海上中短半徑側鉆水平井在設計中的難點及對策

王攀 王文 楊保健 宋瑞

摘 要：中短半徑側鉆水平井技術是老油田挖潛增效的有效手段，渤海油田目前應用較少。結合渤海油田首口海上中短半徑側鉆井，分析了海上中短半徑側鉆水平井鉆井難點及對策，為后續井提供了技術指導，為低效井的再利用找到了新思路。

關鍵詞：海上；中短半徑側鉆；水平井；有限元分析

中圖分類號：TE242 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0095-02

Abstract： The technology of sidetracking horizontal well with medium and short radius is an effective means of tapping potential and increasing efficiency in old oil field， but it is seldom used in Bohai oilfield at present. Based on the first offshore short radius sideway drilling in Bohai Oilfield， the difficulties and countermeasures of offshore short radius sidetracking horizontal well drilling are analyzed， which provide technical guidance for subsequent wells and find a new way of thinking for the reuse of low efficiency wells.

Keywords： offshore； short radius sidetracking； horizontal well； finite element analysis

渤海油田年遞減率約14.7%，受井槽限制，鉆調整井是老井恢復產能最有效的手段。中短半徑側鉆水平井是將套管開窗與中短半徑水平井結合起來的特殊技術。它能利用現有的套管以低成本的方式挖掘油藏“剩余價值”，從而提高油田效益。本文以綏中36油田中短半徑側鉆井為例，進行了中短半徑側鉆研究，針對其中存在一些關鍵問題提出了對策。

1 鉆井難點分析

該技術在渤海油田調整井應用少，主要存在以下難點：

（1）中短半徑側鉆設計造斜率10°/30m以上，造斜率高；軌跡精度高，現場施工難度大。

（2）渤海油田8-1/2″水平井眼中首次下入7″套管，且最大全角變化率為10°，套管下入難。

（3）1.5°彎角的高造斜率馬達，鉆具斜向器通過率較低。

2 技術對策

2.1 馬達的優選

為滿足設計造斜率，優選低彎點高造斜率馬達。該馬達具有低彎點、大彎角、高扭矩的特點。彎點距0.865m （常規1.567m）；選用等壁厚7/8頭馬達，輸出扭矩大，1.5°彎角。為驗證選用1.5°低彎點馬達造斜能力，進行了現場試驗，試驗結果最高造斜率13°/30m，滿足造斜率要求。

2.2 軌跡精確控制

軌跡控制是本項技術的關鍵。中短半徑側鉆點深，造斜段短，軌跡控制出現偏差，將無法準確著陸，無法滿足油藏要求。通過軌跡優化、工具優選、現場措施保障等方面，確保軌跡滿足要求。

2.2.1 軌跡優化

為了減少進尺，同時降低開窗風險，優選在館陶組底礫巖以下開窗側鉆。側鉆點優選在固井質量好的井段。在此基礎上對不同造斜率的軌跡進行了分析對比，優選軌跡設計，確保設計軌跡貼近現場施工，便于操作和控制。軌跡方案優選方案一。

2.2.2 現場技術措施

首先是鉆具組合：優選1.5°馬達，加強局部造斜率控制≤12°/30m，保證造斜率和抗扭強度；優選PDC鉆頭，短保徑，側向切削力強，兼顧滑動穩定性。使用近鉆頭測斜工具。在關鍵井段加密測點，及時獲得相應井斜。其次保證滑動連續性。滑動托壓及時采取措施：調整鉆井液性能；鉆井液中加入小球、石墨、等潤滑材料；短起下，同時提高滑動段長度，密切關注近鉆頭井斜變化，不可盲目鉆進，浪費井段，造成軌跡失控。

2.2.3 套管下入問題

本井是渤海油田首次在8-1/2″水平井眼中下入7″套管，且最大狗腿度為10°。套管下入困難，也可能出現套管在高狗腿情況下局部發生形變?？紤]到相應風險，開展了以下幾點針對性研究。

（1）套管下入過程中的載荷分析及相對位置分析

利用Landmark軟件對不同摩擦系數情況下套管上提下放的載荷進行了模擬（圖1），同時對下入過程中與井壁的相對位置也進行了模擬分析（圖2），均可以順利下入，套管不會出現卡死現象。

（2）利用有限元分析， 7″套管下入過程中，井口軸力遠大于總摩阻力，證明套管上提下放安全；等效應力為186.49MPa，安全系數2.95。說明套管彎曲后應力仍滿足強度要求。

（3）選用可旋轉尾管掛、高抗扭套管等方式進一步降低下入風險。

2.2.4 窗口及鉆具通過性

1.5°彎角馬達偏移量較大，鉆完井管柱在窗口的通過性是關鍵問題。常規單斜面開窗工具窗口有效長度短，且無輔助通過死點功能。為增加有效窗口長度，使鉆具組合順利通過窗口，優選3°多斜面開窗工具，具有窗口長、通過性好、效率高等特點。同時優化鉆井工藝，選定9-5/8″套管開窗，相對縮小鉆頭尺寸，提高鉆具在窗口的通過性。

3 現場實施情況

渤海油田第一口中短半徑水平井側鉆目前已成功實施，著陸位置理想，水平段239m，油層鉆遇率100%。實施過程中鉆具及套管均順利通過窗口。最大狗腿度18.9°/30m。鉆井過程中未出現事故，生產時效87.51%。中短半徑與常規水平井對比，鉆井工期節省4.54天，節約進尺1120m。

4 結束語

中短半徑側鉆水平井采用1.5°彎角馬達滿足設計要求，局部最大造斜率達到18.97°/30m；通過模擬和現場實施證明，在10°/30m的造斜率下，8-1/2″井眼可順利下入7″套管；基于非線性理論，利用ANSYS軟件，表明8-1/2″窗口可順利通過鉆完井相應管柱。該項技術有效解決槽口局限性和在生產井控制儲層面積有限的問題，盤活了井筒資源，大幅降低鉆完井成本，應用前景廣闊。

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