作者：张煜
出版社：石油工业出版社
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复杂结构油气井开发技术研讨会论文集试读：
前言
近年来，为适应新的油藏开发地质条件，不断提高油气藏单井产量，降低综合成本，提高采收率和综合经济效益，石油工作者们在利用水平井开发油气藏，特别是在采用大位移水平井、多分支水平井等复杂结构油气井的钻井、完井、井下作业技术、油气藏工程研究与评价以及开发工艺等方面都取得了很大进展，有新的理论发展和技术突破，这些新理论和新技术在油气田开发中显示出了良好的应用前景。
为进一步促进我国复杂结构油气井开发技术水平的提高，广泛交流复杂结构油气井技术成果，中国石油学会与中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司于2008年9月共同组织召开了“2008复杂结构油气井开发技术研讨会”，会议邀请到了有关教授、专家作了专题报告，同时面向全国各油田单位、研究院所和大专院校的科技人员，广泛征集论文进行了研讨交流。交流的内容包括复杂结构钻井轨迹优化设计、测控技术，欠平衡钻井和空气钻井技术，复杂结构井完井技术和油层保护技术，复杂结构井测试和酸化、分段压裂、堵水调剖等增产技术，复杂结构井开采工艺及修井技术等方面的新理论、新技术方法和应用实例。
这次研讨会以大位移水平井和多分支水平井等复杂结构油气井的钻井和开采技术与工艺为研讨主题，紧密围绕当前我国油气田钻井开发技术应用热点和难点问题，面向生产实际，面向科研基层，许多新技术新工艺有较强的研讨交流和推广意义。本论文集收录此次研讨会论文66篇，集中反映了研讨会的技术成果，供广大石油钻井与开发工程技术人员参考，与广大读者共享。中国石油学会2009年5月
钻井部分
无线随钻测量测井系统在大庆薄油层水平井中的应用
张晓帆（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院）摘要 随着水平井技术的成熟和推广，大庆油田自2006年开始大面积开发薄层油藏和因开采形成的剩余油藏，其中50％左右的水平井使用的是斯佩里森的随钻测量系统随钻地层评价（FEWD）和随钻测量（MWD）完成的。在仪器使用的过程中，出现了一些问题，对施工的进行造成一定影响，本文将针对这些问题进行总结分析，并提出一些应对措施和建议。
关键词 随钻测量 薄油层 FEWDmWD引言
在2006—2008年水平井的施工过程中，自造斜段起就开始使用FEWD造斜，一些井段由于地质、钻井液性能、钻进参数等因素，摩阻较大，对FEWD的磨损冲蚀都较严重，电阻率短节也频频损坏，甚至造成接收天线内部断折。为了减少FEWD的磨损，节约施工成本，在造斜段50°之前，使用MWD作为随钻测量仪器。MWD结构简单，维护费用少，每口井仪器的施工费用可节省（3～6）万元。下面分别针对MWD和FEWD进行使用问题分析。1 MWD现场使用问题分析
根据问题出现的施工阶段，分两部分进行分析。1.1 浅层测试时不解码
浅层测试的目的在于测试脉冲发生器是否能正常动作，而在井口进行的浅层测试时，通常要把仪器和动力钻具（通常是螺杆）连接。开泵时，由于动力钻具的剧烈震动，很难检测到完整准确的数据。因此，只要能够检测出明显的波形，解码能够看到个别数据即可。如果一直检测不到任何波形，可从以下几个方面入手查找原因：（1）对定子转子的叶片角度进行分析，适当提高泵排量，尽量使转子转速达到2600r/min以上。特别是针对1200系统，除了要考虑定子和转子的叶片角度问题，还要注意蘑菇头与限流环之间的间隙以及限流环的内径大小，这个间隙可使用Winpu5l3.0软10件计算出来。但在实际使用中，为了增强信号强度，实际的间隙值最好比计算值稍小％～％左右。限流环内径大小与脉冲信号强度成反比。（2）检查地面设备的连线，软件设置等是否正确。在确认无误后，检查压力传感器的电压值，在开泵时，压力传感器的电压值应该有明显变化，如果几乎不变或变化小，则表示压力传感器有故障。
如果防爆箱被损坏，也检测不到信号。因为防爆箱的两个压力检测端口里面都有信号处理装置，有时该信号处理装置被烧毁会导致检测不到信号。有时为了防止防爆箱信号处理装置烧毁，施工时可将其中不用的一个压力检测端口的信号连接线拆下不用，以免同时烧毁两个压力检测端口。
压力信号的单位采用毫伏较好，比采用PSI灵敏。因此，将压力信号的单位设置成毫伏，在井下仪器工作正常的情况下，能检测到比较弱的信号。（3）检查地面管汇连接情况。确保地面管汇无刺漏，特别是立管焊接座焊接完好。检查空气包的压力是否达到立管压力的30％～40％；检查闸门开关是否正确，不利于上水的管线应全部关闭。冬季施工时，三通到压力传感器间传送压力的通道里面有可能被冻结，压力传感器感应不到立管压力的变化，也会导致检测不到信号。（4）继续下钻试验。在下入5～10柱钻杆后开泵试验，若仍无信号，则应考虑起钻更换仪器。1.2 下钻到底无信号
下钻到底无信号的问题检测方法为：（1）检查地面设备和各通讯电缆。结合浅层测试的情况，首先检查地面仪器和电缆，排除地面故障。（2）考虑排量是否满足定子、转子及孔板的工作需要。钻井液密度过大、黏度过大以及限流环偏大、限流环和蘑菇头之间的距离偏大等因素通常都会导致信号衰减较快，从而导致地面检测不到信号。此外排量不足也可使信号紊乱。（3）检查立管压力。在超深井施工时，压力在16～19MPa时，不影响信号的传输。当立管压力高达20～24MPa而上水又不好时，钻井泵上水时的瞬间高噪音信号往往会覆盖掉有用信号，而导致检测不到信号。这时可以在满足井下仪器正常工作的情况下适当降低泵冲数，以降低瞬间高噪音信号对正常信号的干扰。（4）检查数据传输率。数据传输率对信号的影响很大。如果井下仪器和地面设备的数据传输率不一致，正确的信号肯定检测不到。同时，根据施工经验，当井下仪器数据传输率为0.8Hz时，因与泵的干扰频率相近，容易受到干扰，即使地面设备的数据传输率也为0.8Hz，有时也检测不到有用信号。这时，可以将井下仪器和地面软件的数据传输率均改为0.5 Hz，从而提高信号质量，并延长仪器的使用寿命。（5）改变泵冲。泵冲频率应避免与仪器工作的数据传输频率相近，否则会导致有用信号的丢失。特别是350系统，施工前应通过改变缸套尺寸使正常施工的泵冲避开30和48冲/min。（6）检查钻井液是否存在气侵。对于高压油气层，钻井液往往会受到气侵，这时信号的衰减特别厉害。因此，需要在钻井液中加入除泡剂，并充分循环钻井液。（7）在下钻过程中，灌钻井液时往往会在钻具中留下一些空气柱。刚下钻到井底时，由于空气柱的存在信号传不到地面上来。这时，循环钻井液一周，排除空气柱，信号即可恢复正常。1.3 小结
现场施工中，影响信号质量的因素较多，有仪器本身的原因，有技术参数选配的原因，也有现场作业环境的影响。因此，出现问题时，应综合考虑所有相关因素，以准确判断问题出现的原因，减少不必要的作业中断。2 FEWD现场使用问题分析
综合近两年的现场使用情况分析，常见的主要问题包括电阻率短节损坏、与仪器的通讯时信号易受干扰、伽马短节“死机”等几方面。2.1 电阻率短节损坏
电阻率短节损坏时，深浅电阻的测量值为300～2000Ω·m，但是当仪器在井下遇到附近有套管、金属矿藏或电阻率短节上粘附金属物质时，也会有异常显示，此时可以用短起3～5柱钻杆，然后开泵测试的方法或者在地面上进行致信试验的方法来区别电阻率内部损坏还是受到干扰。通常，如果电阻率内部天线断折或者电路板烧毁时，在致信试验中都可以体现出来，特别是相移这项，它的正常值应该在-2到+2之间，但在损坏后，其值一般为-50。其他的一些测试项也都有不同程度的偏差，一般来说，偏差超出正常范围的5％～10％以上是不正常的。
电阻率短节的损坏主要集中在接收极天线的断折，而引起这种损伤的原因除了疲劳破坏以外，还有以下两个主要原因（：1）井眼轨迹的设计造斜率较高，在8°/30m左右。而在实际施工中，很容易就会超过这个设计造斜率，使狗腿度较大，造成仪器应力集中，长时间在这种井段中施工会导致电阻率短节损坏。要改变这种状况，只能从井的工程设计开始入手，减小设计造斜率。（2）在井下施工过程中震动过大。通过钻柱动力学传感器（DDS）短节监测仪器的震动情况，根据不同的监测值可判断震动是属于何种震动。由钻具引起的震动主要有钻头弹跳、扭转震动、钻头涡动、钻具涡动、横向震动和震动耦合等，为减少这些震动，可以采取改变一些钻井参数（减小转盘转速和钻压）的方法加以控制。2.2 与仪器的通讯受到干扰
在大庆地区打水平井的钻机多数都是变频电机驱动，这种电机形成的电磁场对地面计算机与仪器之间的有线通讯干扰十分严重，在做致信试验、下载和读取之前必须查找出电磁干扰源，关闭之后才能顺利进行通讯。2.3 伽马短节“死机”
伽马短节“死机”现象与中央控制处理器（HCIM）有关，属于仪器内部通讯故障，它的表现是伽马原始测量值为0cnts，不能再进行解码。遇到这种情况只能将仪器起到地面重新下载，仪器参数重置之后，伽马即可恢复正常。3 对仪器在使用中保护措施的建议
2.2及2.3中提到的问题，已经被很好地解决。因此，预防电阻率短节的损坏成为现在最受关注的问题。对于预防措施，提出以下几点建议：（1）严格控制造斜率。
严格控制设计造斜率在25°/100m以下。科学、合理的选择动力钻具，严格控制随钻测井仪器（LWD）施工井段，实际造斜率控制在仪器要求范围内。（2）严格技术措施，规范现场作业。
根据技术措施执行不彻底，现场作业不规范的情况，应进一步完善现有的仪器操作规程，并要求施工人员严格执行。对部分年轻技术人员，应强化技术培训，从技术素质、业务水平和责任心几方面从严要求。强化技术措施，使现场施工做到标准化、规范化，杜绝不规范作业，降低仪器作业风险。针对仪器作业中经常出现的问题和事故，制定应急措施和应急预案，配套相应的工具，特别是要针对仪器断钻具落井事故，研制配套专用打捞工具，提高事故处理的效率和成功率。杜绝仪器的落井报废事故，避免资产损失。（3）加强横向协调和技术交流，改善仪器施工环境。
注重利用合理的途径与各施工单位加强横向的协调和技术交流。使其详细了解仪器作业的性能指标和对施工环境的要求，便于现场技术措施的落实，改善仪器施工环境，提高仪器作业成功率和井下安全性。特别是加强对钻井液技术指标的监控，整体提高钻井液性能。（4）依靠技术进步，提高仪器性能和抗冲蚀性。
加强技术革新和配件国产化，提高仪器性能和抗冲蚀性，降低仪器运行成本，是减少仪器受到意外损害时造成损失的有效途径。加强仪器耐磨环和下井零配件的国产化的研究。进一步针对伽马短节封装钻铤和控制短节封装钻铤开展国产化技术攻关，以降低下井仪器的整体费用，降低风险。（5）建立风险机制。
形成风险共担机制，使施工各方对井下安全和仪器的意外损害都负有责任，易于技术措施的落实。个别井队经常忽视仪器正确使用的规章制度，就是因为仪器发生损坏后的赔偿责任不清，使一些钻工没有把仪器操作员的忠告认真记取，经常造成仪器的过度震动、磕碰以及仪器部件的冲蚀。4 结束语
目前，虽然已经可以对电阻率内部电路进行一些维护和修理，但程序比较复杂，维修后的效果还有待实践验证，因此还要在严格执行操作规程，采取有效的对策措施上下工夫，使仪器的使用走上科学化、规范化的轨道。同时借鉴国际惯例和先进的仪器保护手段，尽量减少仪器配件的磨损和延长仪器的使用寿命。参考文献
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［3］赵景山.胜利油田薄油层水平井钻井技术［J］.石油钻探技术，2003，31（5）：72-74.国内外径向水平井技术探讨邓胜聪 李瑞营 张智强 张晓帆（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院）
摘要 本文主要对国内外一种较新的钻井技术——径向水平井技术进行简要介绍，针对目前国内外径向水平井技术的发展现状及现场应用情况进行了分析和对比，并找出国内该技术与国外的差距，明确今后在该技术上的研究方向，可在一定程度上解决我国剩余油难开采的问题。
关键词 径向水平井 国内外现状 技术分析 发展趋势 应用前景1 径向水平井的简介
径向水平井是一种新的水平井钻井技术，它的曲率半径（仅0.3m）比常规水平井的曲率半径更短，故也称“超短半径水平井”。［1］该技术的工作原理是在设计施工的目的层段内，通过锻铣套管、扩孔形成一个井径约为630mm的井眼，高压喷射管经转向器在该井段内以0.3m的曲率半径由垂直转为水平伸出，其上的喷嘴随高压喷管前进的同时，喷出高压流体，以旋转射流的方式进行破碎岩石，从而形成直径约为100mm的径向水平井眼。
径向水平井的主要配套工具由两部分构成，即地面设备和井下工具。地面设备包括修井机、高压泵组、井口装置（包括井口密封、进液三通）、自动送钻控制系统和数据采集系统。井下工具包括锻铣工具、扩孔工具、转向器系统、高压管柱、钻头及完井工具等。其中自动送钻控制系统、数据采集系统、大直径扩孔工具、转向器系统及特殊的完井工具为该技术的专用设备。径向水平井系统组成可参见图1。图1 径向水平井钻井系统组成简图2 国内外径向水平井技术的发展现状及现场应用情况
随着油田生产时间的不断延长，油田的产量逐年下降。径向水平井在开发老油田上有很大的发展潜力，应用范围不断加大。而该项技术的难点体现在施工工艺和工具配套两个方面。所以，下面主要就这两个方面来简述目前国内外径向水平井的发展状况及现场应用情况。2.1 国内径向水平井配套工具的发展现状［2］
转向器是径向水平井钻井系统的关键部件，我国从20世纪90年代初也开始对转向器进行研制。
2.1.1 Z5型转向器系统
Z5型转向器系统是在系统液压驱动力作用下使钢质钻杆由垂直方向向水平方向转向，转弯半径仅为0.3m，使钻杆通过它作连续弯曲和伸出运动。由于我国大部分油田油层套管是5套管，所以研制了适合于5套管尺寸的Z5型转向器，这种转向器具有以下几个特点：（1）采用双向弯曲挂钩形的转筒组合结构，适合于大直径圆周扩孔工艺技术，它所需扩孔直径同国外第一代转向器相比减少了一半，扩孔施工成本大大降低了。（2）在竖起机构上，有机械竖起机构和液压竖起机构，二者在结构上各有优点，在整体结构上，可实现在井下多次定向，多次喷射钻进。（3）可重复使用。
2.1.2 YDZ5型转向器系统
为了进一步开展径向水平井钻井技术在吉林油田的应用，中国石油天然气集团公司科技局组织对套管单侧水力开窗的径向水平钻井技术进行研究。研制出了适合于吉林油田应用的套管单侧水力开窗为特点的径向水平井钻井用的YDZ5型转向器。YDZ5型转向器是单向弯曲的，它对径向水平井技术新型系统的研究作了重要的探索。其主要技术成果在于：优化了转向轨迹，整体结构小巧。与套管圆周整体开窗和扩孔工艺相比，扩孔空间降低至约原来的2/3，总施工成本可降低40％～50％。该技术具有施工周期短、不占用钻机、套管破坏小等优点，在替代打调整井和贯通邻近井眼方面可能会更节约成本。
2.1.3 YSZ7型转向器系统研究[1]
随着对转向器系统研究的不断深入，针对辽河油田提供的7in套管试验井，采用了径向水平井钻杆转向技术试验成果和ANSYS有限元力学分析优化计算结果，设计和研制了YSZ7型转向器。该转向器转筒组合为双向弯曲结构。测试结果表明：（1）系统总阻力与双弯的Z5型转向器系统相比减小了约40％，钻杆伸出转向器后，系统平稳工作阻力一般为12～15kN；（2）持续工作性能提高5倍以上；（3）既可机械竖起也可液压竖起；（4）钻杆可两次笔直伸出转向器（以往仅一次）；（5）刚度和强度提高2倍以上。操作、定位、竖起、收拢简单可靠，运动自如；（6）适应恶劣工况能力强。
2.1.4 新型转向器研究
适合5套管井眼的双向弯曲的Z5型转向器设计于20世纪90年代初，为了提高径向水平井钻井技术适应性，研制完成了新一代适合5套管井眼的双向弯曲的新型转向器系统，该系统的转向器执行机构既可以实现机械竖起，又可以按照液压方式竖起。对于前期扩孔是旋转扩孔或开槽扩孔的工艺均适应，转向器可以半自动寻找井下槽孔；可以通过竖起判断装置判断井下转向器是否竖起或判断井下扩孔空间是否达到要求；在扩孔尺寸不到位的情况下，转向器不完全竖起，避免了液压竖起给转向器带来的不安全因素；转向器系统完全适合磨料射流工况。现场试验证明，该转向器系统性能优越。2.2 国内径向井现场试验进展状况
国内从1990年开始进行径向水平井钻井技术的研究。石油大学（华东）、西安石油大学、江汉机械所、吉林油田、南京航空航天大学、中原油田、辽河石油勘探局等单位曾经单独或联合进行过研究和攻关，有针对性地研究出了专用的井下工具，并对施工工艺进行了有益的尝试。
1992年在中国石油天然气集团公司科技局组织下，成立了径向水平井钻井技术项目组。从1996年开始采用不同的施工方法在吉林油田、辽河油田等单位进行现场工艺性试验。
在辽河油田采用煅铣套管、机械扩孔、清水射流的方法，完成了3口φ177.8mm套管井内的径向井水平井钻井试验，单支最长水平井眼达到19.42m。创造了当时国内同类技术最好的技术指标。
在江苏油田的韦5井，完成了3个径向水平井眼，井眼总长度41.93m，单支径向水平井眼长19.55m，钻井周期缩短到277h，刷新了国内同类技术最好纪录。
吉林油田独立研究并试验了水力开窗、水力扩孔、磨料射流的径向井水平井钻井工艺技术。1997—1999年，吉林油田完成了3口径向水平井施工试验，实现了国内在φ139.7mm套管井内径向井水平井零的突破。
总的来讲，国内的径向水平井钻井技术正在逐渐走向成熟和完善，可望在不久的将来成为油田挖潜改造的重要技术之一。2.3 国外径向水平井技术发展状况
在国外，径向水平井钻井技术始于20世纪70年代末，80年代中期投入工业试验，80年代末期进入商业应用。进行这项研究工作的有美国石油物理有限公司和投资公司等。目前已完钻了几千口径向井眼，这些径向水平井有的是在垂直井的同一油层中钻入的，有的是在不同油层中钻入的，单个垂直井中所钻层位最多达5个，每个层位钻入的辐射状径向水平井最多达20个，实现了在多个层位钻多个辐射状径向井的技术。对于这些径向井眼，大部分进行了测井和包括裸眼技术、柔性防砂管技术（径向井眼的衬管）及双向砾石充填技术完井。径向井眼的长度一般在8～46m，依地质情况的不同和所结合的其他工艺（如注蒸气）的不同，垂直井产能提高为2～10倍，平均原油增产约为2～4倍。目前，国外从事该技术研究或拥有该项技术的国家有美国、加拿大、澳大利亚、克罗地亚、英国等，形成了几项主要技术，现分述如下。
2.3.1 高压水射流技术［3］
高压水射流技术在石油上的应用已经取得了很大的效果。Maurer所研究的25种新的钻井改进方法，其中高压水射流技术应用前景广阔。埃索也使用水射流作为前期实验的动力进行了应用该技术钻井的研究。现场实验以95MPa的压力喷射使得常规钻头机械钻速提高了10倍。这种成功使得高压水射流喷嘴与常规钻头相结合成为一种发展趋势。这些钻头不只是钻速更快，而且需要的钻压也小，同时寿命也比普通钻头延长75％。Maurer的经济评价表明，虽然高压设备成本提高，但是机械钻速提高到常规钻头的2倍或3倍。最新报道的PDC高压混合钻头能以300m/h的机械钻速钻穿中等强度的岩石。
2.3.2 挠性管水力喷射径向井技术［4］
该项新技术的主要应用及处理过程有以下4部分：（1）挠性管水力喷射钻井。
在过去的10年里，高性能的径向水射流钻井系统已经在研究，可以在近井眼损害地区提供延伸完井。所有的射流径向系统使用挠性管作为钻柱。理论上是在同一平面或不同平面的多个方向上钻水平径向井，结果得到一排穿透临近井眼或表皮的径向井眼，提供了一组非破坏径向导管以便自流。
超短半径径向钻井系统已经在某些外国油田投入商业使用。超短半径径向钻井系统是以传统油田设备为基础的，包括修井装备、分段磨铣设备、套管鞋下扩孔设备、高压压裂泵（55.2～69.0MPa）、规定有一段光滑孔壁螺纹管（89mm）的工作管柱（114mm）以及底部运动控制管柱。（2）超短半径径向钻井系统（URRS）。[2]
超短半径径向钻井系统使用非旋转的长100～200ft、内径1.25in的挠性管钻柱，在其顶部有喷射钻头，在已有的井眼上分段磨铣管下扩眼。造斜器由于地面工作管柱的拉伸力而保持竖立。短挠性管柱和喷射钻头被钢缆连接在地面上。造斜器周围液压驱动并且靠水压进入储层，连接地面的钢丝绳提供水力方向控制力并且及时传递信息。使用特殊的圆锥形喷嘴钻穿岩石时形成水锥，其速度为700～900ft/s，这个高速的水锥在大多数岩石上剪成一个直径为2～4in的井筒。（3）随钻控制。
随钻控制系统用于监测钻头倾角，并随时调节。地表计算机控制系统调整倾角。1.25in挠性管柱上的电磁线圈激励导阀导致高压钻井液流向几个面，推进式喷嘴垂直轴线。这些推进式喷嘴与操纵火箭或卫星的摇式推进器一样。在控制系统下，操作人员能够对钻头倾角进行调整使其遵循预先设计的轨道，倾角仪数据是随钻可变的。（4）完井。
对于任意角度泄油孔，完井方式比较灵活：裸眼井、电解的射孔挠性管、挠性可渗透套管（挠性砂岩边界）以及水平砾石充填。为了进一步减少储层伤害，使用不伤害储层的钻井流体，如水基钻井液。
在大多数应用中，任意角度的泄油孔都使用裸眼方式或砾石充填方式完井。对于裸眼井（直径1.25in），挠性管柱很容易提升，对于非胶结砂岩应用水平砾石填充。
2.3.3 螺旋管传送钻井技术［5］
螺旋管传送钻井技术具有很大的优点，这是一种螺旋管传输电动底部钻具组合，它经过合理的设计和研发，一次螺旋管运行就能完成多个分支井眼，且均垂直于主井眼。这些分支井保持裸眼状态，并且是高压状态下泵入流体、经喷嘴头后产生喷射冲击力。此外，喷嘴头处的流体产生能量也为高压软管进入分支井眼提供向前的拉力。
喷射钻井工具主要特点是：能够进行套管开窗，然后穿过井眼中的套管喷射出一个分支井眼，最后进入油层。为实现这一目标，目前已研制出了钻井马达和喷射滚筒。这种钻井马达包括一个钻头，该钻头是靠电动马达和液压枪相连共同驱动的，它能在套管中形成一个直径1.5in的井眼。这种喷射滚筒内容纳一个直径3/8in，50m长的喷射软管，并螺旋缠绕在圆柱形滚筒上。这种滚筒配有一个电动马达，当正在钻一个分支井眼时，能将软管从滚筒中拉出，然后又将软管盘绕回并收入滚筒。
钻井马达和喷射滚筒是底部钻具组合的主要组成部分。此外还包括以下组成部分：（1）管端的接头（；2）控制单元和能量包（；3）锚定器（；4）定向器和指示器（；5）导向工具；（6）冲击筒
底部钻具组合在螺旋管内运行，它由一条内部电线提供电源并和地面进行通讯，同时由一根外径为0.5in的毛细管线提供喷射流体通道。
控制单元是这套工具的制导系统，它能根据操作者发出的信号对整套仪器的相关功能进行激活。该控制单元由一个内部液压电源和一个中空螺旋管阀操作配置系统组成。
液压式操作锚定器已经研制成功并与底部钻具组合成为一体。它的功能是将底部钻具组合固定在套管壁上，目的是保证底部钻具组合从套管开窗的那个点直到分支井眼形成整个过程中都能在同一个位置。
采用这种处理方式的主要目的之一是改善生产压力分布以及确定分支井的深度和方位。这种液压式的底部钻具组合的定向，可以使工具在垂直于主井眼的各个方向形成分支井眼。定向器旋转喷射钻具的下部分（锚定器以下的部分），按要求将工具面摆在合适的位置。方位校正是根据位于定向器下端的导向工具来进行的。
冲击式圆筒安装在高于钻井马达和喷射滚筒处。它的作用是将喷嘴头定位在套管开窗前端的位置，套管开窗由钻井马达来完成，它属于液压式驱动。
钻井马达和喷射滚筒也根据相应的功能要求进行了制造和测试。[3]并已证明钻井马达可以在9min内钻穿直径5.5in、密度17lb/ft、等级[4]13的套管。喷射滚筒将高压软管加压到220bar，然后利用这个高压软管将喷射软管拉进或拉出喷射滚筒。
2.3.4 增强径向射流作用（RJE）技术
利用增强径向射流作用技术打开生产套管、水力射流钻孔300ft方面获得成功的运用。进行施工作业的工具包括小型蛇形管，一个90°的转向器，它由现有井的油管柱、磨铣工具和喷射井底工具。磨铣工具包括转动球和研磨机。它能使研磨球在管柱上切出1.5in的孔。喷射设备包括喷嘴，水嘴连接着1/2in不锈钢的卷管。
油藏的岩性对射流工具钻入没有很大的影响，在石灰岩、砂岩和白云岩的油层中，侧向钻进也能喷射到300ft。在少数页岩和煤层岩储层中这项技术也得到成功运用。3 国内外径向水平井技术现状对比分析
在径向水平井方面，国内技术与国外仍存在很大差距。国内超短半径径向水平钻井技术仍处于开始阶段，影响国内径向水平井发展的主要因素有两方面，一是导向器和扩孔工具，二是水力喷射钻头。通过对国外技术的分析可以看出，国外技术的关键也是在于这两方面（表1）。因此，研究这两项技术是推进国内径向水平井发展的关键。表1 国内外径向水平井技术对比表4 结论
综上所述，可得以下结论：（1）基于径向水平井的技术特点，它将在提高油田原油采收率方面有很大的发展前景和应用空间；（2）作为一种新的钻井技术，随着理论研究和现场试验及应用，该技术将会得到不断的发展和完善；（3）国内在该技术的研究落后于国外，所以国内正进行不扩孔方式的径向水平井技术研究，以最大限度地开发和保护油气藏。参考文献
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摘要 分支井钻井完井技术日趋发展完善，使得分支井配套工具也日趋发展。大庆油田采用壁钩悬挂系统和螺旋定位悬挂系统实施两口双分支水平井，本文通过对在实施过程中两种系统的比较，指出了分支井施工过程中的关键技术，并重点介绍了分支井钻井关键工具可回收式卡爪的原理及结构，并结合钻井工艺流程探讨了该工具的结构特点及施工工艺。
关键词 分支井 关键技术 可回收式 卡爪工具引言
目前，随着定向井、水平井技术的逐步完善，分支井技术作为定向井技术的延伸与发展，已经被人们所重视，分支井能够充分利用老井侧钻开窗，也能充分合理地利用井下资源，减少重复钻井的成本。目前国内外分支井钻完井方法很多，不同方法决定了不同的分支井系统。悬挂器带有预开孔能较容易实现主、分支井眼的贯通，采用此方式的分支井系统是目前国内外较先进的系统。预开孔悬挂系统主要有螺旋定位悬挂系统和壁钩悬挂系统，通过在大庆油田采用以上两种完井方式的施工，对分支井的关键技术得到如下认识。1 分支井关键技术1.1 开窗施工
分支井的开窗是分支井整体工程的关键之一。开窗的好坏、规则与否直接制约着分支井的后续作业。开窗工具主要由两部分组成：（1）可回收式斜向器。由可回收式斜向器、锚定装置、紧急脱手接头组成。（2）磨铣工具。由开窗磨鞋（锥形磨鞋和平底磨鞋）、修窗磨鞋组成。
理论上的窗口形状并不等于实际窗口形状，其形状受钻压、转速、井斜、开窗工具等诸多因素影响。通过实践得出在开窗初期时应缓慢增加钻压与转速，并在开窗时使用高黏度钻井液将磨铣出来的铁屑携带出来。为了减少后期下套管时的阻力及实现悬挂器的成功坐挂，采用修窗磨鞋对窗口位置进行往复磨铣以保证窗口平滑。1.2 悬挂系统
分支井钻完井方法很多，不同的方法决定了不同的分支井系统。目前，国内外多采用预开孔式悬挂系统，采用预开孔式悬挂系统能较容易实现主、分支井眼的贯通。目前国内主要有螺旋定位悬挂系统和壁钩悬挂系统。螺旋定位悬挂系统结构简单，定位准确，受窗口形状影响较小，但由于其结构限制，在后期作业时对主、分支井眼的选择进入需采用单弯油管进行多次寻找。壁钩悬挂系统结构简单，定位准确，坐挂成功率高，但由于其结构的独特性受窗口形状影响相对较大，因此在开窗时采用平底磨鞋进行开窗作业，并且在开窗管柱上直接加装修窗磨鞋，开窗、修窗作业一次完成以保证窗口的规则并有利于壁钩悬挂系的成功坐挂。1.3 分支井再进入能力
分支井眼再进入能力是分支井关键技术之一。能否实现分支井井眼选择性的再进入直接影响分支井后期作业。螺旋定位悬挂系统结构简单。壁钩悬挂系统虽然比螺旋定位系统结构相对复杂，但由于其结构的独特设计，在后期作业时可以随意选择所要进入的井眼。采用壁钩悬挂系统在作业时下入与预开孔配合的侧向导向筒便能实现侧向分支的再进入。具有工艺简单、操作容易、风险小等优点。但目前国内分支井技术中，还不能实现导向筒的反复下入与取出，这为后期各分支再进入带来了一定难度和风险。2 导向筒回收送放工具设计
导向筒回收送放工具的成功设计实现了导向筒反复下入与取出的双重功能，降低了各分支再进入的难度和风险。该工具应用于分支井后续作业中，下入回收导向筒，通过钻杆连接下入井下，与井下的导向筒接触，下压压缩弹簧使弹性爪收缩进入到导向筒内部弹开，卡住导向筒后上提钻具将工具和导向筒提至井口，完成分支井导向筒的回收。当需要再次将侧向导向筒送入井下时，工具下至设计位置后开泵，当排量达到设计值时，工具内外存在压差使工具上行压缩弹簧，弹性爪再次收缩从导向筒内部脱开，完成分支井导向筒的送放作业。该导向筒回收送放工具获中国实用新型专利（专利号：ZL20052 0020712.6）。2.1 结构与工作原理
2.1.1 结构
导向筒回收送放工具的结构如图1所示，该工具由上接头、心轴、弹簧、悬挂体、弹性爪、密封圈等部分组成。上接头上部加工有钻杆扣与上部钻柱相连，下部加工有螺纹扣与心轴连接；心轴外部连接悬挂体，悬挂体与上接头中间安装有弹簧；悬挂体上加工有弹性爪；心轴上分别加工有前端孔、中部孔和后端孔；上接头、心轴和悬挂体之间由密封圈进行密封。图1 外弹性爪式回收工具结构图1—上接头；2—心轴；3—弹簧；4—悬挂体；5—弹性爪；6—前端孔；7—中部孔；8—密封圈；9—后端孔；10—密封圈；11—密封圈
2.1.2 工具原理
导向筒回收送放工具上接头上部设计了钻杆扣，可连接钻杆，下入到井下；工具的悬挂体前端设计了弹性爪，初始位置时，悬挂体在弹簧的作用下处于心轴的下部，弹性爪在心轴的大径处。当该回收工具下入到井下，弹性爪坐到导向筒的上部后，弹性爪的上部斜面受力使悬挂体上行压缩弹簧，弹性爪上行后处于心轴的小径处，弹性爪收缩进入到导向筒的内部。导向筒内部设计了相应的环槽，当弹性爪进入到环槽处时，由于弹簧的作用使弹性爪弹开，卡住导向筒；上提钻具时回收工具带着导向筒一起被提至井口，完成分支井导向筒的回收。
当需要再次将侧向导向筒送入井下时，首先将导向筒放入鼠洞，方钻杆连接好外弹性爪式送放回收工具后，插入到向筒内下压，使两工具啮合后一同下入井内，下至设计位置后开泵，钻井液先后经过上接头内腔，流到心轴内腔处，通过下端孔进入到心轴与悬挂体之间的上端腔中，心轴又在中间部和下端部都设计了液流孔，中部孔和后端孔工具的内部与外部存在压差，当排量达到设计值时，通过这个压差将悬挂体上行，使弹性爪又回到心轴的小径处，弹性爪从导向筒的内部环槽推出，可将回收工具和导向筒分开，工具内外存在压差使工具上行压缩弹簧，弹性爪再次收缩从导向筒内部脱开，起钻。完成分支井导向筒的送放作业。2.2 弹性爪及弹簧力学分析
2.2.1 弹性爪力学分析
悬挂体端部设计了10个弹性爪周向均匀布置，弹性爪形状如图2所示，A，B分别为上下端点。对于钻井侧向导向筒回收工具，依据弹性爪工作状态，当其在导向筒中与导向筒接触时，接触端为弹性爪，在侧向导向筒可收回情况下，每个弹性爪在垂直于轴向上受接触力分力作用，可将弹性爪视为悬臂梁，建立数学模型既而分析计算（图3），然后通过力学合成求出弹性爪脱开导向筒上的槽时工具上提力F。如图4所示，弹性爪上接触面受力N在工具径向的分力N为悬臂梁所x受集中载荷P。图2 弹性爪与导向筒结构简图图3 挠度力学模型图4 弹性爪接触面受力分析图
基于挠度模型进行公式，如图3所示可选取竖直方向为x轴，水平为y轴，则在任意横截面上的弯矩为式中 M——弯矩，N·m；
P——集中载荷，N；
l——跨度，m。
将其代入挠曲线的近似微分方程：式中 v——挠度，m；
E——弹性模量，GPa；4
I—— 惯性矩，m；
于是得此模型的挠曲线的微分方程为：
积分得：
在固定端A，转角和挠度均应等于零，即：
当x=0时，
把边界条件式（6）代入式（4），式（7）代入式（5），得：
再将所得积分常数 C和D代回式（6）和式（7），得转角方程和挠曲线方程分别为：
以截面B的横坐标x=l代入以上两式，得截面B的转角和挠度分别为：
挠曲线方程：
端节面转角：
最大挠度：
弹性爪与导向筒的接触面是斜面，与竖直方向成α角，该角度数值的改变会影响P，和P，根据该分析，结合现场实际情况可以求xPyH确定材料的种类、弹性爪长度、厚度、α角等参数。
2.2.2 弹簧分析计算
根据弹簧计算公式：式中 ——切应力，MPa；
——许用切应力，MPa；
f——工作载荷下的变形量，mm；
k——弹簧刚度，N/mm；
U——弹簧变形能，N·mm；
d——材料直径，mm；
D——弹簧中径，mm；
C——旋绕比；
K——曲度系数；
n——弹簧的有效圈数；
G——切变模量，GPa。
由以上公式可导出计算材料直径的公式：
计算弹簧有效圈数的公式：
根据已经确定的弹簧中径、材料直径、弹簧自由高度、弹簧切变模量、等参数可以求得弹簧刚度、初始弹簧压缩力以及胀开后弹簧力等参数。胀开后弹簧力能够克服悬挂体向下运动的阻力便能满足现场使用要求。
2.3 地面模拟试验
2.3.1 试验目的
检验侧向导向筒送入回收工具能否正常实现侧向导向筒送入与回收。
2.3.2 试验内容
将侧向导向筒放入特殊模拟井筒内，侧向导向筒送入回收工具连接到钻机大钩下，开泵，缓慢加大排量的同时观察工具动作情况，悬
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