“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井技術(shù)研究與現(xiàn)場試驗(yàn)

武曉光， 黃中偉， 李根生， 史懷忠， 劉壽軍， 劉 鑫

（1. 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國石油大學(xué)（北京）），北京 102249；2. 中石油江漢機(jī)械研究所有限公司，湖北荊州 434000）

20世紀(jì)80年代初，美國Petrolphysics公司和Bechtel公司提出了超短半徑水平井鉆井技術(shù)，即在主井眼的徑向上沿某一層位或多個層位鉆出一口或多口曲率半徑1～3 m甚至更小的水平井眼[1]，該井眼能穿透近井污染帶，從而實(shí)現(xiàn)增大泄油面積、提高單井產(chǎn)量的目的。目前，超短半徑水平井已成為老井改造、剩余油挖潛和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要途徑之一[2]，尤其適用于薄油層、稠油油藏和低滲透油藏等難動用油藏的開發(fā)。

目前，超短半徑水平井常采用水力噴射徑向水平井鉆井技術(shù)（以下簡稱水力噴射技術(shù)）和柔性鉆具超短半徑水平井鉆井技術(shù)（以下簡稱柔性鉆具技術(shù)）。其中，水力噴射技術(shù)利用高壓水射流實(shí)現(xiàn)套管開窗和破巖鉆進(jìn)[3-7]，不需要段銑套管和井下擴(kuò)孔，采用特殊的轉(zhuǎn)向設(shè)備在井眼內(nèi)完成由垂直到水平的轉(zhuǎn)向，但存在井眼直徑偏?。ㄐ∮?0 mm）和分支井眼延伸控制困難等問題，分支井眼長度通常在50 m以內(nèi)；柔性鉆具技術(shù)采用機(jī)械破巖方式[8-11]，鉆具組合由若干長度0.10～0.25 m的鉆桿短節(jié)鉸接而成，具有易彎曲和能順利通過小曲率半徑井段的能力，同時鉆桿短節(jié)能夠傳遞鉆壓和扭矩，從而實(shí)現(xiàn)鉆頭高效鉆進(jìn)[12-15]。與水力噴射技術(shù)相比，柔性鉆具技術(shù)在降低井眼曲率方面有一定劣勢，但在增大井眼直徑、增加延伸極限和可操控性等方面優(yōu)勢明顯。目前，柔性鉆具技術(shù)已在國內(nèi)外多個油氣田開展了現(xiàn)場應(yīng)用，并取得了良好的增產(chǎn)效果[16-18]。

柔性鉆具技術(shù)通常采用修井機(jī)作業(yè)，通過轉(zhuǎn)盤提供扭矩，鉆進(jìn)時需要頻繁接單根，大幅增加了鉆井周期和作業(yè)成本。相比于修井機(jī)，連續(xù)管設(shè)備具有體積小、動遷性能好、自動化程度高和操作簡便等優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)密封和連續(xù)起下管柱作業(yè)，無需頻繁接單根，具有鉆井效率高、成本低和安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，在油田鉆井、完井、測井和修井等作業(yè)中應(yīng)用廣泛[19-23]，被譽(yù)為油氣行業(yè)中的“萬能作業(yè)設(shè)備”[24-25]?；诖耍岢隽恕斑B續(xù)管+柔性鉆具”的超短半徑水平井鉆井新思路，將連續(xù)管與柔性鉆具的優(yōu)勢相結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)超短半徑造斜鉆進(jìn)的同時，大幅提高作業(yè)效率，縮短鉆井周期，降低作業(yè)成本。目前，“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井技術(shù)在國內(nèi)外尚無應(yīng)用先例，為探索其可行性，研制了高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速螺桿鉆具、改進(jìn)了柔性鉆具結(jié)構(gòu)、研制了疊加式斜向器和造斜PDC鉆頭等關(guān)鍵工具，完善了施工工藝流程，初步形成了“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井設(shè)計方法和施工工藝，并在江漢油田陵72-5CZ井開展了首次現(xiàn)場試驗(yàn)，成功完成了長30.21 m的超短半徑水平分支井眼，驗(yàn)證了“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井技術(shù)的可行性，為老油田剩余油挖潛和低滲油田高效開發(fā)提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的新技術(shù)。

1 技術(shù)原理

“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井作業(yè)的地面設(shè)備及井下鉆具如圖1所示。該技術(shù)以連續(xù)管替代傳統(tǒng)鉆桿，配合大扭矩螺桿鉆具，帶動下方的柔性鉆具和鉆頭鉆進(jìn)。鉆井過程中螺桿鉆具不進(jìn)入分支井眼，始終保持在主井眼內(nèi)部，柔性鉆具和鉆頭進(jìn)入側(cè)鉆分支井眼，在同一層位內(nèi)完成開窗、造斜和水平鉆進(jìn)等全部作業(yè)程序。連續(xù)管與柔性鉆具相結(jié)合，有2方面的優(yōu)點(diǎn)：1）克服了傳統(tǒng)側(cè)鉆技術(shù)造斜率低、靶前距長的難題，能夠大幅縮短造斜半徑、降低無效進(jìn)尺及井下故障率，增大泄油面積；2）起下鉆過程中無需接單根，可大幅提高作業(yè)效率，縮短鉆井周期，降低鉆井成本。

圖1 “連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井示意Fig.1 Ultra-short radius horizontal well drilling with coiled tubing and flexible BHA

柔性鉆具由鉆桿短節(jié)鉸接相連而成，通過控制鉆桿短節(jié)長度和短節(jié)之間彎角（以下稱短節(jié)夾角），可實(shí)現(xiàn)對鉆具造斜能力的調(diào)控，從而滿足不同曲率半徑分支井眼的鉆井要求。

圖2所示為柔性鉆具造斜鉆進(jìn)的二維模型（圖2中：θ為井斜角，（°）；R為曲率半徑，m；d1為井眼直徑，m；Lr為鉆桿短節(jié)長度，m；d2為鉆桿短節(jié)直徑，m；α 為短節(jié)夾角，（°））。

圖2 柔性鉆具造斜鉆進(jìn)二維模型示意Fig.2 2D model of build-up of flexible BHA

井壁弧長為：

式中：L為井壁弧長，m。

在鉆壓的作用下，柔性鉆具緊貼井壁，井壁弧長可以采用柔性鉆具的幾何參數(shù)來表示：

式中：n為鉆桿短節(jié)數(shù)量。

從圖2可以看出，短節(jié)夾角可以表示為：

聯(lián)立式（1）—式（3），可得：

其中

應(yīng)用上述公式，計算不同鉆桿短節(jié)長度和短節(jié)夾角條件下的柔性鉆具造斜率和井眼曲率半徑，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出：當(dāng)短節(jié)夾角不變時，隨著短節(jié)長度增加，柔性鉆具的造斜率下降，曲率半徑近似線性增長；當(dāng)短節(jié)長度不變時，隨著短節(jié)夾角增大，柔性鉆具的造斜率增大，曲率半徑減小。因此，實(shí)際鉆井過程中，可根據(jù)目標(biāo)層位厚度和剩余油等數(shù)據(jù)確定所需要的井眼曲率半徑，然后優(yōu)選柔性鉆具的短節(jié)長度和短節(jié)夾角。

圖3 不同鉆桿短節(jié)長度和短節(jié)夾角條件下的柔性鉆具造斜率和曲率半徑計算結(jié)果Fig.3 Calculation results of build-up rate and curvature radius of flexible BHA under different length and included angle conditions of drill rod sub

2 關(guān)鍵工具研制與改進(jìn)

2.1 大扭矩螺桿鉆具的研制

“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井技術(shù)采用螺桿鉆具驅(qū)動柔性鉆具和鉆頭，實(shí)現(xiàn)套管開窗、造斜和水平鉆進(jìn)等作業(yè)。與常規(guī)連續(xù)管側(cè)鉆技術(shù)不同，“連續(xù)管+柔性鉆具”側(cè)鉆過程中，螺桿鉆具不僅要為鉆頭提供足夠的扭矩，還要克服柔性鉆具與井壁之間的摩阻，因此螺桿鉆具需要具有大扭矩的特性；同時，造斜段需要采用高鉆壓、低轉(zhuǎn)速（小于80 r/min）鉆進(jìn)，以使柔性鉆具充分受壓彎曲，并避免鉆具旋轉(zhuǎn)過快導(dǎo)致末端劇烈振動，確保其具有較好的造斜能力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在水平鉆進(jìn)階段，為最大程度地提高鉆井速度，螺桿鉆具采用較高的轉(zhuǎn)速（大于100 r/min），以帶動鉆頭快速切削井底，實(shí)現(xiàn)高效破巖。因此，為最大程度地提升螺桿鉆具的扭矩輸出能力，對常規(guī)螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化：1）螺桿定子采用適用于大功率螺桿鉆具的橡膠，提升了橡膠密封和耐磨性能，螺桿鉆具最大承壓能力提高了50%以上，大幅減少了轉(zhuǎn)速損失和橡膠磨損；2）將傳統(tǒng)螺桿鉆具中的球鉸式萬向節(jié)更換為球鼓式萬向節(jié)，螺桿鉆具的工作扭矩提高了1.5倍。

為滿足造斜段和水平段鉆進(jìn)的需求，研制了9LZ 105×7-4.0型高轉(zhuǎn)速和9LZ105×7-3.0型低轉(zhuǎn)速大扭矩螺桿鉆具，主要技術(shù)參數(shù)見表1。其中，高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具主要用于水平段鉆進(jìn)，低轉(zhuǎn)速螺桿鉆具用于套管開窗及造斜段鉆進(jìn)。2種螺桿鉆具的頭數(shù)比均為9∶10，采用內(nèi)擺線等距線型，以增大螺桿鉆具每轉(zhuǎn)排量。

表1 高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速大扭矩螺桿鉆具的主要性能參數(shù)Table 1 Main parameters of large-torque PDM at high and low rotary speed

2.2 柔性鉆具的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

柔性鉆具是超短半徑水平井鉆井過程中重要的扭矩和鉆壓傳輸機(jī)構(gòu)，采用萬向鉸接結(jié)構(gòu)連接成串，短節(jié)夾角為2°～6°?！斑B續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井過程中，螺桿鉆具作為動力源，不僅要克服柔性鉆具與井壁之間的摩阻，還要為鉆頭破碎巖石提供充足的工作扭矩。盡管配套應(yīng)用了大扭矩螺桿鉆具，但與轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)相比，其工作扭矩相對較小，且隨著水平段的延伸，井下管柱摩阻不斷增大。為了實(shí)現(xiàn)降摩減阻、提高鉆速的目的，對常規(guī)柔性鉆具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在每節(jié)柔性鉆桿外部按照90°相位均勻設(shè)置硬質(zhì)合金滾動減摩裝置（見圖4），使柔性鉆具與井壁間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而減小管柱與井壁之間的摩阻，實(shí)現(xiàn)鉆壓和扭矩的有效傳遞，在螺桿鉆具額定扭矩條件下最大程度地增大超短半徑分支井眼的延伸極限。

圖4 柔性鉆具的結(jié)構(gòu)改進(jìn)Fig.4 Structure optimization of flexible BHA

2.3 疊加式斜向器的研制

斜向器主要用于引導(dǎo)鉆頭和柔性鉆具由垂直方向轉(zhuǎn)為水平方向，是套管開窗的常用工具。常規(guī)柔性鉆具超短半徑水平井鉆井時，斜向器由鉆桿下入井內(nèi)，通過轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿和斜向器旋轉(zhuǎn)來調(diào)整開窗方位角。然而，對于“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井技術(shù)，由于連續(xù)管無法在井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，斜向器方位常規(guī)擺放方法難以實(shí)現(xiàn)。因此，在常規(guī)液壓斜向器的基礎(chǔ)上，研制了適用于連續(xù)管作業(yè)的疊加式斜向器。

疊加式斜向器的基本結(jié)構(gòu)及疊加定向如圖5所示。由圖5可知，疊加式斜向器由上下2個斜面和中間的配長桿組成，兩個斜面之間的方位角差可自由調(diào)節(jié)，圖5展示了3種不同的方位角差。疊加式斜向器的下斜面與液壓斜向器的上斜面相匹配，當(dāng)液壓斜向器的斜面方位確定后，通過調(diào)整疊加式斜向器上下斜面之間的角差，可使擺放后的疊加式斜向器上斜面指向目標(biāo)方位。實(shí)際鉆井作業(yè)時，以開窗位置為基準(zhǔn)，提前計算好液壓斜向器的錨定深度，由連續(xù)管將其下入井中預(yù)定位置，并加壓使其錨定坐掛；隨后下入陀螺儀測量液壓斜向器的斜面方位，根據(jù)目標(biāo)方位，在地面調(diào)整疊加式斜向器上下斜面之間的方位角差，之后通過連續(xù)油管下入井底并丟手，完成斜向器擺放和定位，實(shí)現(xiàn)方位補(bǔ)償，疊加式斜向器的上斜面指向目標(biāo)方位。此外，通過調(diào)節(jié)上下斜面之間的方位角差和配長桿長度，疊加式斜向器還可實(shí)現(xiàn)后續(xù)分支的定向。

圖5 疊加式斜向器基本結(jié)構(gòu)及疊加定向示意Fig.5 Stacked whipstock structure and stacking orientation

2.4 造斜PDC鉆頭的研制

超短半徑水平井鉆進(jìn)時，PDC鉆頭需要具備較高的造斜能力，才能滿足小曲率半徑的要求，而PDC鉆頭的造斜能力主要與其導(dǎo)向能力、側(cè)向切削能力有關(guān)。為此，研制了φ114.0 mm造斜PDC鉆頭，主要有以下設(shè)計特點(diǎn)：

1）優(yōu)選冠部形狀，以增強(qiáng)導(dǎo)向控制能力。鉆頭冠部形狀采用炮彈形（見圖6），增強(qiáng)鉆頭的導(dǎo)向控制和側(cè)向切削能力，提高鉆頭在超短半徑造斜段的轉(zhuǎn)向能力。

圖6 φ114.0 mm造斜PDC鉆頭冠部形狀及切削齒分布Fig.6 Crown profile of φ114.0 build-up PDC bit and cutter distribution

2）強(qiáng)化側(cè)向切削能力，以提高鉆頭造斜率?？紤]目標(biāo)層巖性多為砂巖、泥巖，且造斜段進(jìn)尺較短，取消了保徑結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用中等長度規(guī)徑，側(cè)邊設(shè)計為進(jìn)攻齒，以保證超短半徑造斜段的高造斜率。

3）優(yōu)化刀翼數(shù)量與形狀，以提高鉆井效率。由于鉆頭直徑小，因此采用了8個直刀翼和φ8.0 mm切削齒，并進(jìn)行切削結(jié)構(gòu)力平衡設(shè)計，以提高鉆頭的鉆進(jìn)效率及穩(wěn)定性。

4）優(yōu)化水力結(jié)構(gòu)，以提高清巖效率。考慮排屑槽的面積，共設(shè)計4個噴嘴，并利用計算流體動力學(xué)（CFD）計算噴嘴的最優(yōu)出口位置，分別在距鉆頭中心30，31，32和33 mm的位置，呈90°相位分布，噴嘴傾斜角為20°，以最大程度地保證井底清巖效率。

3 鉆井工藝流程

“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井工藝流程主要包括井眼準(zhǔn)備（通刮洗井）、斜向器坐掛及定位、套管開窗、定向造斜、水平鉆進(jìn)和井眼軌跡測量。

3.1 井眼準(zhǔn)備

確定目標(biāo)層位后，利用連續(xù)管分別攜帶通井規(guī)和刮銑器對開窗點(diǎn)以淺的套管進(jìn)行通井和刮管各3次，清除管壁上的附著物。

通井鉆具組合為：長通井規(guī)+加重鉆桿+連接器+連續(xù)管。

刮銑鉆具組合為：刮銑器+螺桿鉆具+加重鉆桿+刮削器+連接器+連續(xù)管。

3.2 斜向器坐掛及定位

液壓斜向器下端與水力錨相連，采用連續(xù)管將其下至設(shè)計井深。應(yīng)用電子陀螺儀測量液壓斜向器斜面的方位和井深，通過水力加壓使水力錨坐封，起出液壓斜向器以上管柱。將設(shè)計開窗方位與測量的液壓斜向器斜面方位相減得到扭方位角度，在地面調(diào)整疊加式斜向器上斜面和下斜面的方位角差，使其大小等于扭方位角度，然后通過定位螺釘使上斜面和下斜面的方位角差不發(fā)生改變，最后采用連續(xù)管將疊加式斜向器下入井中，使得疊加式斜向器下斜面和液壓斜向器導(dǎo)斜面契合完成疊加，開泵循環(huán)，螺桿鉆具旋轉(zhuǎn)脫開丟手，上提鉆具。

鉆具組合為：疊加式斜向器+循環(huán)閥+轉(zhuǎn)換接頭+螺桿鉆具+加重鉆桿+提升短節(jié)+非旋轉(zhuǎn)接頭+連接器+連續(xù)管。

3.3 套管開窗

按設(shè)計鉆具組合組裝鉆具，由連續(xù)管下至斜向器上方2～5 m，開泵循環(huán)鉆井液，校對指重表。緩慢下放，下探斜向器頂端位置，記錄此刻連續(xù)管下入長度并在管體上作好標(biāo)記。繼續(xù)緩慢下放，進(jìn)行套管開窗作業(yè)，初始鉆壓5～10 kN，待鉆壓穩(wěn)定后，逐漸提高至30～50 kN，達(dá)到設(shè)計進(jìn)尺后，上提下放鉆具2～3次反復(fù)修整窗口，直至起下鉆具無阻掛現(xiàn)象；否則，通過定點(diǎn)高速磨銑來修整窗口，直至不阻不掛，起出套管開窗鉆具組合。

鉆具組合為：開窗銑錐+柔性鉆具+螺桿鉆具+浮閥+加重鉆桿+安全丟手+提升短節(jié)+非旋轉(zhuǎn)接頭+連接器+連續(xù)管。

3.4 定向造斜

按設(shè)計鉆具組合組裝鉆具，計算入井鉆具總長，檢查鉆具是否靈活自如、水眼是否暢通。由連續(xù)管下入鉆具組合，當(dāng)造斜PDC鉆頭下至井底，在地面連續(xù)管管體上作好標(biāo)記，上提下放管柱，確保標(biāo)記準(zhǔn)確。上提管柱0.20 m，開泵循環(huán)，鉆壓20～30 kN，鉆至設(shè)計井深完成造斜段鉆進(jìn)，反復(fù)劃眼2次，確保鉆具不阻不掛，起出造斜鉆具組合。

鉆具組合為：造斜PDC鉆頭+柔性鉆具+螺桿鉆具+浮閥+加重鉆桿+安全丟手+提升短節(jié)+非旋轉(zhuǎn)接頭+連接器+連續(xù)管。

3.5 水平鉆進(jìn)

按設(shè)計鉆具組合組裝鉆具，計算入井鉆具總長，由連續(xù)管下入鉆具組合，當(dāng)鉆頭下至離斜向器2～5 m時開泵，循環(huán)鉆井液沖洗。當(dāng)鉆頭下至井底后開始鉆進(jìn)。鉆進(jìn)正常后，調(diào)整排量使螺桿鉆具轉(zhuǎn)速保持在40～60 r/min，每鉆進(jìn)一定長度后劃眼3～5次。鉆進(jìn)過程中注意觀察泵壓，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)鉆情況調(diào)整排量、鉆壓等參數(shù)。

鉆具組合為：PDC鉆頭+柔性鉆具+螺桿鉆具+浮閥+加重鉆桿+安全丟手+提升短節(jié)+非旋轉(zhuǎn)接頭+連接器+連續(xù)管。

3.6 井眼軌跡測量

采用連續(xù)管將柔性鉆具、存儲式多點(diǎn)測斜儀及保護(hù)倉筒下至井底，拖動管柱上移進(jìn)行井眼軌跡測量，每上提30 cm靜止測量15 s，測量完畢后將測斜儀提出井口，應(yīng)用計算機(jī)讀取測量數(shù)據(jù)。

鉆具組合為：多點(diǎn)測斜儀+柔性鉆具+螺桿鉆具+浮閥+加重鉆桿+安全丟手+提升短節(jié)+非旋轉(zhuǎn)接頭+連接器+連續(xù)管。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)

“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井技術(shù)在江漢油田陵72-5CZ井進(jìn)行了首次現(xiàn)場試驗(yàn)，成功完成了套管開窗、水平分支井眼鉆進(jìn)等作業(yè)，完鉆井深922.88 m，造斜段曲率半徑2.63 m，累計進(jìn)尺30.21 m，水平段長度26.08 m，純鉆時間37.8 h，平均機(jī)械鉆速0.80 m/h，證明了該技術(shù)的可行性。

4.1 井眼概況

陵72-5CZ井位于江漢盆地江陵凹陷八嶺山油田斷背斜陵72井區(qū)，井深1 799.50 m，油層套管直徑139.7 mm。該井目的層為新生界古近系新溝嘴組，包括3個小層。其中，在下6 1小層鉆遇厚度1.0 m的油層，在下小層鉆遇厚度5.0 m的油層。對下層壓裂后試油，日產(chǎn)油1.3 m3，日產(chǎn)水1.0 m3。下層投產(chǎn)后，初期日產(chǎn)油1.3 t，約6年后因低液、低產(chǎn)停抽，封井。該井累計產(chǎn)油量83.0 t，產(chǎn)水873.0 m3。

精細(xì)小層對比發(fā)現(xiàn)，陵72-5CZ井下7 1層為河道砂沉積，砂體分布較穩(wěn)定，油層未動用。為有效動用該油層，曾經(jīng)應(yīng)用常規(guī)側(cè)鉆技術(shù)在井深895.00 m處鉆成了一個定向井眼，并進(jìn)行了裸眼完井。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該油層的有效動用，同時評價“連續(xù)管+柔性鉆具”超短半徑水平井鉆井技術(shù)的可行性，決定在該井開展側(cè)鉆超短半徑水平井試驗(yàn)。

4.2 方案設(shè)計

陵72-5CZ井原始井身結(jié)構(gòu)及設(shè)計分支井眼如圖7所示，超短半徑水平井的開窗點(diǎn)位于原定向井眼開窗點(diǎn)以淺2.33 m處（井深892.67 m，井斜角9.4°），避開井深891.42 m處的套管接箍，設(shè)計利用井內(nèi)已有的坐掛斜向器，再下入疊加式斜向器，分支井眼方位設(shè)計為192.3°，與原定向井眼方位近似呈180°夾角，穩(wěn)斜角為90°。

圖7 陵72-5CZ井原始井身結(jié)構(gòu)及實(shí)鉆分支井眼示意Fig.7 Original casing program and lateral well drilled of Well Ling 72-5CZ

綜合考慮地層厚度和可鉆性等因素，該井分支井眼曲率半徑要求小于3.00 m，為此，優(yōu)選柔性鉆具的短節(jié)長度為0.17 m，短節(jié)夾角為3.8°。鉆井設(shè)備采用LZ900/73-3500型連續(xù)管復(fù)合鉆機(jī)，連續(xù)管外徑73.03 mm，壁厚4.80 mm，等級CT90，總長度3 500.00 m，最大額定排量2.0 m3/min，耐壓70 MPa。注入頭最大提升力900 kN，最大注入力270 kN，最大起升速度35 m/min。井架高度26.00 m，最大鉤載1 125 kN。

4.3 現(xiàn)場施工

按照工藝流程依次開展開窗、造斜和水平鉆進(jìn)等作業(yè)，試驗(yàn)過程中實(shí)時監(jiān)測泵壓、排量、鉆壓和井深等參數(shù)。

1）套管開窗井段。開窗鉆進(jìn)時排量恒定為8 L/min，開始采用小鉆壓（小于5 kN）鉆進(jìn)，泵壓為10.5～11.5 MPa；在銑錐充分吃入套管后，增大鉆壓至10～15 kN，此時泵壓升高至12.0～13.0 MPa，開窗進(jìn)尺0.60 m，平均機(jī)械鉆速0.36 m/h。

2）造斜段。造斜鉆具組合下至井底后，上提管柱進(jìn)行排量測試后，采用大鉆壓（30.0～50.0 kN）鉆進(jìn)，排量為7～10 L/min，造斜段進(jìn)尺3.53 m，機(jī)械鉆速0.68 m/h。

3）水平段。在水平段鉆進(jìn)過程中，開展了高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具與低轉(zhuǎn)速螺桿鉆具的鉆進(jìn)效果對比試驗(yàn)，初始段和末段應(yīng)用了高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具，中段和中后段應(yīng)用了低轉(zhuǎn)速螺桿鉆具。同時，為分析排量對機(jī)械鉆速的影響，中后段應(yīng)用了高排量（12～13 L/min）鉆進(jìn)，其他3個階段應(yīng)用了相對較小的排量（8～10 L/min）鉆進(jìn)。整個水平段鉆進(jìn)正常，累計進(jìn)尺26.08 m，水平位移28.99 m。

4.4 鉆進(jìn)效果分析

水平段鉆進(jìn)過程中，機(jī)械鉆速不斷降低，初期機(jī)械鉆速達(dá)2.15 m/h，后期最低降至0.39 m/h。分析認(rèn)為，隨著進(jìn)尺增大，柔性鉆具摩阻不斷增大，導(dǎo)致機(jī)械鉆速整體呈下降趨勢。其中，水平段初始段應(yīng)用了高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具，而水平段中段應(yīng)用了低轉(zhuǎn)速螺桿鉆具，這2個階段采用的排量和鉆壓基本相同，水平段中段的機(jī)械鉆速為0.47 m/h，與水平段初始段的機(jī)械鉆速（0.76 m/h）相比下降了38%，這說明在相同扭矩輸出條件下，高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具更有利于提高水平段鉆速。

鉆進(jìn)效果分析表明，水平段中段的機(jī)械鉆速為0.47 m/h，水平段中后段的機(jī)械鉆速為0.39 m/h，呈小幅降低的趨勢。2個階段均采用了低轉(zhuǎn)速螺桿鉆具，水平段中段采用了較小的排量（8～10 L/min）鉆進(jìn)，而水平段中后段采用了大排量（12～13 L/min）

鉆進(jìn)，說明單純增大排量對鉆速的提高效果不明顯，甚至導(dǎo)致機(jī)械鉆速出現(xiàn)了小幅下降。水平段末段應(yīng)用高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具、低排量（10 L/min）鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速為0.62 m/h，與水平段中后段機(jī)械鉆速相比提高幅度較大，表明高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具在提高水平段鉆進(jìn)速度方面具有更好的效果。

水平井段完鉆后，采用特制的存儲式多點(diǎn)測斜儀，測量了分支井眼的井眼軌跡（見圖8），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水平段平均穩(wěn)斜角88.17°，與設(shè)計值偏差2.0%，在工程誤差范圍之內(nèi)。分支井眼的實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計井眼軌道較為吻合，呈略微下行趨勢，每10.00 m進(jìn)尺垂深增量約0.45 m，滿足水平井眼在薄油層內(nèi)穿行的要求。

圖8 陵72-5CZ井超短半徑分支井眼井斜角及軌跡測量結(jié)果Fig.8 Inclination angle and trajectory measurement of ultra-short radius lateral well in Well Ling 72-5CZ

5 結(jié)論與建議

1）通過研制高扭矩螺桿、改進(jìn)柔性鉆具和研制疊加斜向器及造斜鉆頭等關(guān)鍵工具，初步形成了“連續(xù)管+柔性鉆具” 超短半徑水平井鉆井技術(shù)，并在陵72-5CZ井進(jìn)行了成功試驗(yàn)，完成了長30.21 m的超短半徑水平分支井眼，驗(yàn)證了配套工具的可靠性和工藝的合理性。

2）套管開窗和造斜段宜選擇低轉(zhuǎn)速螺桿鉆具，采用低排量、大鉆壓鉆進(jìn)，低排量下柔性鉆具的轉(zhuǎn)速慢，有利于施加鉆壓和保證造斜率；水平段宜選擇高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具，采用大排量鉆進(jìn)，大排量下柔性鉆具的轉(zhuǎn)速快，利于清巖和攜巖，從而提高機(jī)械鉆速。

3）受柔性鉆具自重影響，與設(shè)計井眼軌道相比，實(shí)鉆井眼軌跡呈略微下行趨勢，因此，造斜著陸點(diǎn)需設(shè)置在地層中上部，為井眼軌跡下行預(yù)留充足空間，防止過早鉆出油層。

4）建議進(jìn)一步研制配套降摩減阻工具和動力鉆具，以最大程度地提高水平分支井眼延伸長度，從而提高油氣井產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)老油田剩余油和低滲油田的經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)。