旋轉鉆進徑向水平井技術研究與應用

（長城鉆探工程有限公司工程技術研究院，遼寧 盤錦 124010）

0 引言

目前我國主力油田已進入開發中后期，面臨以下2 個問題：整裝區塊及優質儲量越來越少，目標油氣藏正朝著深層、低滲等方向發展，儲層物性差，近井流動阻力大，部分井進行壓裂、酸化等儲層改造時，啟動壓力高，影響了儲層改造效果。

老區井間剩余油氣分布復雜，依靠常規鉆井/側鉆井等技術，投資大、成本高，部分井間剩余油開采經濟性差。

針對上述問題，徑向水平井技術可利用原井筒在油層不同深度、方向上，直接鉆出多個輻射狀徑向孔眼[1]，顯著提高近井導流能力，使單井控制儲量、油氣井產量、開采速度得到提高。與傳統增產技術相比，該技術具有施工周期短、成本低等優勢[2]，對提高油氣井單井產量、提高開采經濟效益、降低噸油成本具有重要的意義，應用前景廣闊。

目前，國內外普遍研究的噴射鉆進徑向水平井技術采用“萬向節套管開窗+軟管高壓噴射鉆進”方式，在軟到中硬地層應用中，展示出了良好的技術優勢與效果。但是還存在以下3 個問題。1）采用高壓泵、噴射管、自進式噴射鉆頭結合形成高壓水射流，在硬地層中噴射困難、噴射軟膠管易彎曲打折[3]。2）采用井下馬達驅動萬向節，帶動銑頭旋轉，在套管內實現轉向，完成套管開窗。由于萬向節柔性大，同時傳遞扭矩和鉆壓，控制難度大，可靠性差且孔徑偏小。3）采用“連續管+噴射管”作業方式，施工費用相對較高。

針對“萬向節套管開窗+軟管高壓噴射鉆進”方式存在的問題，長城鉆探工程技術研究院對旋轉鉆進徑向水平井技術進行了研究，并完成了多口井應用，該技術在軟硬多種巖性地層鉆進中均展現了良好的應用效果。

1 技術介紹

1.1 技術原理

旋轉鉆進徑向水平井技術主要包括兩大核心關鍵技術。1）套管開窗技術。利用專用套管開窗工具[4]在目的層套管的設計深度及方位上鉆出直徑Ф30mm 的孔眼。2）地層鉆進技術。利用柔性鉆桿施加鉆壓和傳遞扭矩給前端微型破巖鉆頭，在導向工具的作用下實現超短半徑（100 mm）扭矩傳遞及鉆頭加壓，微型破巖鉆頭及柔性鉆桿通過套管上開好的窗口進入地層，采用“機械+水力”聯合破巖方式在目的層鉆出若干直徑Ф25 mm ～Ф30 mm、長度＜20 m的徑向孔眼，從而增加原井眼的泄流半徑，解除近井地帶污染，恢復地層滲透率，進而達到提高產量/注入量的目的，如圖1 所示。

圖1 旋轉鉆進徑向水平井技術原理

1.2 技術特點

旋轉鉆進徑向水平井技術利用機械+水力聯合破巖，完成孔眼直徑大，鉆進長度可靠（常規射孔的20 倍以上），克服了常規射孔距離短難以穿透油、水污染帶的缺點；旋轉開窗及鉆進，動作更加柔和，不會對井筒和水泥環造成傷害，無壓實效應。此外，現場施工利用小修作業機配合即可，設備簡單，成本低廉。

1.3 應用范圍

旋轉鉆進徑向水平井技術可應用于新井投產（解除泥漿/水泥漿污染）、老井二次補孔（解除修井等作業污染）、注水/氣井解堵、壓裂酸化預處理（降低啟動壓力，擴大酸化波及面積）、解除煤層氣井近井帶水鎖效應及采用其它增產措施有風險井（如壓裂有水竄風險）等領域，還代替深穿透射孔（無燒結壓實效應），提高低滲等油藏產量。旋轉鉆進徑向水平井技術適用于井斜小于40°、井溫小于150℃（約4 000 m 以內）、5″、 5 1/2″、7″、9 5/8″單層套管井。

2 施工流程

旋轉鉆進徑向水平井技術現場施工時，首先進行井筒清潔，下入開窗工具、導向工具等工具；開窗工具下到設計深度后進行測井，測開窗位置深度，計算該深度與設計深度之間的距離，調節開窗深度至設計深度，有方位要求時，還要測量、調節開窗方位。開窗位置調節完畢后，下入開窗輔助工具，啟動高壓泵打壓開窗，開窗完成后，停泵，起出工具。調整導向工具位置，下入地層鉆進工具，啟動高壓泵打壓鉆進，鉆進完畢后，起出鉆進工具。起出后根據鉆進情況，更換鉆具。繼續鉆進，直至完成該孔眼鉆進，然后調節開窗位置至下一孔，重復開窗鉆進等步驟，全部設計孔眼完成后，起出工具，施工結束。

3 應用情況

3.1 新井解除泥漿/水泥漿污染

L88 井是一口預探井，2013 年1 月完井，完鉆井深2 728.0 m，施工前未射孔。

鑒于周邊幾口井采用常規射孔，試油效果不好，為解除鉆完井污染，擴大泄油面積，增大壓裂波及范圍，嘗試對目標油層進行徑向鉆孔，完成4 個分支孔眼后原油返出井口，關井井口套壓1.1 MPa，暫緩其余孔施工，直接試投產，平均日產液3.2 t，日產稠油2.9 t，見表1。40 余天后，實施壓裂，目前日產液8.3 t，日產油6.3 t。

表1 L88 井施工前后產量對比

3.2 老井挖潛應用

Q2 井是一口長停井。2000 年2 月完鉆，初期日產液16.6 方，日產油5.4 t，含水67.3%。后逐漸不出，2008 年關井。2011 年進行了6 個孔眼的徑向鉆孔施工，施工后，日產油6.8 m3/d，超過該井投產初期產量，見表2。

表2 Q2 井施工前后產量對比

3.3 注水/氣井解堵應用

L2 井位于新疆油田XX 作業區，是一口注水井。2002年11 月在K1h27-4 層投注，初期注入壓力5.0 MPa，滿足配注。2014 年7 月檢管后測量顯示K1h27 層注水不滿足地質配注要求，分析認為儲層近井地帶受到污染。受該井欠注影響，對應油井含水上升，能量下降。

為解除注水污染，滿足配注要求。2014 年對K1h27-4 層進行6 個孔眼的徑向鉆孔施工，施工后，注入量達到55 m3，注水壓力僅4 MPa，見表3。

表3 L2 井施工前后注水情況對比

3.4 引導壓裂，降低啟動壓力應用

J6 井是一口評價井。2003 年投產，實施壓裂，排量4 m3/min，泵壓80 MPa，加砂8 m3，施工壓力過高，加砂量小，壓裂效果不理想。關井。

2013 年進行了10 個孔眼的徑向鉆孔施工，施工后，擠入壓裂液511 m3，排量5.2 m3/min， 泵壓58 MPa～62 MPa，加砂60 m3，砂比22.3%。壓裂后平均日產油3.24 m3/d，見表4。

表4 J6 井施工前后產量對比

3.5 壓裂等措施有風險（如水竄）

S6 井是新疆油田的一口稀油采油井，2014 年7 月完鉆，完鉆井深2 482 m。新井采用深穿透、負壓射孔，井段2 433 m～2 441 m，實射厚度：6.0 m/2 層，射孔后油套壓為0 MPa，無油氣顯示。該井油層下部較近有水層，采取壓裂等措施，引起水竄，因此實施徑向水平鉆孔，解除近井污染，溝通地層。

2014 年進行了9 個孔眼的徑向鉆孔施工，施工后日產油達到5.4 m3/d，達到施工目的，見表5。

表5 S6 井施工前后產量對比

4 結論

自2011 年首井試驗應用以來，旋轉鉆進徑向水平井技術在遼河、吉林、新疆、華北和長慶等地累計應用60 余口井。實踐證明，剛性驅動液控套管開窗技術與旋轉鉆進技術組合，開窗平穩、鉆進可靠，可廣泛應用于砂巖、泥頁巖、白云巖等較軟地層及碳酸鹽、粗面巖、低滲輝綠巖、火山角礫巖等較硬地層施工，在新井投產、老井挖潛、解堵增注、輔助壓裂和降低起裂壓力等方面，現場應用效果顯著，取得了良好的經濟社會效益。