3] 吴洪举，张建心，蒋勇，等.水力深穿透射孔技术在锦州采油厂的初步应用[J].石油机械，2007,35(9):121-123.

[4] 马敬莹.水力深穿透井措施效果分析[J]．内蒙古石油化工，2015,(15):51-52.

[5] 李生.水力深穿透井措施效果影响因素分析[J]．内蒙古石油化工，2013,(9):39-42.

[6] 赵旭升.水力深穿透射孔一次射多层技术应用[J]．油气井测试，2006,15(5):64-65.

[7] 倪文俊，许卫国，王磊，等．水力深穿透射孔-酸化联作复合增注技术[J]．石油机械，2010，38(3):71．

[8] 马建杰，唐海军，保汝红，等．水力深穿透钻孔技术在江苏油田的应用及分析[J]．复杂油气藏，2016,9(2):84-86．

[9] 王科社，滕启.水力射孔钻水平孔设备中软管送进的理论分析[J]．北京机械工业学院学报,1999，14(3):21-24.

[10] 胡强法．水力深穿透工具喷管送进的理论分析[J]．石油机械，2005,33(5)：7-9.

Improvementandapplicationofhydraulicdeeppenetratingperforationtechnology

GAO li1，TANG Haijun1，MA Jianjie1，SI Zhimei2

(PetroleumEngineeringTechnologyResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany，SINOPEC，Yangzhou225009，China)

The hydraulic deep penetrating perforation technology is a horizontal drilling one for improving permeability of near-wellbore area, in which a non-polluting hole is formed by jetting high-pressure water. Aiming at problems existed in the technology application to W5-17 and W 5-19 wells in Jiangsu Oilfield, the improvement measures were proposed from three aspects of filtration system, control system and nozzle. The improved technology was applied in S14-9 well, drilling 6 holes with length of 5m. The obvious increased production effect is obtained in the well.

hydraulic jetting perforation; drilling; filtration system; control system

TE35

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.04.016

2017-07-05；改回日期2017-07-28。

高丽(1983—)，女，工程师，现主要从事采油工艺研究工作。E-mail:gaoli3.jsyt@sinopec.com。

(编辑 韩 枫)