小井眼連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)現(xiàn)狀分析

龔建凱 ，尹方雷 ，李 寅 ，董 浩 ，李艷麗 ，鄭穎異 ，張宏偉 ，李婉瀾

（1.中國石油長城鉆探公司工程技術(shù)研究院，遼寧 盤錦 124010；2.中國石油遼河油田公司興隆臺采油廠，遼寧 盤錦 124010）

國外應(yīng)用表明，連續(xù)管鉆井技術(shù)已成為石油鉆井的主要技術(shù)之一，特別是被美國和加拿大大量應(yīng)用，約占全球連續(xù)管鉆井量的80%，表現(xiàn)出了巨大的技術(shù)優(yōu)勢，取得了良好的經(jīng)濟效益。目前，隨著國內(nèi)各油田進(jìn)入開發(fā)中后期，側(cè)鉆井已經(jīng)成為穩(wěn)產(chǎn)的主要技術(shù)手段。而相對于常規(guī)側(cè)鉆井風(fēng)險高、效率低及成本高等缺點，連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)憑借其經(jīng)濟高效的優(yōu)勢，為油田的二次開發(fā)提供了有效的技術(shù)手段。

1 連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)簡介

連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)是指使用連續(xù)管、井下動力鉆具及井下工具完成斜向器下入、套管開窗、裸眼段鉆進(jìn)等多項施工作業(yè)的鉆井技術(shù)。其利用現(xiàn)有場地和井筒，可達(dá)到快速高效、降低鉆井成本的目的。設(shè)備方面主要由連續(xù)管鉆機、連續(xù)管及輔助設(shè)備組成；工具方面主要由連接器、專用開窗工具、單流閥、安全丟手、定向工具、隨鉆測量工具、動力鉆具及鉆頭等組成。

2 連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國外連續(xù)管側(cè)鉆鉆機發(fā)展較為成熟，主要有車載式、拖車式、撬裝式、鉆塔式、桅桿式等多種型號。主要應(yīng)用工藝有老井側(cè)鉆、雙套管開窗側(cè)鉆、過油管側(cè)鉆、利用氮氣或者泡沫進(jìn)行欠平衡側(cè)鉆、邊生產(chǎn)邊側(cè)鉆、控壓側(cè)鉆、精確分層多分支側(cè)鉆和地質(zhì)導(dǎo)向側(cè)鉆等。

隨著小尺寸隨鉆測量技術(shù)（MWD）的發(fā)展，基于連續(xù)管鉆井的特點，出現(xiàn)了液壓式定向工具，通過彎角工具面的調(diào)整來控制井身軌跡。1994年，貝克休斯率先發(fā)明了連續(xù)管有纜式鉆井工具，通過連續(xù)管內(nèi)置電纜為井下工具提供能量和傳輸信號，大大提高了連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)的適用范圍。目前，國外典型的連續(xù)管有纜式鉆具組合系統(tǒng)主要包括貝克休斯的CoilTrak 定向鉆具組合系統(tǒng)、斯倫貝謝的VIPER 定向鉆具組合系統(tǒng)和AnTech 的COLT 定向鉆具組合系統(tǒng)。

隨著連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)勢愈發(fā)突出，應(yīng)用規(guī)模逐年擴大，各種應(yīng)用記錄不斷更新。貝克休斯在阿拉斯加和中東地區(qū)進(jìn)行了大規(guī)模的應(yīng)用施工，1996年—2015年，利用 60.3 mm（23/8in）、92.1 mm（35/8in）連續(xù)管（CT）有纜孔底鉆具組合系統(tǒng)（BHA）完成了777 口側(cè)鉆井施工；2013年，康菲公司在阿拉斯加施工的側(cè)鉆井最大井深達(dá)到4 012 m，水平位移1 287 m；威德福在沙特進(jìn)行鉆頭欠平衡鉆井，在3 586 m開窗，水平位移 750 m，最大井斜度 94°，造斜率25°/30 m；斯倫貝謝在中東高溫深井中成功鉆到6 937 m，在最佳單趟鉆井中，24 h 鉆井427 m，超過油田平均過油管側(cè)鉆鉆進(jìn)速度記錄的200%。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)發(fā)展較晚，與國外技術(shù)水平及應(yīng)用規(guī)模上存在較大差距。近幾年，中國石油長城鉆探工程公司、中國石油渤海鉆探工程公司、中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院、寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司、遼河油田和大港油田等單位，研制了單模式連續(xù)管鉆機、復(fù)合式連續(xù)管鉆機、鉆井用連續(xù)管及井下鉆井工具等系列裝備，進(jìn)行了11 口井的小井眼連續(xù)管側(cè)鉆井現(xiàn)場試驗，取得了重要技術(shù)進(jìn)展。

2.2.1 單、雙模連續(xù)管鉆機及無線定向鉆井工具的開發(fā)

在 “十二五” 和 “十三五” 期間，中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院分別研制了單模式連續(xù)管鉆機（需與修井機等配合）和連續(xù)管復(fù)合鉆機（獨立完成側(cè)鉆的所有工藝）。單模式連續(xù)管鉆機配備了提升力58 t 的注入頭，可容納73.0 mm（27/8in）連續(xù)管，鉆井深度達(dá)到 3 500 m。復(fù)合式連續(xù)管鉆機配備提升力90 t 的注入頭、起升系統(tǒng)和液壓轉(zhuǎn)盤，可實現(xiàn)小井眼連續(xù)管側(cè)鉆全過程工藝，目前已完成了型式試驗。

中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院開發(fā)的連續(xù)管無線定向鉆井系列工具，包括連接器、非旋轉(zhuǎn)接頭、安全丟手、液力定向器等，工具串示意圖如圖1所示。液力定向器通過流體壓力差推動活塞移動，并轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動能驅(qū)動下部鉆具扭轉(zhuǎn)，改變螺桿彎角的方向，達(dá)到定向目的。安全丟手可以在下部鉆具發(fā)生卡鉆事故時，通過投球的方式緊急脫開，以便于連續(xù)管的取出，避免發(fā)生更嚴(yán)重的井下事故。安全丟手脫開后，可更換處理事故能力更高的常規(guī)鉆具進(jìn)行打撈。連續(xù)管無線定向鉆井工具有制造成本低、井口操作簡便及可集成現(xiàn)有成熟常規(guī)提速工具等優(yōu)勢。

圖1 連續(xù)管無線定向鉆井工具組合示意圖

2.2.2 連續(xù)管有線定向鉆井工具的開發(fā)

中國石油長城鉆探工程公司開發(fā)的連續(xù)管有線定向鉆井系列工具包括連接器、非旋轉(zhuǎn)接頭、丟手工具、定向工具和隨鉆測量工具等，工具串示意圖如圖2所示。

圖2 連續(xù)管有線定向鉆井工具組合示意圖

整個井下工具串需要通過連續(xù)管內(nèi)置電纜進(jìn)行電能和信號傳輸，要求每個工具內(nèi)部必須設(shè)計電纜對接裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。丟手工具及定向工具均為電液控式，通過地面計算機控制，發(fā)出執(zhí)行信號，驅(qū)動工具內(nèi)部電機及液壓泵進(jìn)行工作，實現(xiàn)丟手及旋轉(zhuǎn)的功能。隨鉆測量工具內(nèi)置有線隨鉆碳管，借助于電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。連續(xù)管有線定向鉆井工具擁有旋轉(zhuǎn)精度高、數(shù)據(jù)傳輸速度快、不限制鉆井液流體性質(zhì)等優(yōu)勢。

2.2.3 連續(xù)管側(cè)鉆現(xiàn)場試驗

2012年—2017年，中國石油長城鉆探工程公司、中國石油渤海鉆探工程公司及中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院聯(lián)合在遼河油田和大港油田進(jìn)行了 11 口 139.7 mm（51/2in）套管開窗側(cè)鉆井的現(xiàn)場試驗，試驗包括了連續(xù)管開窗、連續(xù)管定向鉆進(jìn)和穩(wěn)斜鉆進(jìn)等全過程小井眼連續(xù)管側(cè)鉆施工。施工井最大進(jìn)尺707 m，最大井斜37°，并進(jìn)行了 “增-穩(wěn)-降-直” S 形軌跡鉆進(jìn)試驗，試驗井進(jìn)尺明細(xì)見表1。

表1 2012—2017年國內(nèi)小井眼連續(xù)管側(cè)鉆井進(jìn)尺明細(xì)表

3 實例井分析——遼河油田前XXX井

3.1 地質(zhì)概況

遼河油田沈67 塊自上而下鉆遇地層為上第三系平原—館陶組，下第三系東營組，沙河街組沙一段、沙三段、沙四段。沙三段又分為4個亞段。沈67 塊主要儲層為E2S32亞段。

S32 段地層主要由灰色、深灰色、灰綠色泥巖與灰白色粉砂巖、不等粒砂巖、中—細(xì)砂巖、含礫中砂巖、長石砂巖薄互層組成。沈67 塊隔層以泥巖隔層為主，少有其他類型的隔層發(fā)育。該區(qū)的隔層總體上分布穩(wěn)定，延伸廣，大部分為全區(qū)分布，隔層厚度大多為2～3 m，最小 1 m，最大12 m。

遼河油田前XXX 井出砂、漏失嚴(yán)重，作業(yè)時井口有溢流，無法繼續(xù)補層生產(chǎn)。利用事故井進(jìn)行小井眼連續(xù)管開窗側(cè)鉆挖潛井間剩余的油和氣，提高油氣采收率，降低油氣開采綜合成本。

3.2 施工簡況

前XXX 井是遼河油田在沈67 塊部署的第一口 139.7 mm（51/2in）小井眼連續(xù)管側(cè)鉆井，由中國石油長城鉆探工程公司、中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院、寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司等多家單位共同完成，開窗點在1 052 m，設(shè)計井深 1 759 m，裸眼段長 707 m。2017年 9月 27日，對該井進(jìn)行安裝和相關(guān)前期準(zhǔn)備，10月16日，下導(dǎo)斜器至1 052 m，10月17日進(jìn)行開窗作業(yè)并進(jìn)行裸眼定向鉆進(jìn)，10月31日定向鉆進(jìn)位置至1 759 m 完鉆，完井結(jié)構(gòu)如圖3所示。開修窗共22 h 并順利完成，取得了小井眼連續(xù)管厚壁套管開窗技術(shù)突破。鉆具組合為Φ118 mm 銑錐+Φ102 mm 直螺桿+Φ73 mm 加重鉆桿+電纜密封接頭+丟手接頭+上非旋轉(zhuǎn)接頭+連接器+Φ73mm連續(xù)管。開窗參數(shù)：鉆壓力 10～30 kN，泵壓21～23 MPa，排量 12 L/s ，進(jìn)尺 5 m。

圖3 遼河油田前XXX側(cè)鉆井井身結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 效果評價

該井鉆井周期16 天，共用銑錐1 只、牙輪鉆頭 3 只、PDC 鉆頭 2 只，純鉆進(jìn)時間 126.87 h，進(jìn)尺707 m，平均機械鉆速為5.54 m/h。雖然在鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)振動篩返出存在掉塊現(xiàn)象，劃眼處理時間也較長，導(dǎo)致下鉆遇阻，但都及時得到了處理，最終順利完成了前XXX 井小井眼連續(xù)管側(cè)鉆井的先導(dǎo)試驗。該井的成功實施，對遼河油田恢復(fù)長停井生產(chǎn)，延緩產(chǎn)量遞減速度及小井眼連續(xù)管側(cè)鉆水平井下一步的實施具有重要的參考和借鑒意義。

4 結(jié)論及建議

（1）國內(nèi)針對大港油田、遼河油田錦 16 和沈67 塊復(fù)雜地質(zhì)條件下小井眼連續(xù)管側(cè)鉆井難點進(jìn)行攻關(guān)，目前初步形成了連續(xù)管套管開窗工藝、連續(xù)管造斜鉆進(jìn)工藝 、連續(xù)管穩(wěn)斜鉆進(jìn)工藝和連續(xù)管側(cè)鉆鉆井液技術(shù)等小井眼連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)，成功完成了11 口井小井眼連續(xù)管側(cè)鉆井的先導(dǎo)試驗，對老油田恢復(fù)長停井生產(chǎn)，延緩產(chǎn)量遞減進(jìn)程具有重要的指導(dǎo)意義。

（2）在起、下鉆過程中利用連續(xù)管連續(xù)循環(huán)的優(yōu)勢，解決了鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的井眼縮徑問題，為后期完井尾管管柱的順利下入創(chuàng)造了有利條件。

（3）探索小井眼連續(xù)管側(cè)鉆水平井的可行性，建議研究井下測量工具（實時監(jiān)測鉆壓與扭矩）、隨鉆導(dǎo)向工具（在井下調(diào)整螺桿鉆具彎方）等。

（4）受注入頭夾持力、鉆井液潤滑性造成的井深誤差，建議連續(xù)管管體出廠時增加深度標(biāo)識。

（5）側(cè)鉆井完井方式多為尾管碰壓固井，應(yīng)增加連續(xù)管管內(nèi)焊接毛邊清除工藝，為連續(xù)管小膠塞順利通過提供通道。

（6）研發(fā)適用于小井眼連續(xù)管側(cè)鉆井、小井眼連續(xù)管側(cè)鉆水平井的完井工具及工藝。目前，該技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)仍為空白。