長(zhǎng)慶油田連續(xù)管鉆井技術(shù)應(yīng)用

劉立鵬，彭元超，姚戰(zhàn)利

(1.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018；3.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司蘇里格項(xiàng)目經(jīng)理部，陜西西安 710018)

隨著長(zhǎng)慶油田的持續(xù)開發(fā)，套損井、水淹井、長(zhǎng)停井?dāng)?shù)量逐年增多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前油田有低產(chǎn)低效井萬余口，長(zhǎng)停井5 000 余口，套損井近2 000口，且每年以約2 000口的數(shù)量遞增。為了經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)低效井增產(chǎn)，長(zhǎng)慶油田近年來開展了φ139.7 mm套管開窗側(cè)鉆φ118.0 mm井眼的技術(shù)研究及應(yīng)用，目前已實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用，取得了良好的效果。但在規(guī)?；茝V過程中也出現(xiàn)了一些問題，部分側(cè)鉆井受限于地面條件，需拆除已建的配套實(shí)施，在一定程度上增加了成本，影響了正常生產(chǎn)。連續(xù)油管鉆井(CTD)技術(shù)是90年代以來國(guó)外大力研究和發(fā)展的鉆井技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)起下鉆、鉆井過程中動(dòng)態(tài)密封，配套工具體積小，安裝運(yùn)輸便捷，對(duì)鄰近井不會(huì)造成影響[1-2]。配套工藝技術(shù)及核心裝備還不成熟，實(shí)鉆過程中常遇到全角變化率超標(biāo)、托壓嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重制約了該技術(shù)的發(fā)展。

1 連續(xù)管鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析

1.1 全角變化率易超標(biāo)

由于連續(xù)管鉆進(jìn)過程中自身不能旋轉(zhuǎn)，鉆進(jìn)采用螺桿+鉆頭方式，鉆頭破碎地層主要靠螺桿驅(qū)動(dòng)，鉆進(jìn)過程中螺桿存在一定彎度，如果螺桿彎度過大或者未能及時(shí)調(diào)整螺桿高邊方向，極易導(dǎo)致全角變化率超標(biāo)[3-5]。因此，需不斷調(diào)整螺桿高邊方向來控制井眼軌跡的變化，致使井眼軌跡變化幅度大，不平滑，隨著裸眼段的鉆進(jìn)，摩阻增大，極易誘發(fā)井下事故。

1.2 托壓嚴(yán)重

連續(xù)管自身撓性較好，隨著裸眼段的增加，連續(xù)管與井壁的接觸面積增大，加壓過程極易出現(xiàn)螺旋屈曲，產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。小井眼鉆進(jìn)過程中排量小，泵壓高，導(dǎo)致井底清洗不徹底，有害固相含量高，導(dǎo)致摩阻增大，鉆壓不能有效傳遞到鉆頭位置，機(jī)械鉆速低。

1.3 定向器性能不穩(wěn)定

連續(xù)管鉆進(jìn)過程中依靠與下部鉆具連接的定向器驅(qū)動(dòng)下部鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整彎螺桿高邊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)井眼軌跡的控制。定向器有電驅(qū)動(dòng)和鉆井液脈沖驅(qū)動(dòng)定向器，前者處于研發(fā)階段，后者相對(duì)較為成熟；液動(dòng)型依靠鉆井液脈沖進(jìn)行工作，啟停鉆井泵1次，可轉(zhuǎn)動(dòng)45°。受工具自身扭矩所限(400～600 N·m)，應(yīng)用的最大井斜為35°。井斜在超過20°時(shí)，隨定向器以下鉆具與井壁接觸面積增大，摩阻增加，定向器驅(qū)動(dòng)下部鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)困難，轉(zhuǎn)動(dòng)角度不穩(wěn)定(10°～30°/次)，嚴(yán)重影響了施工時(shí)效。

1.4 卡鉆

目前，長(zhǎng)慶油田產(chǎn)層注水井壓力普遍較高，鉆達(dá)儲(chǔ)層前需將鉆井液密度提至1.25 g/cm3以上。連續(xù)管鉆進(jìn)過程中，管柱如未得到有效活動(dòng)，極易出現(xiàn)粘卡，發(fā)生事故時(shí)受限于注入頭的提升能力，不能在第一時(shí)間進(jìn)行有效處理，易導(dǎo)致后續(xù)事故處理復(fù)雜化。

2 連續(xù)管鉆井技術(shù)

2.1 剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)與井眼軌跡控制

通過剖面優(yōu)化，解決連續(xù)管鉆進(jìn)過程中軌跡與工具造斜能力不匹配的問題。調(diào)整連續(xù)管下部鉆具組合，消除全角變化率易超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，降低全井段井眼軌跡的變化幅度，可有效降低摩阻扭矩，達(dá)到裸眼段全過程連續(xù)管鉆進(jìn)的目的[6-8]。

2.1.1 剖面優(yōu)化

對(duì)原有的三維側(cè)鉆定向井剖面設(shè)計(jì)為：窗口-扭-增/降-穩(wěn)-靶點(diǎn)，五段制的常規(guī)剖面進(jìn)行了適用性研究，依據(jù)平均曲率法，充分考慮連續(xù)管鉆進(jìn)中全過程依靠螺桿鉆進(jìn)的特點(diǎn)，結(jié)合地質(zhì)要求，將剖面調(diào)整為：窗口-圓弧-靶點(diǎn)的三段制剖面，更有利于螺桿的選型及后續(xù)鉆井施工時(shí)的井眼軌跡控制(表1)。

表1 剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1.2 井眼軌跡控制

優(yōu)化連續(xù)管下部鉆具組合，依據(jù)剖面設(shè)計(jì)定制了專用的無扶正器螺桿。鉆具組合：φ120.0 mm PDC+φ102.0 mm 0.5°單彎螺桿(無扶正器)+φ105.0 mm無磁鉆鋌(帶MWD)+φ95.0 mm液力換向器+φ73.0 mm加重鉆桿(5根)+φ95.0 mm連接器+φ73.0 mm連續(xù)管。將連續(xù)管底部鉆具組合總長(zhǎng)從已有的155 m縮短至75 m，有效降低了定向器轉(zhuǎn)動(dòng)過程的阻力，螺桿高邊調(diào)整更高效。選用的無扶正器、小彎度螺桿與設(shè)計(jì)剖面更匹配，減少了井眼軌跡的大幅度調(diào)整。

調(diào)整井斜較小井段(小于20°)方位，達(dá)到設(shè)計(jì)靶點(diǎn)方位后，控制工具面處于增斜鉆進(jìn)至靶點(diǎn)。

2.2 工具選型配套

針對(duì)井斜增大后工具面調(diào)整困難，鉆進(jìn)過程中托壓嚴(yán)重等問題，通過改進(jìn)定向器，增大驅(qū)動(dòng)扭矩，定制鉆頭等工具，可有效解決這些問題，能減少調(diào)整軌跡時(shí)頻繁起下鉆的次數(shù)，提高機(jī)械鉆速。實(shí)鉆過程中最快機(jī)械鉆速達(dá)16 m/h。

2.2.1 定向器改進(jìn)

2口試驗(yàn)井的井斜相對(duì)較大(超過35°)，通過改進(jìn)工具結(jié)構(gòu)，使其最大扭矩由600 N·m提升至800 N·m。簡(jiǎn)化定向器以下鉆具組合：鉆頭+單彎螺桿+無磁鉆鋌，中間無任何轉(zhuǎn)換接頭，長(zhǎng)度縮短至14 m，能進(jìn)一步減少鉆具與井壁的接觸面積。總結(jié)定向器轉(zhuǎn)動(dòng)及上提下放過程中螺桿高邊角度的變化規(guī)律，減少調(diào)整時(shí)活動(dòng)鉆具次數(shù)，避免對(duì)井壁造成不必要的拉劃(表2)。

表2 定向器主要參數(shù)

2.2.2 定制專用螺桿、鉆頭

根據(jù)試驗(yàn)井軌跡要求定制2種不同尺寸、4類不同彎度的無扶螺桿。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，優(yōu)選外徑φ102.0 mm，彎度分別為0.50°、0.75°的低速大扭螺桿，提高了與軌跡的適配性。增斜及扭方位井段工具面調(diào)整正常后，鉆進(jìn)過程中僅需微調(diào)，無需頻繁改變軌跡走向，提速效果明顯。

定制連續(xù)管鉆井專用φ118.0 mm PDC鉆頭，采用個(gè)性化設(shè)計(jì)，使用聚晶金剛石保徑、中等密度布齒，主切削選用φ13.0 mm、非對(duì)稱5刀翼方案?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中通過強(qiáng)化鉆井參數(shù)，可有效緩解托壓?jiǎn)栴}，平均機(jī)械鉆速達(dá)到4.2 m/h(圖1)。

圖1 定制鉆頭

2.2.3 配套液力推進(jìn)器

液力推進(jìn)器采用液壓傳遞作用力。泥漿流經(jīng)工具內(nèi)部及鉆頭后，在鉆頭水眼節(jié)流作用下，環(huán)空與水眼形成壓力差作用于液力推進(jìn)器的活塞，從而形成向下的推力，將泥漿壓能轉(zhuǎn)化為鉆壓，推動(dòng)鉆頭前進(jìn)。底部鉆具組合：φ120.0 mmPDC+φ102.0 mm螺桿+φ105.0 mm無磁鉆鋌+φ95.0 mm液力推進(jìn)器+φ73.0 mm加重鉆桿+φ95.0 mm連接器+φ73.0 mm鉆桿。液力推進(jìn)器的使用過程中鉆壓控制在20 kN以內(nèi)，可有效消除部分鉆柱與井筒的靜摩擦力，提高鉆進(jìn)過程中鉆壓傳遞的有效性，減少底部鉆具與井眼之間的摩阻，降低了鉆具粘卡的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.4 使用φ38.0 mm MWD儀器

目前，長(zhǎng)慶油田側(cè)鉆井小井眼軌跡控制普遍采用外徑φ48.0 mm MWD儀器。由于配套小井眼的無磁鉆鋌或無磁承壓鉆桿受自身強(qiáng)度所限，內(nèi)徑均為56 mm左右，裝入儀器后，環(huán)空間隙小，循環(huán)壓耗高。側(cè)鉆用連續(xù)管自身長(zhǎng)度均在3 000 m以上，地面循環(huán)壓耗高，如繼續(xù)采用常規(guī)儀器，不利于鉆井液循環(huán)和地面設(shè)備正常使用。使用φ38.0 mm MWD儀器，在現(xiàn)有條件下能有效擴(kuò)展環(huán)空間隙?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中，相較于φ48.0 mm MWD儀器，同等條件下能降低循環(huán)泵壓2 MPa 以上。同等排量條件下可降低地面設(shè)備負(fù)荷，提高鉆井液循環(huán)效率。

2.3 鉆井液潤(rùn)滑減阻技術(shù)

此次實(shí)驗(yàn)的連續(xù)油管鉆井，鉆頭尺寸為φ118.0 mm，屬于小井眼定向井施工。井眼環(huán)空間隙小，鉆具柔性強(qiáng)，環(huán)空壓耗比大井眼大得多，能保持井壁穩(wěn)定，井徑規(guī)則，減少井下掉塊，保持環(huán)空暢通，較少阻卡。保持鉆井液潤(rùn)滑性能優(yōu)良對(duì)小井眼鉆井尤為重要，為此采用了無土相低聚胺強(qiáng)抑制防塌鉆井體系。

(1)鉆井液中加入低聚胺以提高鉆井液抑制防塌性能。實(shí)驗(yàn)表明，0.5%低聚胺的抑制性好于5%氯化鉀的抑制性(回收率評(píng)價(jià))，能有效抑制黏土分散，與聚合物PAM、KPAM復(fù)配后，鉆井液的抑制防塌性和潤(rùn)滑性明顯增強(qiáng)。

(2)采用無土相鉆井液體系，配合有機(jī)鹽甲酸鹽提高鉆井液密度，可有效減少固相含量，有利于鉆井液流變性控制和調(diào)整。鉆井液環(huán)空壓耗小，能保持較高的環(huán)空返速，減少巖屑床的程度，保持環(huán)空清潔，減少環(huán)空阻卡。

(3)加入封堵性納米乳液處理劑，保持薄而韌的泥餅，可降低鉆井液濾失性能，有利于井壁規(guī)則和儲(chǔ)層保護(hù)，提高封堵性能。配合潤(rùn)滑劑可提高潤(rùn)滑性，能有效降低摩阻系數(shù)。

2.4 卡鉆事故處理

持續(xù)鉆進(jìn)過程中易出現(xiàn)卡鉆事故?？紤]連續(xù)油管抗拉強(qiáng)度和作業(yè)機(jī)提升能力，不能大幅度活動(dòng)鉆具，即使采取注入各類解卡劑，如不能得到有效活動(dòng)，及時(shí)解卡，還會(huì)影響泥漿性能，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，使事故復(fù)雜化。應(yīng)在確認(rèn)卡鉆的第一時(shí)間內(nèi)，使用連續(xù)管丟手接頭，投球開泵憋壓丟手，起出連續(xù)油管，使用常規(guī)鉆具與剩余鉆具對(duì)扣后，通過上體下放大幅活動(dòng)鉆具，或采取注入解卡劑等方式解卡，可提高事故處理成功率。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

2019年至今，在長(zhǎng)慶油田相繼開展了4口井的連續(xù)管側(cè)鉆現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，下面是其中2口井的試驗(yàn)效果。

PCx-x井是長(zhǎng)慶油田首口連續(xù)管側(cè)鉆井，也是國(guó)內(nèi)首次試驗(yàn)使用φ60.3 mm連續(xù)管側(cè)鉆完成的大斜度井。設(shè)計(jì)井深1 665 m，通過調(diào)整剖面設(shè)計(jì)、工具改進(jìn)、底部鉆具組合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)管鉆進(jìn)412 m的目標(biāo)，驗(yàn)證了施工方案可行性及關(guān)鍵工具的可靠性，完鉆后井身質(zhì)量合格。

在DCx-x井改進(jìn)了試驗(yàn)工具，進(jìn)一步完善了施工方案，首次應(yīng)用了國(guó)內(nèi)首套連續(xù)管復(fù)合鉆機(jī)，極大地降低了作業(yè)強(qiáng)度，提升了連續(xù)管側(cè)鉆施工的安全性、可靠性。施工過程中，使用小尺寸MWD儀器、0.5°無扶螺桿、鉆井液潤(rùn)滑減阻，實(shí)現(xiàn)了裸眼段全過程連續(xù)管鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中無托壓、阻卡現(xiàn)象，完鉆井深2 123 m。完鉆后井身質(zhì)量合格，后續(xù)作業(yè)順利。

圖2 DCx-x井試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)論

(1)自主研發(fā)的連續(xù)管鉆井關(guān)鍵工具及配套工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了φ118.0 mm井眼側(cè)鉆定向井施工。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)液動(dòng)定向器、液力加壓器等連續(xù)管關(guān)鍵裝備的可靠性及可行性。

(2)連續(xù)管鉆井采用窗口+圓弧+靶點(diǎn)的三段制剖面設(shè)計(jì)，依據(jù)剖面設(shè)計(jì)選擇合理的下部鉆具組合，進(jìn)一步提高鉆具組合與設(shè)計(jì)剖面的適配性，提高作業(yè)效率。

(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)螺桿使用情況，連續(xù)管適用1°及更小彎度螺桿，具體應(yīng)該據(jù)軌跡需求做調(diào)整，同時(shí)應(yīng)去除螺桿扶正器，加快井下可調(diào)彎度動(dòng)力工具的研發(fā)。

(4)現(xiàn)場(chǎng)采用的無土相低聚胺強(qiáng)抑制防塌鉆井體系，在保持井壁穩(wěn)定，井徑規(guī)則，抑制防塌方面都顯示了不錯(cuò)的效果。但鑒于連續(xù)管鉆井的特殊性，后續(xù)還應(yīng)提高其潤(rùn)滑性能和攜砂性能，保障連續(xù)管鉆井施工的安全快速。