5?"套管内径向钻孔用套管开窗钻头研制

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摘要：套管内径向钻孔钻井技术能使老井复活，大幅提高油井产量和原油采收率，降低钻井成本，是油田老井改造、油藏挖潜和增产稳产的有效手段，尤其适合于薄油层、稠油、低渗透等非常规油藏的开发。套管内径向钻孔钻井技术主要包括套管开窗钻孔和高压水力射孔两大核心技术。其中套管开窗钻孔是现场施工中最关键的第一步。最近，国内科研人员对51/2"套管内径向钻孔钻井技术进行了深入研究，研制出了与之配套的工具和开窗钻头。其中在套管开窗钻孔技术方面，进行了大量的室内钻孔实验，研制出了最适合的开窗钻头。

关键词：套管内径向钻孔钻井技术；套管开窗；水力喷射钻进，开窗钻头

中途分类号：TE242.4 文献标识码：A 文章编码：1674-3520（2014）-02-00208-02

套管内径向钻孔钻井技术是近年来国内外兴起的一项钻井新技术，是油田老井改造、油藏挖潜和增产稳产的有效手段之一，尤其适合于薄油层、稠油、低渗透等非常规油藏的开发。它的工作原理是使用开窗钻头直接对油层套管进行径向开窗钻孔，之后使用自进式高压喷头通过开窗孔进入油层进行高压水力射孔，最终在油层内喷射出多个直径Ф30mm～Ф50mm，长度80m～100m的微小孔眼（如下图所示）。利用套管内径向钻孔钻井技术对老油井进行技术改造，可以解除近井污染带、实现油层解堵，使老井复活。通过径向钻孔，可以有效增大油层的泄油面积，大幅提高油井产量和原油采收率。另外，利用该技术对注水井进行技术改造，可以实现油层定向注水，降低注水压力，提高注水效果。与常规的侧钻水平井相比，套管内径向钻孔钻井技术具有钻井成本低、见效快、周期短等优点，另外，由于在高压喷射施工过程中全部采用清水，与常规侧钻井采用泥浆钻井相比，它不会对油层造成任何污染损害。

套管内径向钻孔钻井技术主要包括套管开窗钻孔和高压水力射孔两大核心技术。只有开窗钻头顺利在套管上由内向外钻出规则的孔眼，自进式高压喷头才能顺利穿过套管进入油层进行高压水里射孔，因此套管开窗钻孔是现场施工中最关键的第一步。国内科研人员对51/2"套管内径向钻孔钻井技术进行了深入研究，试制了多种材料、多种样式的开窗钻头（包括工具钢钻头、硬质合金钻头等），并进行了大量的钻孔试验，研制出了最适合51/2"套管内径向钻孔的开窗钻头。

一、工具钢开窗钻头研制

科研人员共设计了的三种样式的工具钢开窗钻头（如图1所示），其中1号钻头为普通工具钢钻头，2号钻头为工具钢锪钻，3号钻头为工具钢球形铣削钻头。

为测试研制的工具钢钻头在5?"套管内进行径向钻孔的能力，把钻头单独安装在一台钻床上，使用钻床进行了钻孔试验，室内试验如图 2所示，试验结果如表1所示。

二、硬质合金开窗钻头研制

科研人员根据工具钢钻头套管内径向钻孔试验情况，研制了切削刃强度更高的硬质合金开窗钻头。

1、双切削刃硬质合金钻头

科研人员共研制了5只双切削刃硬质合金开窗钻头，如图3所示。5只钻头分别具有不同的内锥角，切削刀翼具有不同的前后角，每个钻头都镶嵌了扶正硬质合金保径来保证钻孔的深度和方向，这批钻头钻孔试验结果见表2。

2、四切削刃硬质合金磨铣钻头研制

总结双切削刃硬质合金钻头的钻孔试验结果，导致开窗钻头卡钻的原因主要是钻头的两个切削刃切削不稳定导致的。为了获得更加稳定的切削性能，确保开窗钻孔时不发生卡钻现象，科研人员研制了四切削刃硬质合金钻头，如图4所示。试验时51/2"套管钢级为N80，壁厚9.17mm，用时30min成功钻穿套管，钻孔过程顺利，未出现卡钻现象，试验情况见图5。

三、结论

通过各种钻头的套管内径向钻孔试验和数据对比分析，四切削刃硬质合金开窗钻头钻孔稳定性高、速度快，最能满足套管内径向钻孔施工中套管开窗钻孔的要求。

参考文献

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3 张义，鲜保安，赵庆波，超短半径径向水平井新技术及其在煤层气开采中的应用，中国煤层气，2008，5（3）：20-24。

4 侯树刚，中原油田超短半径径向水平井技术研究及应用，钻采工艺，2013，36（3）：24-26。

作者简介：姓名：韩通 ，性别：男 ，出生年月：1981年11月6日，籍贯：山东邹平，职务职称：长江大学2010级钻井工程专业工程硕士。研究方向：石油钻井井下工具研制及推广应用