旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)研究與應(yīng)用

（長城鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，遼寧 盤錦 124010）

0 引言

目前我國主力油田已進(jìn)入開發(fā)中后期，面臨以下2 個(gè)問題：整裝區(qū)塊及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量越來越少，目標(biāo)油氣藏正朝著深層、低滲等方向發(fā)展，儲(chǔ)層物性差，近井流動(dòng)阻力大，部分井進(jìn)行壓裂、酸化等儲(chǔ)層改造時(shí)，啟動(dòng)壓力高，影響了儲(chǔ)層改造效果。

老區(qū)井間剩余油氣分布復(fù)雜，依靠常規(guī)鉆井/側(cè)鉆井等技術(shù)，投資大、成本高，部分井間剩余油開采經(jīng)濟(jì)性差。

針對(duì)上述問題，徑向水平井技術(shù)可利用原井筒在油層不同深度、方向上，直接鉆出多個(gè)輻射狀徑向孔眼[1]，顯著提高近井導(dǎo)流能力，使單井控制儲(chǔ)量、油氣井產(chǎn)量、開采速度得到提高。與傳統(tǒng)增產(chǎn)技術(shù)相比，該技術(shù)具有施工周期短、成本低等優(yōu)勢[2]，對(duì)提高油氣井單井產(chǎn)量、提高開采經(jīng)濟(jì)效益、降低噸油成本具有重要的意義，應(yīng)用前景廣闊。

目前，國內(nèi)外普遍研究的噴射鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)采用“萬向節(jié)套管開窗+軟管高壓噴射鉆進(jìn)”方式，在軟到中硬地層應(yīng)用中，展示出了良好的技術(shù)優(yōu)勢與效果。但是還存在以下3 個(gè)問題。1）采用高壓泵、噴射管、自進(jìn)式噴射鉆頭結(jié)合形成高壓水射流，在硬地層中噴射困難、噴射軟膠管易彎曲打折[3]。2）采用井下馬達(dá)驅(qū)動(dòng)萬向節(jié)，帶動(dòng)銑頭旋轉(zhuǎn)，在套管內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，完成套管開窗。由于萬向節(jié)柔性大，同時(shí)傳遞扭矩和鉆壓，控制難度大，可靠性差且孔徑偏小。3）采用“連續(xù)管+噴射管”作業(yè)方式，施工費(fèi)用相對(duì)較高。

針對(duì)“萬向節(jié)套管開窗+軟管高壓噴射鉆進(jìn)”方式存在的問題，長城鉆探工程技術(shù)研究院對(duì)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)進(jìn)行了研究，并完成了多口井應(yīng)用，該技術(shù)在軟硬多種巖性地層鉆進(jìn)中均展現(xiàn)了良好的應(yīng)用效果。

1 技術(shù)介紹

1.1 技術(shù)原理

旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)主要包括兩大核心關(guān)鍵技術(shù)。1）套管開窗技術(shù)。利用專用套管開窗工具[4]在目的層套管的設(shè)計(jì)深度及方位上鉆出直徑Ф30mm 的孔眼。2）地層鉆進(jìn)技術(shù)。利用柔性鉆桿施加鉆壓和傳遞扭矩給前端微型破巖鉆頭，在導(dǎo)向工具的作用下實(shí)現(xiàn)超短半徑（100 mm）扭矩傳遞及鉆頭加壓，微型破巖鉆頭及柔性鉆桿通過套管上開好的窗口進(jìn)入地層，采用“機(jī)械+水力”聯(lián)合破巖方式在目的層鉆出若干直徑Ф25 mm ～Ф30 mm、長度＜20 m的徑向孔眼，從而增加原井眼的泄流半徑，解除近井地帶污染，恢復(fù)地層滲透率，進(jìn)而達(dá)到提高產(chǎn)量/注入量的目的，如圖1 所示。

圖1 旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)原理

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)利用機(jī)械+水力聯(lián)合破巖，完成孔眼直徑大，鉆進(jìn)長度可靠（常規(guī)射孔的20 倍以上），克服了常規(guī)射孔距離短難以穿透油、水污染帶的缺點(diǎn)；旋轉(zhuǎn)開窗及鉆進(jìn)，動(dòng)作更加柔和，不會(huì)對(duì)井筒和水泥環(huán)造成傷害，無壓實(shí)效應(yīng)。此外，現(xiàn)場施工利用小修作業(yè)機(jī)配合即可，設(shè)備簡單，成本低廉。

1.3 應(yīng)用范圍

旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)可應(yīng)用于新井投產(chǎn)（解除泥漿/水泥漿污染）、老井二次補(bǔ)孔（解除修井等作業(yè)污染）、注水/氣井解堵、壓裂酸化預(yù)處理（降低啟動(dòng)壓力，擴(kuò)大酸化波及面積）、解除煤層氣井近井帶水鎖效應(yīng)及采用其它增產(chǎn)措施有風(fēng)險(xiǎn)井（如壓裂有水竄風(fēng)險(xiǎn)）等領(lǐng)域，還代替深穿透射孔（無燒結(jié)壓實(shí)效應(yīng)），提高低滲等油藏產(chǎn)量。旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)適用于井斜小于40°、井溫小于150℃（約4 000 m 以內(nèi)）、5″、 5 1/2″、7″、9 5/8″單層套管井。

2 施工流程

旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)現(xiàn)場施工時(shí)，首先進(jìn)行井筒清潔，下入開窗工具、導(dǎo)向工具等工具；開窗工具下到設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行測井，測開窗位置深度，計(jì)算該深度與設(shè)計(jì)深度之間的距離，調(diào)節(jié)開窗深度至設(shè)計(jì)深度，有方位要求時(shí)，還要測量、調(diào)節(jié)開窗方位。開窗位置調(diào)節(jié)完畢后，下入開窗輔助工具，啟動(dòng)高壓泵打壓開窗，開窗完成后，停泵，起出工具。調(diào)整導(dǎo)向工具位置，下入地層鉆進(jìn)工具，啟動(dòng)高壓泵打壓鉆進(jìn)，鉆進(jìn)完畢后，起出鉆進(jìn)工具。起出后根據(jù)鉆進(jìn)情況，更換鉆具。繼續(xù)鉆進(jìn)，直至完成該孔眼鉆進(jìn)，然后調(diào)節(jié)開窗位置至下一孔，重復(fù)開窗鉆進(jìn)等步驟，全部設(shè)計(jì)孔眼完成后，起出工具，施工結(jié)束。

3 應(yīng)用情況

3.1 新井解除泥漿/水泥漿污染

L88 井是一口預(yù)探井，2013 年1 月完井，完鉆井深2 728.0 m，施工前未射孔。

鑒于周邊幾口井采用常規(guī)射孔，試油效果不好，為解除鉆完井污染，擴(kuò)大泄油面積，增大壓裂波及范圍，嘗試對(duì)目標(biāo)油層進(jìn)行徑向鉆孔，完成4 個(gè)分支孔眼后原油返出井口，關(guān)井井口套壓1.1 MPa，暫緩其余孔施工，直接試投產(chǎn)，平均日產(chǎn)液3.2 t，日產(chǎn)稠油2.9 t，見表1。40 余天后，實(shí)施壓裂，目前日產(chǎn)液8.3 t，日產(chǎn)油6.3 t。

表1 L88 井施工前后產(chǎn)量對(duì)比

3.2 老井挖潛應(yīng)用

Q2 井是一口長停井。2000 年2 月完鉆，初期日產(chǎn)液16.6 方，日產(chǎn)油5.4 t，含水67.3%。后逐漸不出，2008 年關(guān)井。2011 年進(jìn)行了6 個(gè)孔眼的徑向鉆孔施工，施工后，日產(chǎn)油6.8 m3/d，超過該井投產(chǎn)初期產(chǎn)量，見表2。

表2 Q2 井施工前后產(chǎn)量對(duì)比

3.3 注水/氣井解堵應(yīng)用

L2 井位于新疆油田XX 作業(yè)區(qū)，是一口注水井。2002年11 月在K1h27-4 層投注，初期注入壓力5.0 MPa，滿足配注。2014 年7 月檢管后測量顯示K1h27 層注水不滿足地質(zhì)配注要求，分析認(rèn)為儲(chǔ)層近井地帶受到污染。受該井欠注影響，對(duì)應(yīng)油井含水上升，能量下降。

為解除注水污染，滿足配注要求。2014 年對(duì)K1h27-4 層進(jìn)行6 個(gè)孔眼的徑向鉆孔施工，施工后，注入量達(dá)到55 m3，注水壓力僅4 MPa，見表3。

表3 L2 井施工前后注水情況對(duì)比

3.4 引導(dǎo)壓裂，降低啟動(dòng)壓力應(yīng)用

J6 井是一口評(píng)價(jià)井。2003 年投產(chǎn)，實(shí)施壓裂，排量4 m3/min，泵壓80 MPa，加砂8 m3，施工壓力過高，加砂量小，壓裂效果不理想。關(guān)井。

2013 年進(jìn)行了10 個(gè)孔眼的徑向鉆孔施工，施工后，擠入壓裂液511 m3，排量5.2 m3/min， 泵壓58 MPa～62 MPa，加砂60 m3，砂比22.3%。壓裂后平均日產(chǎn)油3.24 m3/d，見表4。

表4 J6 井施工前后產(chǎn)量對(duì)比

3.5 壓裂等措施有風(fēng)險(xiǎn)（如水竄）

S6 井是新疆油田的一口稀油采油井，2014 年7 月完鉆，完鉆井深2 482 m。新井采用深穿透、負(fù)壓射孔，井段2 433 m～2 441 m，實(shí)射厚度：6.0 m/2 層，射孔后油套壓為0 MPa，無油氣顯示。該井油層下部較近有水層，采取壓裂等措施，引起水竄，因此實(shí)施徑向水平鉆孔，解除近井污染，溝通地層。

2014 年進(jìn)行了9 個(gè)孔眼的徑向鉆孔施工，施工后日產(chǎn)油達(dá)到5.4 m3/d，達(dá)到施工目的，見表5。

表5 S6 井施工前后產(chǎn)量對(duì)比

4 結(jié)論

自2011 年首井試驗(yàn)應(yīng)用以來，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)徑向水平井技術(shù)在遼河、吉林、新疆、華北和長慶等地累計(jì)應(yīng)用60 余口井。實(shí)踐證明，剛性驅(qū)動(dòng)液控套管開窗技術(shù)與旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)組合，開窗平穩(wěn)、鉆進(jìn)可靠，可廣泛應(yīng)用于砂巖、泥頁巖、白云巖等較軟地層及碳酸鹽、粗面巖、低滲輝綠巖、火山角礫巖等較硬地層施工，在新井投產(chǎn)、老井挖潛、解堵增注、輔助壓裂和降低起裂壓力等方面，現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著，取得了良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。