连续管侧钻水平井关键技术研究

王 伟

（大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江大庆163411）

1 概述

目前连续管老井侧钻作为一项低成本、高效率的开发手段已经逐渐得到各大国际石油公司的认可。随着业务的扩展，各大石油服务商均发展了具有自主知识产权的专用装备，如贝壳休斯的CoilTrak系统，借鉴传统的旋转导向原理，能进行自主钻进，实时监测、传输井下各项数据，并与空气钻井、欠平衡钻井等工艺相结合，提高了侧钻效率，取得了良好的效果。中石油利用自身开发的连续管钻机、井下工具及工艺技术，与修井机配套开展了多口井的老井侧钻现场试验，取得了良好的效果。

2 连续管侧钻水平井工艺流程

与常规侧钻井类似，连续管侧钻水平井技术是在老井的基础上进行施工，首先需要为井下施工创造条件，然后进行下一步作业，最后采用适宜的完井措施，主要分为以下几个步骤。

2.1 钻前准备

包括：泄压、压井、装井口防喷器组、取油管、清洗井筒、定开窗点、定开窗方案。

2.2 开窗工艺

包括：下塞、定斜向器、配钻具、固定斜向器、下钻、开窗、修窗。

2.3 钻进工艺

包括：选工具、配钻具、下钻、钻进、实时测量、更换钻具组合。

2.4 完井工艺

包括：测井、定完井方案、下套管、固井。

3 连续管侧钻水平井关键技术研究

3.1 连续管侧钻水平井系统设计

3.1.1 井身结构设计原则

为了减少井下事故，缩短钻井周期，降低钻井成本，并有利于后续完井、测试、采注等作业的顺利进行，井身机构设计主要遵循3个原则：

（1）设计要满足储层的地质条件；（2）设计要满足现场施工的条件；（3）设计要满足经济高效的开发要求。

3.1.2 高效钻头优选

采用连续管进行侧钻时，钻头应满足以下几点要求：

（1）钻头必须与地层特性、连续管及马达相匹配，在高转速、低钻压的情况下具有较好的破岩能力；

（2）用高速马达，在机械钻速较高的情况下，稳定器磨损会很快，因此，钻头要尽可能的长一点。

目前，比较常用的就是金刚石钻头，PDC钻头适用于中等或软地层，TSP钻头适合于硬地层。

3.1.3 钻具组合设计

对于连续管侧钻水平井施工，井下钻具尺寸小、柔性大，抗拉和抗扭强度低，在钻进过程中极易发生弯曲、钻柱断裂、疲劳破坏而引起失效等问题，钻具组合设计原则是：

（1）确保摩阻、扭矩较小，满足钻进的技术要求；（2）适宜于井眼清洁，满足安全经济的要求；（3）优化后的钻具应避免发生整体性的屈曲；（4）避免钻具由于振动而引起钻具失效。

钻具组合包括：连续管、动力螺杆、定向器、随钻测量仪器、井下推进器、快速接头、连接器等。

3.2 连续管侧钻水平井井眼轨道控制技术研究

3.2.1 井下管柱受力及摩阻分析

由于井斜方位的变化、岩屑的堆积等复杂情况的存在，使得井下钻柱受力情况实时变化，易造成钻柱的疲劳破坏，甚至损坏钻头，因此，需要对井下管柱的受力情况进行分析。

（1）井下管柱受力及状态分析。在现场施工过程中，连续管在井筒中经常处于压扭状态，会发生屈曲和塑性变形，因此，对井下管柱的受力和变形状态进行分析，将有助于轨迹控制。

在水平井段，连续管除了受到自重及注入头的注入力作用之外，还需要承受井筒内各种载荷的作用，如连续管与井壁间的摩擦力、连续管弯曲变形产生的作用力、连续管在井筒中所受的浮力等。当井筒作用于连续管的阻力达到其屈曲临界值后，继续增加注入力，将使连续管发生屈曲变形，且随着载荷的增加，连续管屈曲将由正弦屈曲发展到螺旋屈曲，最终锁死整个管柱。

（2）连续管的载荷及失效分析分析。

①连续管载荷分析：连续管井下受力主要有管柱自重、井壁的反作用力、与井壁的轴向摩擦力和环向摩擦力、内外流体压力、粘滞阻力以及浮力等。

②连续管的失效分析：研究表明，导致连续管失效的主要原因是材料质量、使用环境和操作问题。连续管的失效主要为力学、机械、人为因素等3种伤害形式。

（3）延长连续管寿命的途径。通过以上理论研究及连续管的失效分析，能够有效地减少连续管的破坏，避免现场作业事故的发生，提高连续管钻井技术的安全性，延长连续管的使用寿命，主要表现在以下几个方面：

①理论计算出连续管最佳的初始曲率，减少连续管的疲劳伤害；

②对井下情况进行充分的了解，合理设定施工参数，减少复杂情况；

③对连续管井下受力状态进行预测，对设备进行优选；

④对操作人员进行专业的培训，避免操作失误引起作业事故。

3.2.2 井眼轨迹控制技术研究

相比于常规钻井，井眼轨迹控制对于连续管的水平钻进更加困难。由于井眼尺寸的限制，钻具柔性及强度小，且钻柱不可旋转造成的岩屑堆积等因素，均能造成井眼轨迹偏离。

（1）造斜段。利用合理的钻具组合,在无线随钻仪器的监测下调整方位和井斜角,控制井眼轨迹达到设计要求。由于侧钻所使用的钻具尺寸小、柔性大，所以其造斜率不稳定，实钻过程中，使用MWD随钻检测井眼轨迹，以定向钻进为主，复合钻进为辅，使实钻轨迹按设计轨迹方向钻进。

（2）水平段。利用合理的钻具组合，以地质导向为主，在无线随钻仪器的监测下调整方位和井斜角,控制好井底垂深，使井眼轨迹在目的层中钻进。针对目的层岩石硬度大、可钻性低、方位漂移严重等特点，合理使用导向及稳斜钻具组合，控制上以复合钻机为主，定向钻进为主。

3.3 连续管侧钻水平井完井方案研究

3.3.1 完井方式的优选

目前常用的连续管侧钻水平井完井方式主要有裸眼完井、割缝衬管完井、带管外封隔器完井、射孔完井等。根据大庆油田的地质特点、防砂要求和套管尺寸，优选出封隔器完井方式，具有防止井眼坍塌、完井成本较低和实现分段开采等优点，能更好地进行井下压裂和射孔改造。

3.3.2 完井工具的优选与应用

裸眼管外封隔器完井方式主要包括滑套、封隔器、悬挂器工具。

（1）滑套的优选。目前滑套主要有2种：投球式滑套和机械式滑套。考虑到现场的操作性，选择操作简单，风险性小的滑套，从而选择投球式滑套。

（2）裸眼封隔器的优选。裸眼封隔器主要有遇液膨胀封隔器、液压式封隔器2种。根据地层及井径的特性，合理选择裸眼封隔器，达到施工风险小、作业难度低，实现分段封隔地层的目的。

（3）悬挂器的优选。悬挂器主要有膨胀式悬挂器和液压式悬挂器2种。膨胀悬挂器属于一种新型技术，国内目前应用很少，可靠性和稳定性还有待于进一步的观察，所以决定采用操作性更强的液压式悬挂器。

4 结论

通过开展连续管侧钻水平井关键技术研究，完成了方案设计，形成了连续管侧钻水平井工艺技术，达到了现场试验条件，为实现老井激活、剩余油藏经济高效开发奠定了基础。下步建议开展现场试验。

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