連續管側鉆水平井關鍵技術研究

王 偉

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶163411）

1 概述

目前連續管老井側鉆作為一項低成本、高效率的開發手段已經逐漸得到各大國際石油公司的認可。隨著業務的擴展，各大石油服務商均發展了具有自主知識產權的專用裝備，如貝殼休斯的CoilTrak系統，借鑒傳統的旋轉導向原理，能進行自主鉆進，實時監測、傳輸井下各項數據，并與空氣鉆井、欠平衡鉆井等工藝相結合，提高了側鉆效率，取得了良好的效果。中石油利用自身開發的連續管鉆機、井下工具及工藝技術，與修井機配套開展了多口井的老井側鉆現場試驗，取得了良好的效果。

2 連續管側鉆水平井工藝流程

與常規側鉆井類似，連續管側鉆水平井技術是在老井的基礎上進行施工，首先需要為井下施工創造條件，然后進行下一步作業，最后采用適宜的完井措施，主要分為以下幾個步驟。

2.1 鉆前準備

包括：泄壓、壓井、裝井口防噴器組、取油管、清洗井筒、定開窗點、定開窗方案。

2.2 開窗工藝

包括：下塞、定斜向器、配鉆具、固定斜向器、下鉆、開窗、修窗。

2.3 鉆進工藝

包括：選工具、配鉆具、下鉆、鉆進、實時測量、更換鉆具組合。

2.4 完井工藝

包括：測井、定完井方案、下套管、固井。

3 連續管側鉆水平井關鍵技術研究

3.1 連續管側鉆水平井系統設計

3.1.1 井身結構設計原則

為了減少井下事故，縮短鉆井周期，降低鉆井成本，并有利于后續完井、測試、采注等作業的順利進行，井身機構設計主要遵循3個原則：

（1）設計要滿足儲層的地質條件；（2）設計要滿足現場施工的條件；（3）設計要滿足經濟高效的開發要求。

3.1.2 高效鉆頭優選

采用連續管進行側鉆時，鉆頭應滿足以下幾點要求：

（1）鉆頭必須與地層特性、連續管及馬達相匹配，在高轉速、低鉆壓的情況下具有較好的破巖能力；

（2）用高速馬達，在機械鉆速較高的情況下，穩定器磨損會很快，因此，鉆頭要盡可能的長一點。

目前，比較常用的就是金剛石鉆頭，PDC鉆頭適用于中等或軟地層，TSP鉆頭適合于硬地層。

3.1.3 鉆具組合設計

對于連續管側鉆水平井施工，井下鉆具尺寸小、柔性大，抗拉和抗扭強度低，在鉆進過程中極易發生彎曲、鉆柱斷裂、疲勞破壞而引起失效等問題，鉆具組合設計原則是：

（1）確保摩阻、扭矩較小，滿足鉆進的技術要求；（2）適宜于井眼清潔，滿足安全經濟的要求；（3）優化后的鉆具應避免發生整體性的屈曲；（4）避免鉆具由于振動而引起鉆具失效。

鉆具組合包括：連續管、動力螺桿、定向器、隨鉆測量儀器、井下推進器、快速接頭、連接器等。

3.2 連續管側鉆水平井井眼軌道控制技術研究

3.2.1 井下管柱受力及摩阻分析

由于井斜方位的變化、巖屑的堆積等復雜情況的存在，使得井下鉆柱受力情況實時變化，易造成鉆柱的疲勞破壞，甚至損壞鉆頭，因此，需要對井下管柱的受力情況進行分析。

（1）井下管柱受力及狀態分析。在現場施工過程中，連續管在井筒中經常處于壓扭狀態，會發生屈曲和塑性變形，因此，對井下管柱的受力和變形狀態進行分析，將有助于軌跡控制。

在水平井段，連續管除了受到自重及注入頭的注入力作用之外，還需要承受井筒內各種載荷的作用，如連續管與井壁間的摩擦力、連續管彎曲變形產生的作用力、連續管在井筒中所受的浮力等。當井筒作用于連續管的阻力達到其屈曲臨界值后，繼續增加注入力，將使連續管發生屈曲變形，且隨著載荷的增加，連續管屈曲將由正弦屈曲發展到螺旋屈曲，最終鎖死整個管柱。

（2）連續管的載荷及失效分析分析。

①連續管載荷分析：連續管井下受力主要有管柱自重、井壁的反作用力、與井壁的軸向摩擦力和環向摩擦力、內外流體壓力、粘滯阻力以及浮力等。

②連續管的失效分析：研究表明，導致連續管失效的主要原因是材料質量、使用環境和操作問題。連續管的失效主要為力學、機械、人為因素等3種傷害形式。

（3）延長連續管壽命的途徑。通過以上理論研究及連續管的失效分析，能夠有效地減少連續管的破壞，避免現場作業事故的發生，提高連續管鉆井技術的安全性，延長連續管的使用壽命，主要表現在以下幾個方面：

①理論計算出連續管最佳的初始曲率，減少連續管的疲勞傷害；

②對井下情況進行充分的了解，合理設定施工參數，減少復雜情況；

③對連續管井下受力狀態進行預測，對設備進行優選；

④對操作人員進行專業的培訓，避免操作失誤引起作業事故。

3.2.2 井眼軌跡控制技術研究

相比于常規鉆井，井眼軌跡控制對于連續管的水平鉆進更加困難。由于井眼尺寸的限制，鉆具柔性及強度小，且鉆柱不可旋轉造成的巖屑堆積等因素，均能造成井眼軌跡偏離。

（1）造斜段。利用合理的鉆具組合,在無線隨鉆儀器的監測下調整方位和井斜角,控制井眼軌跡達到設計要求。由于側鉆所使用的鉆具尺寸小、柔性大，所以其造斜率不穩定，實鉆過程中，使用MWD隨鉆檢測井眼軌跡，以定向鉆進為主，復合鉆進為輔，使實鉆軌跡按設計軌跡方向鉆進。

（2）水平段。利用合理的鉆具組合，以地質導向為主，在無線隨鉆儀器的監測下調整方位和井斜角,控制好井底垂深，使井眼軌跡在目的層中鉆進。針對目的層巖石硬度大、可鉆性低、方位漂移嚴重等特點，合理使用導向及穩斜鉆具組合，控制上以復合鉆機為主，定向鉆進為主。

3.3 連續管側鉆水平井完井方案研究

3.3.1 完井方式的優選

目前常用的連續管側鉆水平井完井方式主要有裸眼完井、割縫襯管完井、帶管外封隔器完井、射孔完井等。根據大慶油田的地質特點、防砂要求和套管尺寸，優選出封隔器完井方式，具有防止井眼坍塌、完井成本較低和實現分段開采等優點，能更好地進行井下壓裂和射孔改造。

3.3.2 完井工具的優選與應用

裸眼管外封隔器完井方式主要包括滑套、封隔器、懸掛器工具。

（1）滑套的優選。目前滑套主要有2種：投球式滑套和機械式滑套。考慮到現場的操作性，選擇操作簡單，風險性小的滑套，從而選擇投球式滑套。

（2）裸眼封隔器的優選。裸眼封隔器主要有遇液膨脹封隔器、液壓式封隔器2種。根據地層及井徑的特性，合理選擇裸眼封隔器，達到施工風險小、作業難度低，實現分段封隔地層的目的。

（3）懸掛器的優選。懸掛器主要有膨脹式懸掛器和液壓式懸掛器2種。膨脹懸掛器屬于一種新型技術，國內目前應用很少，可靠性和穩定性還有待于進一步的觀察，所以決定采用操作性更強的液壓式懸掛器。

4 結論

通過開展連續管側鉆水平井關鍵技術研究，完成了方案設計，形成了連續管側鉆水平井工藝技術，達到了現場試驗條件，為實現老井激活、剩余油藏經濟高效開發奠定了基礎。下步建議開展現場試驗。

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