徐峰陽，劉成雙，陳 寧

中國石油吉林油田油氣工程研究院

0 引言

吉林油田地處松遼盆地［1］，是典型的低滲油田，在經(jīng)歷了50多年的開發(fā)后，已進入了中高含水采油期，油田綜合含水率大幅提高，產(chǎn)能遞減速度快，產(chǎn)生了4 000多口因井下管柱損壞、含水率高、產(chǎn)能低于經(jīng)濟極限等原因而關(guān)井的停產(chǎn)井。油田計劃利用停產(chǎn)井對油層取心，定量分析長期注水后地層巖石物性變化及油水動態(tài)，重新認識地下剩余油的分布規(guī)律［2］，確定有利于油田的開發(fā)方案，最大限度地提升油田老區(qū)剩余油挖掘產(chǎn)量，提高采收率，使油田滿足生產(chǎn)要求。現(xiàn)有的取心工具與工藝無法在井筒條件進行取心作業(yè)［3-6］，為此，吉林油田開展了短曲率半徑水平鉆孔取心技術(shù)研究與試驗。

1 技術(shù)概況

1. 1 技術(shù)原理

短曲率半徑水平鉆孔取心技術(shù)由超短半徑側(cè)鉆技術(shù)和水平井柔性密閉取心技術(shù)集合而成，具有轉(zhuǎn)彎半徑小、入靶準確的技術(shù)特點［7-9］。在停產(chǎn)井中下入斜向器進行導(dǎo)向，采用開窗鉆頭在套管壁上進行開窗，通過柔性鉆具在設(shè)計層位完成高曲率造斜［10-12］，當斜率達到設(shè)計要求后進行水平鉆進，在鉆進至目標層位后，下入密閉取心工具對油層進行取心。根據(jù)巖心數(shù)據(jù)獲取的需要，可在同一油層或不同油層內(nèi)實現(xiàn)多分支取心［13-15］。

1. 2 配套工具

1. 2. 1 可撈斜向器

可撈式斜向器如圖1所示?？蓳菩毕蚱髟谧鳂I(yè)時使用鉆桿直接下入井中指定位置坐封，引導(dǎo)鉆桿完成由垂直向水平方向的轉(zhuǎn)變和鉆進時的方位角，為精準取心提供準確方向；斜向器斜面涂有耐磨涂層，能在開窗作業(yè)時有效保護斜向器斜面，保證傾斜角的穩(wěn)定。

圖1 可撈斜向器

1. 2. 2 開窗銑錐

開窗銑錐如圖2所示，該銑錐可順暢進行開窗作業(yè)，并保證窗口邊緣光滑，使井下工具通過窗口時不出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，減少對井下工具的磨損，延長井下工具的使用壽命。

圖2 開窗銑錐

1. 2. 3 柔性鉆具

柔性鉆具如圖3所示，鉆具使用改進型球籠萬向節(jié)連接，增加扶正環(huán)結(jié)構(gòu)，可以降低摩阻，有效提高鉆具鉆進時的穩(wěn)定性，具有振動較少、鉆進穩(wěn)定、鉆壓波動較低、水平偏移小的特點。

1. 2. 4 造斜鉆具

造斜鉆具如圖4所示，由萬向節(jié)串和導(dǎo)向篩管外殼組成，工具串可以在10 MPa壓力下自由彎曲；導(dǎo)向外殼選用35CrMo鋼管進行激光切割制成，保證鉆具只能單向彎曲，可以滿足短曲率半徑水平鉆孔取心技術(shù)的技術(shù)要求。

圖3 柔性鉆具

圖4 造斜鉆具

1. 2. 5 柔性密閉取心工具

柔性密閉取心工具如圖5所示，取心工具內(nèi)裝配自鎖式巖心爪，可保證割心整齊、鎖心牢固。柔性取心外筒由柔性單元串聯(lián)組成，柔性單元之間通過萬向節(jié)結(jié)構(gòu)連接，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動靈活，通過自潤滑關(guān)節(jié)軸承和圓錐滾子軸承連接的方式，使內(nèi)外筒旋轉(zhuǎn)一致，有效保護巖心的完整性。

圖5 柔性密閉取心工具

1. 3 技術(shù)參數(shù)

（1）水平鉆孔取心技術(shù)的造斜曲率半徑為2 ～ 3 m，井眼直徑為?118 mm，水平鉆進50 m，取心范圍為3 ～ 50 m。

（2）可撈斜向器的長度為3 m，外徑118 mm，坐封壓力為20 ～ 22 MPa，打撈時所需的上提力為5 t。

（3）柔性鉆具單根長度5 m，外徑102 mm，抗拉強度100 t，承受扭矩15 000 N·m，密封壓力30 MPa，最小曲率半徑為1.5 m。

（4）造斜鉆具單根長度7 m，外徑108 mm，抗拉強度80 t，承受扭矩13 000 N·m，密封壓力20 MPa，最小曲率半徑為2 m。

（5）柔性密閉取心工具外徑102 mm，抗拉強度80 t，密封壓力15 MPa，最小曲率半徑2 m，取心直徑38 mm，取心長度0.8 ～ 1 m。

1. 4 技術(shù)特點

（1）使用超短半徑側(cè)鉆技術(shù)開窗后，會在套管上形成一個大小為20 cm左右的圓形窗口，相對于常規(guī)側(cè)鉆井形成的長度在3 ～ 5 m的窗口，可將套管的損害降到最低。

（2）短曲率半徑水平鉆孔取心技術(shù)相比于常規(guī)定向取心可以更近距離取心，相比于井壁取心可以更遠距離取心，取心范圍更大，使用更加靈活，可根據(jù)要求實現(xiàn)多點取心。

（3）在進行水平井柔性密閉取心時，使用小直徑柔性取心工具，可以順利通過套管進入地層，通過曲率半徑2 m的超短半徑井眼，實現(xiàn)油層內(nèi)定點定方位取心。

2 主要工藝流程

2. 1 優(yōu)選套管開窗位置

根據(jù)油層位置、套管接箍位置和側(cè)鉆曲率半徑長度，選擇合理的套管開窗位置。使用測井儀器對作業(yè)井套管進行檢查，反復(fù)核對套管數(shù)據(jù)，必須選擇固井質(zhì)量達到優(yōu)良以上井段，盡量避開套管接箍部位，防止在開窗作業(yè)中因扭矩較大致使鉆鋌發(fā)生疲勞斷裂故障。

2. 2 下入斜向器

將斜向器與鉆桿下端相連，通過修井機將斜向器下放至井中預(yù)定位置。用陀螺定位儀和電測儀器測試方位和深度，將斜向器調(diào)整到目標方位角和深度后進行打壓坐封，然后正轉(zhuǎn)丟手，起出斜向器丟手管柱。

2. 3 套管開窗

將開窗鉆具下放至預(yù)定位置，井口安裝旋轉(zhuǎn)密封器。先正循環(huán)洗井后使用反循環(huán)洗井進行開窗作業(yè)，開窗作業(yè)完成后，起出鉆具。更換銑錐后進行修窗作業(yè)，反復(fù)在窗口位置修整、提放、旋轉(zhuǎn)順暢無卡阻后停鉆，循環(huán)洗井，起出鉆具。

2. 4 造斜段鉆進

將造斜段鉆具下放至預(yù)定位置，井口安裝井口密封器。下至造斜點深度，校正指重表，做第二次定位工作，確保造斜器工具面與斜向器斜面方向重合，采用反循環(huán)方式鉆進，當鉆進至目標進尺時，造斜工作結(jié)束，劃眼3次以上至提放順暢無卡阻，起出鉆具。

2. 5 水平段鉆進

下入水平段鉆具。當下至窗口以上位置時做第三次定位，使用正循環(huán)鉆進，當水平段鉆進至目標進尺后起出鉆進管柱。

2. 6 水平段取心

將取心鉆頭下至水平段目標進尺后進行正循環(huán)鉆進，根據(jù)地層情況合理控制鉆壓和排量，鉆進1 m，起出鉆具。

2. 7 回收斜向器

下入斜向器器專用修口銑錐鉆具，當下至臨近魚頂位置時緩慢下放管柱，正循環(huán)磨鉆修口，修口結(jié)束后起出管柱。下入斜向器專用打撈工具，當下至臨近魚頂位置時，大排量沖洗魚頂，并觀察負荷及魚頂位置的變化，打撈成功后起出管柱，完井。

3 現(xiàn)場試驗

2018年10月，該項技術(shù)在吉林油田XX-01井實施短曲率半徑水平鉆孔取心技術(shù)試驗。XX-01井取心目的層為扶余油層，垂深1 152.2 ～ 1 156.4 m。2018年10月19日 ～ 20日，下入?118 mm可撈斜向器，并使用陀螺儀測井校深，成功坐封可撈斜向器。10月22日，下入?118 mm開窗銑錐進行開窗作業(yè)，開窗位置1 149.5 m。10月25日 ～ 29日，下入?108 mm造斜鉆具進行造斜作業(yè)，進尺3.2 m，起出造斜鉆具，下入測斜儀進行測斜，方位角10°，井斜角82°。重新下入?108 mm造斜段鉆具進行造斜作業(yè)，進尺5 m。起出造斜鉆具，下入測斜儀進行測斜，方位角12°，井斜角90°，造斜作業(yè)結(jié)束。10月31日，下入?102 mm柔性鉆具進行水平鉆進，鉆進15 m進行取心作業(yè)，下入?102 mm柔性取心工具成功取出直徑38 mm、長度800 mm巖心。11月1日完井，水平鉆進27 m。

2018年11月，該項技術(shù)在吉林油田XX-02井實施短曲率半徑水平鉆孔取心技術(shù)試驗。XX-02井取心目的層為扶余油層，垂深1 344.8 ～1 351.2 m。2018年11月19日下入?118 mm可撈斜向器，使用陀螺儀測井校深，成功坐封可撈斜向器。11月20日，下入?118 mm開窗銑錐進行開窗作業(yè)，開窗位置1 343.4 m。11月25日 ～ 27日，下入?108 mm造斜鉆具進行造斜作業(yè)，進尺4 m，下入測斜儀進行測斜，方位角83°，井斜角75°，起出測斜儀繼續(xù)進行造斜作業(yè)，進尺4.5 m，出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，起出造斜鉆具，下入測斜儀進行測斜，方位角83°，井斜角85°，造斜作業(yè)結(jié)束。11月28日 ～ 12月4日，下入?102 mm柔性鉆具進行水平鉆進47 m，取心一次，但未成功。

4 結(jié)論

（1）短曲率半徑水平鉆孔取心技術(shù)可以有效利用停產(chǎn)井，其作業(yè)周期短，施工方便，可作為剩余油認識手段，為油田進一步開發(fā)提供技術(shù)支持。

（2）通過短曲率半徑水平鉆孔取心試驗可知，水平段距離較近時效果良好，比較容易獲得較完好的巖心樣本；當水平段距離較遠時，柔性鉆具容易損壞。

（3）受地層斷層、井斜角變化及裂縫影響因素的影響，井眼軌跡控制難度較大，為了獲得理想的井眼軌跡，必須多次測斜，隨時調(diào)整造斜段進尺。