覃建宇，夏環(huán)宇，田 崢，張永濤，李 波，劉永峰

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

超短半徑井的井眼曲率半徑可以達到4 m 以下，研究的是曲率半徑1.5～3.6 m，采用柔性鉆具進行造斜和水平段的鉆進，水平段進尺最大約100 m 的超短半徑水平井。該類井有成本低、著陸段短、側(cè)鉆開窗對套管損傷小、易實現(xiàn)多分支等優(yōu)點。采用此技術(shù)，將套管射孔生產(chǎn)井改造成多分支水平井，可以實現(xiàn)對近井地帶儲層的改造，達到提高油井產(chǎn)量的目的。

目前世界范圍內(nèi)，采用柔性鉆具鉆進的超短半徑水平井的應(yīng)用較少，在煤層氣井[1-3]、海上油田[4]有少量應(yīng)用，大部分已經(jīng)成熟應(yīng)用的超短半徑分支水平井[5-12]是利用小鉆管、水力/酸液噴射等方式鉆進的，不在討論的范圍內(nèi)。采用柔性鉆具鉆進的超短半徑水平井技術(shù)處于發(fā)展階段，有很多難題有待解決。

海上某油田儲層埋深3 200 m 左右，有儲層巖性致密、地層溫度高、巖石強度較高、可鉆性差等特點，在該油田應(yīng)用超短半徑技術(shù)時，有鉆進扭矩預(yù)測難度大、高溫影響測斜、機械鉆速預(yù)測困難等挑戰(zhàn)，給開發(fā)方案的制定造成障礙。目前超短半徑水平井在海上油田應(yīng)用少之又少，更缺乏深層的實鉆資料做參考。本文就該技術(shù)開展針對性的研究，解決上述問題，為超短半徑水平井在海上深層的順利實施提供保障。

1 海上深層超短半徑水平井鉆井技術(shù)

本文從地質(zhì)條件及超短半徑水平井布置、側(cè)鉆點優(yōu)選和井軌跡設(shè)計、鉆進扭矩預(yù)測、井筒循環(huán)溫度預(yù)測、水平井段機械鉆速預(yù)測等方面開展研究，為解決超短半徑水平井在礦場應(yīng)用問題提供參考。

1.1 地質(zhì)條件及超短半徑水平井布置

在超短半徑水平井設(shè)計前，必須要考慮目標(biāo)油田的地質(zhì)條件。包括油層厚度、能量驅(qū)動方式、巖性、防砂需求等（見表1）。

表1 超短半徑水平井適用地質(zhì)條件表

該油田儲層呈平面展開形態(tài)，考慮到其平面面積達6 km2，加上儲層滲透率低，定向井單井控制范圍可能無法波及到油藏邊界，可考慮采用水平井生產(chǎn)；油藏在縱向上呈層狀、垂向多層分布，采用定向井生產(chǎn)較有優(yōu)勢。綜合以上，多分支超短半徑水平井可有效結(jié)合水平井和定向井的優(yōu)勢，在該油田應(yīng)用時，既可增加單井控制范圍，又可實現(xiàn)多層同時開采。

1.2 側(cè)鉆點優(yōu)選和井軌跡設(shè)計

與常規(guī)側(cè)鉆井一樣，超短半徑水平井在套管內(nèi)側(cè)鉆涉及到側(cè)鉆點優(yōu)選問題，因超短半徑水平井井眼曲率半徑短，側(cè)鉆點的選擇范圍非常?。怀贪霃剿骄蕉毋@進時自然降斜，無主動控制軌跡能力，所以軌跡設(shè)計需要考慮薄儲層的穿層問題。

利用鉆井完工套管下入數(shù)據(jù)表及固井SBT 等曲線（見圖1），合理設(shè)計超短半徑水平井造斜段井眼曲率，以避開接箍，且選擇有水泥封固位置側(cè)鉆。若無法避開水泥封固質(zhì)量較差位置，則建議處理側(cè)鉆點窗口，擠注水泥，給后續(xù)安全作業(yè)提供保障。

圖1 固井SBT 曲線

對較薄的儲層，必須設(shè)計合適的水平段長以避免穿層引起的底水錐進及出泥等問題。本文根據(jù)目前已鉆超短半徑水平井軌跡數(shù)據(jù)，分別對在疏松和致密砂巖鉆進中，軌跡的垂向偏離進行統(tǒng)計分析，得出超短半徑水平井鉆進中的降斜規(guī)律，并編制超短半徑水平井水平段長度在不同儲層厚度條件下的推薦范圍圖版（見圖2）。在實際水平段長度設(shè)計中，建議軌跡末端距儲層底留1 m 左右的垂向距離作為安全余量。

圖2 水平段長度確定圖版

1.3 鉆進扭矩預(yù)測

與常規(guī)鉆井不同，超短半徑水平井水平段鉆進使用柔性鉆具?？紤]到柔性鉆具與井壁接觸點位多，再加上這類井極小的井眼曲率半徑，導(dǎo)致鉆具所受扭矩較大，有較高失效風(fēng)險。在設(shè)計中，必須加以考慮。

柔性鉆具在井下的狀態(tài)難以預(yù)測，令超短半徑水平井鉆井過程中的扭矩預(yù)測變得困難，目前無成熟的方法可供借鑒。本文采用“上部軟件校核+下部實鉆數(shù)據(jù)擬合”的方法，即在常規(guī)井段采用成熟軟件校核結(jié)果，在造斜和水平段采用實鉆數(shù)據(jù)擬合的方式，將兩者疊加進行全井段的扭矩預(yù)測，得到較為準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果。

對于水平段扭矩，在特定儲層、井眼尺寸、鉆具組合條件下，柔性鉆具扭矩可以用水平段進尺表示：

式中：V-扭矩，kN·m；A-常數(shù)，kN；B-常數(shù)，kN·m；x-水平段進尺，m。

利用實鉆數(shù)據(jù)擬合，可以得到結(jié)果（見圖3），根據(jù)結(jié)果，超短半徑水平井水平段長100 m 時，鉆進扭矩增加約18 kN·m。

圖3 水平段鉆進扭矩擬合結(jié)果

1.4 井筒循環(huán)溫度預(yù)測

超短半徑水平井水平段軌跡數(shù)據(jù)目前無法隨鉆測量。該數(shù)據(jù)通常在鉆井結(jié)束后，靠投入特制測量短節(jié)獲得。因短節(jié)耐溫為120 ℃，在高溫深井中應(yīng)用有所限制，本文提出了水平段鉆進循環(huán)+停鉆循環(huán)降溫的方法，保證井底溫度滿足測量短節(jié)耐溫要求?？紤]整個鉆井過程，建立符合超短半徑水平井鉆井測斜工序的井筒溫度場預(yù)測模型，并通過軟件計算測斜工況開始時的井筒溫度，保證軌跡數(shù)據(jù)順利獲?。ㄒ妶D4）。

圖4 井筒溫度預(yù)測結(jié)果

1.5 水平井段機械鉆速預(yù)測

經(jīng)濟性評價是油田開發(fā)的一項重要工作，對超短半徑水平井鉆井，涉及到鉆井工期和費用的評估。由于海上深層無此類井應(yīng)用案例，水平段機械鉆速預(yù)測困難，鉆井工期測算難度大。本文利用目前該油田常規(guī)水平井深層實鉆數(shù)據(jù)，結(jié)合超短半徑水平井淺層機械鉆速資料，建立簡化計算超短半徑水平井水平段鉆進機械鉆速的模型，為工期和費用預(yù)算提供參考。

根據(jù)國內(nèi)外文獻[13-16]，目前通常將機械鉆速表示成鉆壓、鉆速、鉆頭比水功率、井底壓差的函數(shù)關(guān)系式如下：

式中：v-機械鉆速，m/h；k、λ、α、β-系數(shù)或者指數(shù)系數(shù)，無量綱；W-鉆壓與鉆頭直徑的比，kN/mm；n-鉆頭鉆速，1/min；Nc-鉆頭水功率與鉆頭直徑的比，kW/mm；Δp-井底壓差，MPa。

在常規(guī)水平井和超短半徑水平井使用相同鉆頭的情況下，可不考慮鉆頭比水功率、井底壓差的差別，所以有下式：

式中：下標(biāo)p、O-超短半徑水平井和常規(guī)井。

根據(jù)文獻[13]，參數(shù)α、λ 的取值范圍為0.6～2.8 和0.4～1.9，根據(jù)實鉆參數(shù)，α′、λ′參數(shù)分別有取值范圍為0～2.65 和0～4.75，再根據(jù)現(xiàn)有的超短半徑水平井和常規(guī)井相關(guān)資料（見表2），利用試算法分別賦值α′，可求得λ′和K′，最終求得機械鉆速平均數(shù)為1.14 m/h。

表2 實鉆參數(shù)表

2 技術(shù)應(yīng)用案例

某油田有一口套管生產(chǎn)井需要進行超短半徑水平井改造。儲層為致密砂巖，儲層溫度137 ℃，老井套管尺寸為244.5 mm，其他信息（見表3）。

表3 老井基本信息

根據(jù)以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用上節(jié)相關(guān)方法進行計算，可以得到該井超短半徑水平井設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)（見表4），有了表中數(shù)據(jù)，即可開展鉆完井設(shè)計方案的編制。

表4 超短半徑水平井設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)表

3 結(jié)論

（1）在特殊地質(zhì)條件下，超短半徑水平井可有效結(jié)合水平井和定向井的優(yōu)勢，即可增加單井控制范圍，又可實現(xiàn)多層同時開采，是一種開發(fā)新思路。

（2）結(jié)合實鉆參數(shù)的超短半徑水平井分段扭矩預(yù)測技術(shù)利用了不同超短半徑水平井造斜、水平段軌跡參數(shù)一致性較高的特點，將水平段扭矩量化處理，在現(xiàn)場扭矩預(yù)測時可參考性強。

（3）“水平段鉆進循環(huán)+停鉆循環(huán)”可有效解決超短半徑水平井水平段無法測斜問題，為高溫儲層超短半徑水平井軌跡測量難題提供了可行的方案。

（4）利用常規(guī)水平井深層實鉆數(shù)據(jù)，結(jié)合超短半徑水平井淺層機械鉆速資料，建立了超短半徑水平井水平段機械鉆速預(yù)測模型，可為超短半徑水平井工期預(yù)測提供依據(jù)。