柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井-壓裂關(guān)鍵技術(shù)

摘要：“兩深一非一老”是當(dāng)前油氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，為加快突破油氣高效開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，提出“柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井-壓裂一體化技術(shù)”，即將柔性鉆具側(cè)鉆短半徑水平井鉆井技術(shù)與水力噴射壓裂相結(jié)合，創(chuàng)新研發(fā)柔性鉆具和壓裂管柱組合，在2～4 m超短半徑內(nèi)完成造斜，水平鉆進(jìn)50 m以上，分支內(nèi)完成趾端定點(diǎn)壓裂，最終實(shí)現(xiàn)“一井多層、一層多支、一支多縫”的多層系-多分支立體縫控增產(chǎn)改造。首先介紹工藝提出的背景需求、柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井和壓裂關(guān)鍵技術(shù)，然后結(jié)合長慶油田首口現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)井闡明該技術(shù)的可行性與適用性，最后展望該技術(shù)的應(yīng)用前景。結(jié)果表明：采用自主研發(fā)的柔性鉆具可實(shí)現(xiàn)在直井多層位沿徑向鉆出雙分支井眼（R1和R2），其中R1分支井眼長度為51.00 m、造斜半徑為2.80 m，R2分支井眼長度為30.30 m、造斜半徑為3.18 m；采用自主研發(fā)的柔性壓裂管+底部噴砂射孔-壓裂組合工具，實(shí)現(xiàn)雙分支水平井眼趾端定點(diǎn)起裂，累積加砂量9.00 m3、入井凈液量198.13 m3，按設(shè)計(jì)加砂完成率100%，壓裂一次成功率100%；改造后日產(chǎn)油量由0.84 t提升至2.06 t，提升2.45倍。

關(guān)鍵詞：超短半徑多分支井； 柔性鉆具； 水力噴射壓裂； 立體縫網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TE 21"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""文章編號(hào)：1673-5005（2025）02-0016-12

Integrated techniques of flexible drilling tools assisted side-tracking short radius dual-branches and fracturing

LI Gensheng， HUANG Zhongwei， SHI Huaizhong， YANG Ruiyue， WU Xiaoguang， WANG Tianyu， GU Ziang

（National Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering， China University of Petroleum（Beijing）， Beijing 102249， China）

Abstract： In this study， a dual-branch horizontal well completion-fracturing integration technique using a flexible drilling tool with side-drill of short radius was proposed， in which short-radius horizontal well drilling is combined with hydraulic jet fracturing with innovatively developed flexible drilling tools and fracturing strings. The new technique includes directional drilling within a 2-4 m ultra-short radius and further horizontally drilling over 50 m， and then toe-point water jet fracturing within the horizontal well branches can be carried out. It can achieve the goals of one well with multi-layers， multi-branches and multi-fractures for enhanced oil recovery. The background for the development of the new technique and its key technical aspects were introduced in this paper. The feasibility and applicability of the technique was verified through the first on-site trial well in Changqing Oilfield. The developed flexible drilling tool was successfully used for dual-branch wellbores （R1 and R2） to be drilled radially along the multi-layered vertical well， in which the R1 branch has a length of 51.00 m with a build-up radius of 2.80 m， and the R2 branch has a length of 30.30 m with a build-up radius of 3.18 m. Then the flexible fracturing pipe and bottom sand-perforating fracturing tool were used to conduct toe-point fracturing in the dual-branch horizontal wellbores with cumulative sand volume of 9.00 m3 and a net liquid entry into the well of 198.13 m3. The sand placement success rate is 100%， and the fracturing success rate is also 100%. After the side well drilling and fracturing operations， daily oil production is increased from 0.84 t to 2.06 t， a 2.45 fold of increase.

Keywords：ultra-short radius multilateral wells; flexible drilling tools; hydra-jet fracturing; complex fracture network

隨著常規(guī)油氣資源逐漸枯竭，全球油氣勘探開發(fā)逐漸由常規(guī)油氣資源向萬米級(jí)深地、千米級(jí)深水、納米級(jí)非常規(guī)和老油氣田等領(lǐng)域延伸^［1-4］。然而，“兩深一非一老”油氣資源開發(fā)目前仍面臨諸多挑戰(zhàn)。深地和深水開發(fā)的主要難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)高效開采^［5-6］；非常規(guī)油氣開發(fā)中易出現(xiàn)水敏、水鎖現(xiàn)象，且儲(chǔ)層動(dòng)用程度低^［7-9］；老井剩余油氣資源主要以斷塊、邊際、薄層油氣藏為主，開發(fā)難度大且成本高^［10-12］。因此亟需一種高效的油氣資源開發(fā)技術(shù)，提升單井最終可采儲(chǔ)量（EUR）和開發(fā)效益，推動(dòng)中國油氣供給能力持續(xù)提升。針對(duì)目前開發(fā)所面臨的難點(diǎn)，研究者提出了多種開發(fā)技術(shù)。針對(duì)深地、深層所面臨的儲(chǔ)層動(dòng)用程度低與開發(fā)成本高的難題，研究者提出了大位移井安全高效鉆井技術(shù)^［5-6］。在非常規(guī)油氣開發(fā)中，精準(zhǔn)壓裂、納米乳液及無水壓裂等技術(shù)被提出應(yīng)用^［7-9］。針對(duì)老井剩余油氣資源的高效挖潛，提出了查層補(bǔ)孔、重復(fù)壓裂及側(cè)鉆等技術(shù)^［13］。其中側(cè)鉆技術(shù)因其較強(qiáng)的儲(chǔ)層動(dòng)用能力，逐漸成為老井剩余油氣挖潛的重要手段。側(cè)鉆技術(shù)包括常規(guī)側(cè)鉆和多分支徑向井技術(shù)，后者是一種新型水平井技術(shù)，可在小曲率半徑內(nèi)鉆出多個(gè)水平分支井眼，配合壓裂作業(yè)，可有效開發(fā)油氣資源。目前，徑向井技術(shù)主要通過水力噴射^［14］和柔性鉆具側(cè)鉆^［15］實(shí)現(xiàn)。水力噴射徑向井技術(shù)自1985年提出以來，已在國內(nèi)外多個(gè)油田成功應(yīng)用，配合壓裂等措施，取得了良好的增產(chǎn)效果^［16-19］。相較于水力噴射方式，柔性鉆具側(cè)鉆方式具有泄流面積大、儲(chǔ)層動(dòng)用程度高的優(yōu)勢(shì)，其在“兩深一非一老”油氣資源開發(fā)中展現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力^［20-21］。近年來，柔性鉆具側(cè)鉆超短半徑水平井已在長慶、大慶、渤海等油田成功應(yīng)用^［22-24］。柔性鉆具側(cè)鉆技術(shù)雖然可有效動(dòng)用油氣資源，提高泄流面積，但仍需進(jìn)一步結(jié)合壓裂以實(shí)現(xiàn)油氣高效開發(fā)。近年來，研究者在徑向井壓裂參數(shù)優(yōu)化、起裂特征及裂縫擴(kuò)展等方面開展了大量研究^［25-29］，豐富了徑向井壓裂理論。徑向井壓裂技術(shù)已在大慶、長慶油田油井和山西煤層氣井中成功應(yīng)用，顯著提升了產(chǎn)量^［30-32］。然而，現(xiàn)有多分支井壓裂以主井筒籠統(tǒng)壓裂為主，壓裂管柱難以伸入各分支內(nèi)，難以實(shí)現(xiàn)趾端定點(diǎn)壓裂，制約了開發(fā)效益。基于以上難題與挑戰(zhàn)，筆者提出“柔性鉆具側(cè)鉆短半徑多分支水平井成井-壓裂一體化”技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)“兩深一非一老”油氣資源的高效開發(fā)，通過分析超短半徑水平井結(jié)構(gòu)和成井工藝，設(shè)計(jì)超短半徑水平井柔性鉆井及壓裂工具，將地質(zhì)選井選層、超短半徑井成井及分支水平井趾端壓裂相結(jié)合，形成超短半徑水平井成井壓裂一體化工藝，并在長慶油田開展首口現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)井應(yīng)用，明確該技術(shù)的可行性和開發(fā)效果。

1 柔性鉆具側(cè)鉆短半徑多分支水平井成井-壓裂一體化技術(shù)

柔性鉆具側(cè)鉆短半徑多分支水平井成井-壓裂一體化技術(shù)是一種新型徑向井開發(fā)技術(shù)（圖1），主要包含地質(zhì)選井選層、短半徑井成井及水力噴射壓裂等3部分，有效實(shí)現(xiàn)地質(zhì)、測(cè)錄井、鉆井、壓裂等多學(xué)科、多專業(yè)的有機(jī)結(jié)合和相互協(xié)同，是“地質(zhì)-工程一體化”理念的合理運(yùn)用。通過該技術(shù)一方面可實(shí)現(xiàn)剩余油氣資源的高效評(píng)估和精準(zhǔn)動(dòng)用，有效降低油氣開發(fā)成本；另一方面，該技術(shù)形成了“一井多層、一層多支、一支多縫”的多層系-多分支立體縫控工藝，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)壓裂，增大儲(chǔ)層改造程度，提高單井EUR和開發(fā)效益，助力油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)。

1.1 柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井關(guān)鍵技術(shù)

柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井技術(shù)的關(guān)鍵核心為其依據(jù)工藝原理和流程所設(shè)計(jì)的特制柔性鉆具，是短半徑水平井鉆井過程中重要的扭矩和鉆壓傳遞結(jié)構(gòu)。柔性鉆具采用萬向鉸接結(jié)構(gòu)連接成串，短節(jié)夾角為2°～5°，球鉸結(jié)構(gòu)可以使相鄰短節(jié)呈現(xiàn)一定彎角，通過控制鉆桿短節(jié)長度和短節(jié)之間彎角實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆具造斜能力的調(diào)控，從而滿足不同曲率半徑分支井眼的鉆井要求，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示（D為井筒內(nèi)徑，d1為單節(jié)鉆桿外徑，L為單節(jié)長度，ρ為曲率半徑，θ為井斜角，α為相鄰兩節(jié)鉆桿間角差）。根據(jù)不同地質(zhì)條件及施工情況，優(yōu)化柔性鉆具結(jié)構(gòu)參數(shù)及施工參數(shù)，提高柔性鉆具側(cè)鉆工具-工藝-地層適配性。柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井技術(shù)利用特制的柔性鉆具，通過機(jī)械破巖方式，配合鉆桿、斜向器、磁定位短節(jié)、開窗銑錐、PDC鉆頭及多點(diǎn)測(cè)斜儀等工具，實(shí)現(xiàn)在同一層位內(nèi)完成開窗、造斜和水平鉆進(jìn)、軌跡測(cè)量等全部作業(yè)程序。

1.1.1 關(guān)鍵工具

柔性鉆具是柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井技術(shù)的關(guān)鍵工具，需根據(jù)目標(biāo)井主井筒結(jié)構(gòu)、目標(biāo)層位厚度及剩余油氣資源富集度等因素，針對(duì)性設(shè)計(jì)優(yōu)化單節(jié)長度、單節(jié)彎角、球鍵直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)，在保證工具性能前提下提升工具強(qiáng)度，目前柔性鉆具可選擇的尺寸范圍為98～139 mm；同時(shí)，不同結(jié)構(gòu)柔性鉆具需配合特定施工參數(shù)，結(jié)合目標(biāo)井深度、地層物性及主應(yīng)力方向等因素，針對(duì)性優(yōu)化不同地層施工參數(shù)；鉆頭是影響柔性鉆具鉆進(jìn)效率的關(guān)鍵工具。基于作用和工作原理不同，柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井需采用特定的造斜鉆頭和水平鉆進(jìn)鉆頭。其中造斜鉆頭是采用超短有效長度、主動(dòng)保徑結(jié)構(gòu)及類球型冠部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)增斜PDC鉆頭，具有強(qiáng)側(cè)向切削能力；水平鉆進(jìn)鉆頭是采用混合布齒結(jié)構(gòu)和雙圓弧冠部形狀的強(qiáng)穩(wěn)定性PDC鉆頭，具有較強(qiáng)破巖效率和鉆進(jìn)穩(wěn)定性，鉆井工具見圖3。

1.1.2 工藝流程

采用柔性鉆桿、開窗銑錐、PDC鉆頭及斜向器等工具依次開展斜向器定位、開窗鉆進(jìn)、造斜鉆進(jìn)、水平鉆進(jìn)及軌跡測(cè)量等流程作業(yè)，具體流程如下：主井筒通井規(guī)通井、刮管→測(cè)井車校深→陀螺儀定方位→液壓坐封斜向器坐封→銑錐開窗作業(yè)→造斜鉆進(jìn)作業(yè)→水平鉆進(jìn)作業(yè)→測(cè)量軌跡→下入疊加斜向器→R2分支作業(yè)→起管柱、起疊加斜向器、起液壓坐封斜向器（圖4）。

1.2 柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井壓裂關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 壓裂工藝

在柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井基礎(chǔ)上，采用柔性壓裂管配合水力噴砂射孔-壓裂一體化工藝，實(shí)現(xiàn)水平分支井眼趾端定點(diǎn)起裂，形成多個(gè)徑向裂縫，以增加滲流通道、提高泄油面積、實(shí)現(xiàn)立體改造（圖5）。射孔采用磨料射流噴砂射孔工藝，通過錐形噴嘴實(shí)現(xiàn)深穿透。射孔液（基液）從油管泵注，綜合考慮噴射速度（大于200 m/s）與井口承壓能力，合理優(yōu)化噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)，優(yōu)選砂量1～1.5 m3、砂比7%～8%、粒徑0.43～0.85 mm石英砂。射孔結(jié)束之后直接進(jìn)入壓裂階段。壓裂液體系可選擇胍膠體系、滑溜水體系、氮?dú)馀菽w系、CO2等，支撐劑選擇多粒徑石英砂或陶粒。壓裂工藝泵注程序包括：低替→坐封（如帶封隔器）→噴砂射孔→前置液→攜砂液→頂替液。以最大改造體積為目標(biāo)，通過模擬徑向多分支壓裂裂縫擴(kuò)展形態(tài)優(yōu)化壓裂施工參數(shù)。

1.2.2 關(guān)鍵工具

柔性鉆具超短半徑雙分支水平井壓裂技術(shù)所應(yīng)用的柔性壓裂管+底部噴射工具組合均為自主研發(fā)，核心工具包括柔性壓裂管（抗內(nèi)壓強(qiáng)度大于50 MPa）、噴砂射孔組合管串（噴槍、噴嘴、扶正器等）、封隔器等（圖6）。

1.2.2 雙分支壓裂工藝流程

柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井壓裂工藝流程如圖7所示：R2分支第一次通井（鉆頭）→R2分支第二次通井（通徑規(guī)）→洗井→下R2分支壓裂管柱→水力噴砂射孔→R2分支壓裂→關(guān)井→放噴→返排→壓井→反循環(huán)洗井→起壓裂管柱、起疊加斜向器→R1分支第一次通井（鉆頭）→R1分支第二次通井（通徑規(guī)）→下R1分支壓裂管柱→水力噴砂射孔→R1分支壓裂→關(guān)井→放噴→返排→壓井→反循環(huán)洗井→起壓裂管柱、起疊加斜向器、起液壓坐封斜向器。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 目標(biāo)區(qū)域概況

目標(biāo)井所在區(qū)域?yàn)殚L慶油田W243區(qū)塊內(nèi)，該區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，地層構(gòu)造發(fā)育穩(wěn)定平緩，主力油層Y9層為灰褐色油斑細(xì)砂巖，砂體穩(wěn)定、物性好，平均孔隙度為17.38%，平均滲透率為1772×10^-3 μm²。近年來，該區(qū)域生產(chǎn)井產(chǎn)油產(chǎn)液量逐年下降，重復(fù)壓裂等增產(chǎn)措施改造效果不佳，剩余油挖潛潛力大。

2.2 柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井側(cè)鉆井設(shè)計(jì)

2.2.1 分支井眼設(shè)計(jì)

在W243區(qū)塊內(nèi)，XX井日產(chǎn)量低，剩余儲(chǔ)量較多，且含水率相對(duì)穩(wěn)定，小于45%，而周圍井產(chǎn)量高，增油潛力大；XX井是一口定向開發(fā)井，二開套管完井，油層套管內(nèi)徑為124.00 mm，完鉆井深為1395.00 m，最大井斜為18.36°，目的層延9層深度為1350.00～1359.80 m，井身結(jié)構(gòu)如圖8所示。

結(jié)合目的層層位、固井質(zhì)量及套管接箍位置，R1和R2分支開窗位置分別設(shè)計(jì)為1351.50和1350.00 m。考慮XX井與鄰井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及儲(chǔ)層地質(zhì)發(fā)育等因素，R1和R2分支側(cè)鉆方位角分別為NE30°和SE120°。

基于儲(chǔ)層物性、開窗點(diǎn)及側(cè)鉆方位角，設(shè)計(jì)R1分支曲率半徑為2.67 m，分支長度超過50 m，R2分支曲率半徑為2.67 m，分支井眼長度超過50 m，分支井眼軌道如圖9所示。

2.2.2 鉆具及參數(shù)設(shè)計(jì)

基于雙分支井眼軌道設(shè)計(jì)和主井筒尺寸，優(yōu)選鉆具組合，并對(duì)超短半徑水平井全井段進(jìn)行摩阻扭矩分析，計(jì)算得到114 mm井眼作業(yè)時(shí)鉤載最大為40.8 t，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)扭矩為10～16 kN·m。鉆具組合設(shè)計(jì)如表1所示。

鉆井液及水力參數(shù)設(shè)計(jì)是決定側(cè)鉆井成敗的關(guān)鍵。XX井雙分支側(cè)鉆對(duì)鉆井液無特殊要求。根據(jù)所鉆層位與巖性特征，參照原始層位鉆井液方案，側(cè)鉆作業(yè)采用聚璜鉆井液體系，黏度為22 mPa·s，密度為1.03 g/cm3。考慮R1與R2分支開窗點(diǎn)相距較短，以R1分支為例計(jì)算水力參數(shù)。計(jì)算結(jié)果如圖10所示。

由圖10可得，在滿足井眼清潔、井壁穩(wěn)定及設(shè)備能力的條件下，計(jì)算得到攜巖所需最小排量為040 m3/min，故推薦施工排量為0.40～0.75 m3/min，對(duì)應(yīng)壓耗為3.00～8.30 MPa。

2.2.3 側(cè)鉆井成井作業(yè)

R1分支實(shí)際開窗點(diǎn)為1351.50 m，方位為NE30 °，開窗段進(jìn)尺0.7 m；造斜階段進(jìn)尺3.6 m，平均機(jī)械鉆速為1.03 m/h，造斜半徑為2.80 m；水平鉆進(jìn)階段進(jìn)尺47.4 m，平均機(jī)械鉆速為1.91 m/h，水平段穩(wěn)斜角為82°～89°，鉆遇泥巖夾層完鉆。R1分支總進(jìn)尺51.00 m，鉆時(shí)28.3 h，平均機(jī)械鉆速為1.77 m/h，垂直偏深4.66 m，具體施工進(jìn)展見圖11。

R2分支實(shí)際開窗點(diǎn)為1350.00 m，方位為SE120°，開窗段進(jìn)尺0.7 m；造斜階段進(jìn)尺3.17 m，平均機(jī)械鉆速為0.88 m/h，造斜半徑為3.18 m；水平鉆進(jìn)階段進(jìn)尺29.02 m，平均機(jī)械鉆速為4.05 m/h，水平段穩(wěn)斜角為80°～87°，鉆遇泥巖夾層完鉆。R2分支總進(jìn)尺為 30.50 m，鉆時(shí)11.56 h，平均機(jī)械鉆速為2.85 m/h，垂直偏深2.43 m，具體施工進(jìn)展見圖12。

2.2.4 成井評(píng)價(jià)

對(duì)比分析實(shí)際軌跡和設(shè)計(jì)軌道偏差，如圖13所示。分支井眼實(shí)際軌跡在水平段初期鉆進(jìn)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定水平鉆進(jìn)，隨著井眼長度的增加，水平段將處于降斜階段，直至鉆遇泥巖夾層。R1和 R2分支井眼造斜垂直降低分別為2.68和2.29 m。

2.3 柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井壓裂設(shè)計(jì)

2.3.1 射孔位置及壓裂層位選擇

根據(jù)本井地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，R1分支開窗點(diǎn)為1351.5 m，造斜率半徑2.8 m，水平段穩(wěn)斜角為82°～89°，分支總進(jìn)尺51 m，射孔位置為1385.0 m。R2分支開窗點(diǎn)為1350 m，造斜率半徑3.18 m，水平段穩(wěn)斜角80°～87°，分支總進(jìn)尺30.3 m，射孔位置為13720 m。

由于本井工藝需求，先壓裂R2分支，后壓裂R1分支。XX井射孔、壓裂層位選擇見表2。

2.3.2 泵注程序設(shè)計(jì)

根據(jù)壓裂順序設(shè)計(jì)兩分支泵注程序。R2分支泵注設(shè)計(jì)排量為1.2～1.4 m3/min，入井凈液量為89.5 m3，總加砂量為3.0 m3。為對(duì)比效果，該分支采用純水力噴射射孔技術(shù)，射孔階段不加砂。壓裂階段使用粒徑0.43～0.85 mm石英砂3.0 m3，綜合砂液比為48%。R1分支泵注設(shè)計(jì)排量為1.2～1.4 m3/min，入井凈液量為104.5 m3，總加砂量為6.0 m3。采用水力噴砂射孔工藝，射孔階段加砂1.0 m3。壓裂階段使用粒徑0.43～0.85 mm石英砂5.0 m3，綜合砂液比為77%。壓裂液體系選用胍膠壓裂液（基液表觀黏度20 mPa·s，耐溫耐剪切能力240 mPa·s，交聯(lián)時(shí)間47 s，破膠時(shí)間55 min），支撐劑采用粒徑0.43～0.85 mm石英砂。具體泵注程序見表3。

2.3.3 壓裂工具設(shè)計(jì)

考慮分支井眼實(shí)鉆井眼尺寸和長度，設(shè)計(jì)壓裂管柱串最大外徑為102 mm，柔性壓裂管柱應(yīng)具備一定彎曲度，整體工具及其組件長度需滿足在2～5 m轉(zhuǎn)彎半徑的通過性。管柱串自下而上為：引鞋+多孔管+活動(dòng)接頭+單向閥+活動(dòng)接頭+Φ95 mm噴槍（6×5 mm）+扶正器+接頭+Φ95 mm封隔器+活動(dòng)接頭+扶正器+活動(dòng)接頭+Φ102 mm柔性壓裂管（耐壓50 MPa以上，內(nèi)置安全接頭）+Φ73 mm外加厚油管+K344封隔器+水力錨+Φ73 mm外加厚油管+安全接頭+Φ73 mm外加厚油管+校深短節(jié)+Φ73 mm外加厚油管（至井口），壓裂管柱實(shí)物如圖14所示。

2.3.4 壓裂施工

雙分支井眼壓裂均采用“水力噴射趾端壓裂”工藝，R2分支壓裂泵注排量為0.3～1.4 m3/min，地層破裂壓力為28.1 MPa，施工泵壓為11.75～38.63 MPa，停泵壓力為14.1 MPa，入井凈液量為88.4 m3，總加砂量為3 m3。R1分支壓裂泵注排量為0.3～1.4 m3/min，地層破裂壓力為28.9 MPa，施工泵壓為1002～32.85 MPa，停泵壓力為11.5 MPa，入井凈液量為109.73 m3，總加砂量為6 m3。壓裂施工過程中泵壓曲線平穩(wěn)，加砂順利，加砂完成率100%，壓裂一次成功率100%（圖15）。

2.3.5 壓裂工具

圖16為壓裂施工后從井下取出的封隔器與噴槍。封隔器與噴槍均無破損，判斷壓裂管柱性能良好，滿足施工要求，達(dá)到了分支井眼趾端壓裂設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

2.4 增產(chǎn)效果

2016年5月21日采用胍膠液壓裂XX井Y9層，排量為1.2 m3/min，加石英砂5 m3，入井總液量為33.6 m3，破裂壓力為34.3 MPa，施工壓力為14.5 MPa，停泵壓力為11.8 MPa。2016年5月21日至5月25日對(duì)該井壓后抽汲排液，投產(chǎn)后峰值產(chǎn)油量為3.14 t/d。2024年7月產(chǎn)油量降至0.84 t/d。2024年11月20日，采用柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井-壓裂一體化工藝重復(fù)改造，12月23日開始見油，目前產(chǎn)油量持續(xù)上升，已達(dá)到2.06 t/d（壓前0.84 t/d），當(dāng)前提升2.45倍（圖17）。

3 前景展望

隨著石油資源需求量日益增加，廢棄老井剩余油氣儲(chǔ)層的二次挖潛開發(fā)是國家綠色低碳發(fā)展的重要著力點(diǎn)之一。柔性鉆具側(cè)鉆超短半徑水平井成井-壓裂一體化技術(shù)的成功應(yīng)用標(biāo)志著該技術(shù)在石油開發(fā)中的顯著突破。具體而言，該技術(shù)不僅能夠通過機(jī)械破巖方式有效延伸井眼，從而增加對(duì)油氣層的控油半徑，還可通過精準(zhǔn)定位的分支井眼壓裂技術(shù)，構(gòu)建復(fù)雜的井網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)剩余油層資源的立體化開發(fā)，從而大幅提高二次挖潛效率。此外，隨著柔性鉆具側(cè)鉆技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域或?qū)⒉辉倬窒抻趶U棄老井的剩余油氣改造，已逐漸拓展至頁巖油氣、煤層氣、水合物和地?zé)豳Y源等新型的非常規(guī)能源的開發(fā)。在地?zé)豳Y源強(qiáng)化開發(fā)方面：一方面能夠在減少井眼數(shù)量的情況下，顯著增加井筒與高產(chǎn)水層或高回灌層溝通面積，提高單個(gè)井群的開發(fā)效益，進(jìn)而降低了開發(fā)成本與施工周期；另一方面，通過在不同深度或方位的分支，能夠精準(zhǔn)調(diào)控地下熱流的流動(dòng)路徑，最大限度地避免資源的局部過度開采，有助于資源的均衡開發(fā)；在天然氣水合物開采領(lǐng)域，柔性鉆具側(cè)鉆可突破常規(guī)水平井難以開采淺層水合物的局限，通過水平段延伸擴(kuò)大水合物分解陣面，提供高導(dǎo)流能力通道，增大泄流面積，降低水合物相平衡溫度，增加地層中可用于水合物分解的顯熱，增強(qiáng)地層內(nèi)部熱對(duì)流與熱傳導(dǎo)強(qiáng)度，為水合物分解提供更多熱量，顯著提高水合物開采產(chǎn)氣效率；在煤層氣開發(fā)領(lǐng)域，以“高地應(yīng)力、中高溫度、特低滲透、高飽和性、強(qiáng)壓縮性、強(qiáng)非均質(zhì)性”等特點(diǎn)的深部煤層氣資源是未來中國煤層氣勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域和突破方向。目前深部煤層氣的開采主要采用高排量大規(guī)模光套管壓裂技術(shù)，面臨壓裂用水供水緊張、儲(chǔ)層污染的問題，采用柔性鉆具側(cè)鉆短半徑多分支水平井成井-壓裂一體化技術(shù)可在煤層中形成一井多層（4^#、5^#、8^#、9^#煤）、一層多支、一支多縫的壓裂新工藝，為深部煤層氣資源高效開發(fā)提供新思路（圖18）。

總體而言，柔性鉆具側(cè)鉆超短半徑水平井成井-壓裂一體化技術(shù)在老井剩余油氣、常規(guī)及非常規(guī)油氣資源的開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，具有顯著的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。隨著該技術(shù)的不斷進(jìn)步完善，有望成為能源開發(fā)領(lǐng)域的重要技術(shù)突破，為提升油氣資源開采效率、優(yōu)化能源供應(yīng)鏈、實(shí)現(xiàn)國家能源供需平衡提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。

4 結(jié) 論

（1）柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井-壓裂一體化技術(shù)將地質(zhì)選井選層、短半徑井成井以及噴射壓裂技術(shù)結(jié)合，有效解決了傳統(tǒng)多分支井只能在主井筒籠統(tǒng)壓裂，而無法伸入分支井定點(diǎn)改造的問題，實(shí)現(xiàn)“一井多層、一層多支、一支多縫”的多層系-多分支立體縫控增產(chǎn)改造。

（2）采用自主研發(fā)的柔性鉆具可在直井多層位沿徑向鉆出雙分支井眼。長慶油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)雙分支井眼均順利鉆進(jìn)，其中R1分支造斜半徑為2.8 m，水平段穩(wěn)斜角為82°～89°，分支總進(jìn)尺為51 m；R2分支造斜半徑為3.18 m，水平段穩(wěn)斜角為80°～87°，分支總進(jìn)尺為30.3 m，實(shí)現(xiàn)將開窗、造斜、水平鉆進(jìn)等作業(yè)工序在同一層內(nèi)完成、3 m超短半徑造斜，分支井眼最大延伸長度超50 m。

（3）采用自主研發(fā)的柔性壓裂管+底部噴砂射孔-壓裂組合工具，實(shí)現(xiàn)雙分支水平井眼趾端定點(diǎn)起裂，達(dá)到多層系-多分支立體改造效果，充分釋放產(chǎn)能。XX井累積加砂量9.00 m3、入井凈液量19813 m3，加砂完成率100%，壓裂一次成功率100%。改造后日產(chǎn)油量由0.84 t提升至2.06 t，提升245倍。

（4）柔性鉆具側(cè)鉆短半徑水平井成井-壓裂一體化技術(shù)在老井剩余油氣挖潛的成功應(yīng)用，證明該技術(shù)具有較強(qiáng)的適用性，以及廣闊的應(yīng)用前景，有望為“兩深一非一老”油氣資源增儲(chǔ)上產(chǎn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐與發(fā)展方向。

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（編輯 李志芬）

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目（52192620）；國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目（52421002）；國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（52374016）

第一作者：李根生（1961-），男，中國工程院院士，博士，研究方向?yàn)楦邏核淞縻@完井理論與技術(shù)。E-mail： ligs@cup.edu.cn。

通信作者：史懷忠（1974-），男，研究員，博士，研究方向?yàn)楦邏核淞縻@井提速與柔性鉆具側(cè)鉆短半徑多分支水平井技術(shù)。E-mail：shz@cup.edu.cn。

引用格式：李根生，黃中偉，史懷忠，等.柔性鉆具側(cè)鉆短半徑雙分支水平井成井-壓裂關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2025，49（2）：16-27.

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