孫龍飛，王曉鵬，高 斌，張啟龍，林 海

[ 1.中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300450；2.海洋油氣高效開發(fā)重點實驗室 天津 300450 ]

0 引 言

隨著海上部分油田進入開發(fā)中后期,開展低產低效井治理改造和實現(xiàn)穩(wěn)產增產是當前開發(fā)面臨的主要問題［1］。通過結合油藏剩余油分布，利用超短半徑水平井鉆井技術增大油層泄油面積、解除近井地帶污染是目前較為經濟、有效的改造措施［2］。

超短半徑水平井鉆井技術分為徑向高壓水射流和機械式鉆進超短半徑鉆井技術。高壓水射流鉆井利用高壓射流沖蝕的方式，在儲層徑向鉆出多個不同方向的水平井眼，以增大油藏暴露面積。但應用該技術所鉆的水平井井眼直徑較小，軌跡不平滑，且井眼易坍塌堵塞，導致產量降低［3-4］。針對該問題，本文介紹了基于特制柔性鉆具的機械式超短半徑水平井鉆井技術，該技術可實現(xiàn)曲率半徑不大于3.6 m、水平鉆進長度60～100 m、孔眼直徑114～152 mm和方位誤差±3°、井斜誤差±1°的技術指標，具有鉆速高、周期短、成本低的優(yōu)勢。

1 超短半徑水平井鉆井技術

1.1 技術原理

超短半徑水平井鉆井技術采用特制的柔性鉆具及配套的開窗、造斜、鉆進工具，并配合相應的軌跡控制技術，可實現(xiàn)儲層內開窗、造斜和鉆進的全部過程。其核心結構為柔性鉆具，鉆具內部設置定向桿，以保證造斜軌跡穩(wěn)定，造斜鉆進時，嚴格控制鉆壓，使工具保持彎曲狀態(tài)，通過精確控制鉆進進尺來達到設計的井斜和方位。

1.2 適用范圍和優(yōu)勢

超短半徑水平井鉆井技術適用于井網密集且常規(guī)側鉆存在防碰風險的低產低效井治理，在儲層段開窗鉆進，可節(jié)省進尺，且無需固井?？蓪崿F(xiàn)薄層和高部位剩余油開發(fā)挖潛，對低滲儲層、邊底水活躍、裂縫發(fā)育斷塊且無法壓裂的油層可進行有效改造。同時，該項技術對作業(yè)設備能力要求較低，海上平臺常規(guī)修井機均可滿足作業(yè)需求［5］，并配合裸眼及柔性篩管完井方式［6-7］，具有鉆速高、周期短、成本低的優(yōu)勢。

2 超短半徑水平井鉆井軌跡優(yōu)化設計

2.1 選井選層方法

針對油藏適用性和工程可實施性，進行選井選層，如圖1所示。根據油藏需求，首選油層連續(xù)、厚度大，且平面上分布穩(wěn)定、見水見效方向明確、剩余油分布認識清楚的層位。

圖1 選井選層流程圖Fig.1 Flow chart of well selection and layer selection

根據超短半徑水平井鉆井技術要求和實施條件，海上平臺施工需滿足：①儲層厚度L≥2 m；②作業(yè)井深H≤3 500 m（TVD）；③作業(yè)溫度T≤150 ℃；④開窗要求，滿足原軌跡方位左右擺動90°以內，避開泥巖段和套管接箍，且固井質量較好；⑤水平鉆進井斜要求，80°＜Inc＜105°。

2.2 井眼軌跡優(yōu)化設計

根據柔性鉆具的造斜能力利用Compass設計軟件，造斜率選擇范圍為16°～30°/m，在保證造斜需求前提下，盡量選擇較低的造斜率設計軌跡，從而降低后續(xù)完井管柱的下入風險。側鉆方位角與原井眼方位角盡量一致，以減少扭方位。造斜段長度控制在3～6 m，水平段長度根據井斜、方位和油層厚度控制在80～100 m。

參考油藏靶點，在Compass軟件中設定合適的開窗點深度，造斜率設定為480°/30 m，采用兩段制，即增—穩(wěn)模式，選中靶點，并生成軌跡。根據T型井鉆井技術要求和實施條件，判斷軌跡是否具有可實施性，若難以實施，則需調整靶點,然后重新設計軌跡，如表1所示。

表1 井眼軌跡數據Tab.1 Borehole trajectory data

3 鉆具組合優(yōu)化設計及施工要求

超短半徑鉆井施工包含套管開窗、造斜鉆進和水平鉆進3個過程，并分別對應不同的鉆具組合。在實際應用中，摩阻扭矩過大是影響造斜成功和限制水平鉆進長度的主要因素。因此，在保證造斜率和井眼清潔的前提下，通過優(yōu)化柔性鉆具外徑、長度及彎角角度，使柔性鉆具在井眼內姿態(tài)穩(wěn)定，減少與井壁的摩擦，從而降低摩阻扭矩。

采用幾何定圓法分析柔性鉆具造斜鉆進過程，得到柔性單元的彎轉角度α，長度與曲率半徑的關系見圖2。

圖2 柔性鉆具造斜原理圖Fig.2 Schematic diagram of deflection of flexible drilling tool

其中：R為造斜段曲率半徑，m；L為單節(jié)柔性鉆具長度，m；α為彎轉角度。

鉆進過程中，需保持柔性鉆具在井眼內姿態(tài)穩(wěn)定，以減少摩阻扭矩。在柔性鉆具不產生彎曲變形的情況下，通過曲率半徑為R的井眼，如圖3所示，在三角形OAB中滿足以下條件。

圖3 柔性鉆具姿態(tài)示意圖Fig.3 Attitude diagram of flexible drilling tool

柔性鉆具長度與井眼間隙、井眼直徑的關系如下：

在滿足柔性鉆具強度和井眼清潔情況下，針對9-5/8″（244.475 mm）套管開窗側鉆，曲率半徑R設定為3.6 m，設計柔性鉆具外徑d為133 mm，長度L為0.15 m，最大彎轉角度4.5°，井眼間隙為19 mm，鉆頭直徑D為152 mm。通過對柔性鉆具的優(yōu)化，既降低了摩阻扭矩，又保證了施工安全。

開窗施工過程中，必須操作平穩(wěn)、勻速送鉆，根據砂樣中的鐵屑形狀、數量，及時調整鉆進參數，以確保開窗質量。造斜過程中，嚴格控制鉆進參數，始終保持鉆壓，精確控制進尺，以實現(xiàn)著陸的井斜和方位。水平鉆進過程中，必須隨時關注返出巖屑和鉆壓、扭矩變化情況，確保軌跡在油層內穿行。

4 現(xiàn)場應用效果

超短半徑水平井鉆井技術在海上油田某井成功應用，實現(xiàn)了井眼曲率半徑3.6 m、直徑152 mm、水平段長60 m，采用優(yōu)質篩管結合礫石充填完井。作業(yè)完成后，產能測試顯示，該井從作業(yè)前的16.7 m3/d增長至95.1 m3/d，比作業(yè)前產量提高了5.7倍，充分證明了超短半徑水平井鉆井技術對低產低效井儲層改造、穩(wěn)產增產的推動作用。

5 結 論

我國海上部分油田為疏松砂巖油藏，剩余油充足，平均厚度大于2 m。通過超短半徑水平井鉆井技術，可充分利用老井眼，能夠以低成本優(yōu)勢實現(xiàn)剩余油挖潛，從而提高單井產量。隨著該技術應用日益增多，需要研發(fā)配套的軌跡測量控制工具，以保證鉆井工具在油層內鉆進。另外，需要開展配套的完井方式和完井工具的優(yōu)化研究，從而形成超短半徑水平井鉆完井一體化技術［8］。