連續(xù)管側(cè)鉆水平井關(guān)鍵技術(shù)研究

王 偉

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶163411）

1 概述

目前連續(xù)管老井側(cè)鉆作為一項低成本、高效率的開發(fā)手段已經(jīng)逐漸得到各大國際石油公司的認(rèn)可。隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，各大石油服務(wù)商均發(fā)展了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專用裝備，如貝殼休斯的CoilTrak系統(tǒng)，借鑒傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向原理，能進(jìn)行自主鉆進(jìn)，實時監(jiān)測、傳輸井下各項數(shù)據(jù)，并與空氣鉆井、欠平衡鉆井等工藝相結(jié)合，提高了側(cè)鉆效率，取得了良好的效果。中石油利用自身開發(fā)的連續(xù)管鉆機(jī)、井下工具及工藝技術(shù)，與修井機(jī)配套開展了多口井的老井側(cè)鉆現(xiàn)場試驗，取得了良好的效果。

2 連續(xù)管側(cè)鉆水平井工藝流程

與常規(guī)側(cè)鉆井類似，連續(xù)管側(cè)鉆水平井技術(shù)是在老井的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工，首先需要為井下施工創(chuàng)造條件，然后進(jìn)行下一步作業(yè)，最后采用適宜的完井措施，主要分為以下幾個步驟。

2.1 鉆前準(zhǔn)備

包括：泄壓、壓井、裝井口防噴器組、取油管、清洗井筒、定開窗點(diǎn)、定開窗方案。

2.2 開窗工藝

包括：下塞、定斜向器、配鉆具、固定斜向器、下鉆、開窗、修窗。

2.3 鉆進(jìn)工藝

包括：選工具、配鉆具、下鉆、鉆進(jìn)、實時測量、更換鉆具組合。

2.4 完井工藝

包括：測井、定完井方案、下套管、固井。

3 連續(xù)管側(cè)鉆水平井關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 連續(xù)管側(cè)鉆水平井系統(tǒng)設(shè)計

3.1.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

為了減少井下事故，縮短鉆井周期，降低鉆井成本，并有利于后續(xù)完井、測試、采注等作業(yè)的順利進(jìn)行，井身機(jī)構(gòu)設(shè)計主要遵循3個原則：

（1）設(shè)計要滿足儲層的地質(zhì)條件；（2）設(shè)計要滿足現(xiàn)場施工的條件；（3）設(shè)計要滿足經(jīng)濟(jì)高效的開發(fā)要求。

3.1.2 高效鉆頭優(yōu)選

采用連續(xù)管進(jìn)行側(cè)鉆時，鉆頭應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：

（1）鉆頭必須與地層特性、連續(xù)管及馬達(dá)相匹配，在高轉(zhuǎn)速、低鉆壓的情況下具有較好的破巖能力；

（2）用高速馬達(dá)，在機(jī)械鉆速較高的情況下，穩(wěn)定器磨損會很快，因此，鉆頭要盡可能的長一點(diǎn)。

目前，比較常用的就是金剛石鉆頭，PDC鉆頭適用于中等或軟地層，TSP鉆頭適合于硬地層。

3.1.3 鉆具組合設(shè)計

對于連續(xù)管側(cè)鉆水平井施工，井下鉆具尺寸小、柔性大，抗拉和抗扭強(qiáng)度低，在鉆進(jìn)過程中極易發(fā)生彎曲、鉆柱斷裂、疲勞破壞而引起失效等問題，鉆具組合設(shè)計原則是：

（1）確保摩阻、扭矩較小，滿足鉆進(jìn)的技術(shù)要求；（2）適宜于井眼清潔，滿足安全經(jīng)濟(jì)的要求；（3）優(yōu)化后的鉆具應(yīng)避免發(fā)生整體性的屈曲；（4）避免鉆具由于振動而引起鉆具失效。

鉆具組合包括：連續(xù)管、動力螺桿、定向器、隨鉆測量儀器、井下推進(jìn)器、快速接頭、連接器等。

3.2 連續(xù)管側(cè)鉆水平井井眼軌道控制技術(shù)研究

3.2.1 井下管柱受力及摩阻分析

由于井斜方位的變化、巖屑的堆積等復(fù)雜情況的存在，使得井下鉆柱受力情況實時變化，易造成鉆柱的疲勞破壞，甚至損壞鉆頭，因此，需要對井下管柱的受力情況進(jìn)行分析。

（1）井下管柱受力及狀態(tài)分析。在現(xiàn)場施工過程中，連續(xù)管在井筒中經(jīng)常處于壓扭狀態(tài)，會發(fā)生屈曲和塑性變形，因此，對井下管柱的受力和變形狀態(tài)進(jìn)行分析，將有助于軌跡控制。

在水平井段，連續(xù)管除了受到自重及注入頭的注入力作用之外，還需要承受井筒內(nèi)各種載荷的作用，如連續(xù)管與井壁間的摩擦力、連續(xù)管彎曲變形產(chǎn)生的作用力、連續(xù)管在井筒中所受的浮力等。當(dāng)井筒作用于連續(xù)管的阻力達(dá)到其屈曲臨界值后，繼續(xù)增加注入力，將使連續(xù)管發(fā)生屈曲變形，且隨著載荷的增加，連續(xù)管屈曲將由正弦屈曲發(fā)展到螺旋屈曲，最終鎖死整個管柱。

（2）連續(xù)管的載荷及失效分析分析。

①連續(xù)管載荷分析：連續(xù)管井下受力主要有管柱自重、井壁的反作用力、與井壁的軸向摩擦力和環(huán)向摩擦力、內(nèi)外流體壓力、粘滯阻力以及浮力等。

②連續(xù)管的失效分析：研究表明，導(dǎo)致連續(xù)管失效的主要原因是材料質(zhì)量、使用環(huán)境和操作問題。連續(xù)管的失效主要為力學(xué)、機(jī)械、人為因素等3種傷害形式。

（3）延長連續(xù)管壽命的途徑。通過以上理論研究及連續(xù)管的失效分析，能夠有效地減少連續(xù)管的破壞，避免現(xiàn)場作業(yè)事故的發(fā)生，提高連續(xù)管鉆井技術(shù)的安全性，延長連續(xù)管的使用壽命，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①理論計算出連續(xù)管最佳的初始曲率，減少連續(xù)管的疲勞傷害；

②對井下情況進(jìn)行充分的了解，合理設(shè)定施工參數(shù)，減少復(fù)雜情況；

③對連續(xù)管井下受力狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，對設(shè)備進(jìn)行優(yōu)選；

④對操作人員進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)，避免操作失誤引起作業(yè)事故。

3.2.2 井眼軌跡控制技術(shù)研究

相比于常規(guī)鉆井，井眼軌跡控制對于連續(xù)管的水平鉆進(jìn)更加困難。由于井眼尺寸的限制，鉆具柔性及強(qiáng)度小，且鉆柱不可旋轉(zhuǎn)造成的巖屑堆積等因素，均能造成井眼軌跡偏離。

（1）造斜段。利用合理的鉆具組合,在無線隨鉆儀器的監(jiān)測下調(diào)整方位和井斜角,控制井眼軌跡達(dá)到設(shè)計要求。由于側(cè)鉆所使用的鉆具尺寸小、柔性大，所以其造斜率不穩(wěn)定，實鉆過程中，使用MWD隨鉆檢測井眼軌跡，以定向鉆進(jìn)為主，復(fù)合鉆進(jìn)為輔，使實鉆軌跡按設(shè)計軌跡方向鉆進(jìn)。

（2）水平段。利用合理的鉆具組合，以地質(zhì)導(dǎo)向為主，在無線隨鉆儀器的監(jiān)測下調(diào)整方位和井斜角,控制好井底垂深，使井眼軌跡在目的層中鉆進(jìn)。針對目的層巖石硬度大、可鉆性低、方位漂移嚴(yán)重等特點(diǎn)，合理使用導(dǎo)向及穩(wěn)斜鉆具組合，控制上以復(fù)合鉆機(jī)為主，定向鉆進(jìn)為主。

3.3 連續(xù)管側(cè)鉆水平井完井方案研究

3.3.1 完井方式的優(yōu)選

目前常用的連續(xù)管側(cè)鉆水平井完井方式主要有裸眼完井、割縫襯管完井、帶管外封隔器完井、射孔完井等。根據(jù)大慶油田的地質(zhì)特點(diǎn)、防砂要求和套管尺寸，優(yōu)選出封隔器完井方式，具有防止井眼坍塌、完井成本較低和實現(xiàn)分段開采等優(yōu)點(diǎn)，能更好地進(jìn)行井下壓裂和射孔改造。

3.3.2 完井工具的優(yōu)選與應(yīng)用

裸眼管外封隔器完井方式主要包括滑套、封隔器、懸掛器工具。

（1）滑套的優(yōu)選。目前滑套主要有2種：投球式滑套和機(jī)械式滑套?？紤]到現(xiàn)場的操作性，選擇操作簡單，風(fēng)險性小的滑套，從而選擇投球式滑套。

（2）裸眼封隔器的優(yōu)選。裸眼封隔器主要有遇液膨脹封隔器、液壓式封隔器2種。根據(jù)地層及井徑的特性，合理選擇裸眼封隔器，達(dá)到施工風(fēng)險小、作業(yè)難度低，實現(xiàn)分段封隔地層的目的。

（3）懸掛器的優(yōu)選。懸掛器主要有膨脹式懸掛器和液壓式懸掛器2種。膨脹懸掛器屬于一種新型技術(shù)，國內(nèi)目前應(yīng)用很少，可靠性和穩(wěn)定性還有待于進(jìn)一步的觀察，所以決定采用操作性更強(qiáng)的液壓式懸掛器。

4 結(jié)論

通過開展連續(xù)管側(cè)鉆水平井關(guān)鍵技術(shù)研究，完成了方案設(shè)計，形成了連續(xù)管側(cè)鉆水平井工藝技術(shù)，達(dá)到了現(xiàn)場試驗條件，為實現(xiàn)老井激活、剩余油藏經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。下步建議開展現(xiàn)場試驗。

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