小井眼连续管侧钻井技术现状分析

龚建凯 ，尹方雷 ，李 寅 ，董 浩 ，李艳丽 ，郑颖异 ，张宏伟 ，李婉澜

（1.中国石油长城钻探公司工程技术研究院，辽宁 盘锦 124010；2.中国石油辽河油田公司兴隆台采油厂，辽宁 盘锦 124010）

国外应用表明，连续管钻井技术已成为石油钻井的主要技术之一，特别是被美国和加拿大大量应用，约占全球连续管钻井量的80%，表现出了巨大的技术优势，取得了良好的经济效益。目前，随着国内各油田进入开发中后期，侧钻井已经成为稳产的主要技术手段。而相对于常规侧钻井风险高、效率低及成本高等缺点，连续管侧钻井技术凭借其经济高效的优势，为油田的二次开发提供了有效的技术手段。

1 连续管侧钻井技术简介

连续管侧钻井技术是指使用连续管、井下动力钻具及井下工具完成斜向器下入、套管开窗、裸眼段钻进等多项施工作业的钻井技术。其利用现有场地和井筒，可达到快速高效、降低钻井成本的目的。设备方面主要由连续管钻机、连续管及辅助设备组成；工具方面主要由连接器、专用开窗工具、单流阀、安全丢手、定向工具、随钻测量工具、动力钻具及钻头等组成。

2 连续管侧钻井技术发展现状

2.1 国外发展现状

目前，国外连续管侧钻钻机发展较为成熟，主要有车载式、拖车式、撬装式、钻塔式、桅杆式等多种型号。主要应用工艺有老井侧钻、双套管开窗侧钻、过油管侧钻、利用氮气或者泡沫进行欠平衡侧钻、边生产边侧钻、控压侧钻、精确分层多分支侧钻和地质导向侧钻等。

随着小尺寸随钻测量技术（MWD）的发展，基于连续管钻井的特点，出现了液压式定向工具，通过弯角工具面的调整来控制井身轨迹。1994年，贝克休斯率先发明了连续管有缆式钻井工具，通过连续管内置电缆为井下工具提供能量和传输信号，大大提高了连续管侧钻井技术的适用范围。目前，国外典型的连续管有缆式钻具组合系统主要包括贝克休斯的CoilTrak 定向钻具组合系统、斯伦贝谢的VIPER 定向钻具组合系统和AnTech 的COLT 定向钻具组合系统。

随着连续管侧钻井技术的发展，其优势愈发突出，应用规模逐年扩大，各种应用记录不断更新。贝克休斯在阿拉斯加和中东地区进行了大规模的应用施工，1996年—2015年，利用 60.3 mm（23/8in）、92.1 mm（35/8in）连续管（CT）有缆孔底钻具组合系统（BHA）完成了777 口侧钻井施工；2013年，康菲公司在阿拉斯加施工的侧钻井最大井深达到4 012 m，水平位移1 287 m；威德福在沙特进行钻头欠平衡钻井，在3 586 m开窗，水平位移 750 m，最大井斜度 94°，造斜率25°/30 m；斯伦贝谢在中东高温深井中成功钻到6 937 m，在最佳单趟钻井中，24 h 钻井427 m，超过油田平均过油管侧钻钻进速度记录的200%。

2.2 国内发展现状

国内连续管侧钻井技术发展较晚，与国外技术水平及应用规模上存在较大差距。近几年，中国石油长城钻探工程公司、中国石油渤海钻探工程公司、中国石油集团石油管工程技术研究院、宝鸡石油钢管有限责任公司、辽河油田和大港油田等单位，研制了单模式连续管钻机、复合式连续管钻机、钻井用连续管及井下钻井工具等系列装备，进行了11 口井的小井眼连续管侧钻井现场试验，取得了重要技术进展。

2.2.1 单、双模连续管钻机及无线定向钻井工具的开发

在 “十二五” 和 “十三五” 期间，中国石油集团石油管工程技术研究院分别研制了单模式连续管钻机（需与修井机等配合）和连续管复合钻机（独立完成侧钻的所有工艺）。单模式连续管钻机配备了提升力58 t 的注入头，可容纳73.0 mm（27/8in）连续管，钻井深度达到 3 500 m。复合式连续管钻机配备提升力90 t 的注入头、起升系统和液压转盘，可实现小井眼连续管侧钻全过程工艺，目前已完成了型式试验。

中国石油集团石油管工程技术研究院开发的连续管无线定向钻井系列工具，包括连接器、非旋转接头、安全丢手、液力定向器等，工具串示意图如图1所示。液力定向器通过流体压力差推动活塞移动，并转换成旋转动能驱动下部钻具扭转，改变螺杆弯角的方向，达到定向目的。安全丢手可以在下部钻具发生卡钻事故时，通过投球的方式紧急脱开，以便于连续管的取出，避免发生更严重的井下事故。安全丢手脱开后，可更换处理事故能力更高的常规钻具进行打捞。连续管无线定向钻井工具有制造成本低、井口操作简便及可集成现有成熟常规提速工具等优势。

图1 连续管无线定向钻井工具组合示意图

2.2.2 连续管有线定向钻井工具的开发

中国石油长城钻探工程公司开发的连续管有线定向钻井系列工具包括连接器、非旋转接头、丢手工具、定向工具和随钻测量工具等，工具串示意图如图2所示。

图2 连续管有线定向钻井工具组合示意图

整个井下工具串需要通过连续管内置电缆进行电能和信号传输，要求每个工具内部必须设计电缆对接装置，结构复杂。丢手工具及定向工具均为电液控式，通过地面计算机控制，发出执行信号，驱动工具内部电机及液压泵进行工作，实现丢手及旋转的功能。随钻测量工具内置有线随钻碳管，借助于电缆进行数据传输。连续管有线定向钻井工具拥有旋转精度高、数据传输速度快、不限制钻井液流体性质等优势。

2.2.3 连续管侧钻现场试验

2012年—2017年，中国石油长城钻探工程公司、中国石油渤海钻探工程公司及中国石油集团石油管工程技术研究院联合在辽河油田和大港油田进行了 11 口 139.7 mm（51/2in）套管开窗侧钻井的现场试验，试验包括了连续管开窗、连续管定向钻进和稳斜钻进等全过程小井眼连续管侧钻施工。施工井最大进尺707 m，最大井斜37°，并进行了 “增-稳-降-直” S 形轨迹钻进试验，试验井进尺明细见表1。

表1 2012—2017年国内小井眼连续管侧钻井进尺明细表

3 实例井分析——辽河油田前XXX井

3.1 地质概况

辽河油田沈67 块自上而下钻遇地层为上第三系平原—馆陶组，下第三系东营组，沙河街组沙一段、沙三段、沙四段。沙三段又分为4个亚段。沈67 块主要储层为E2S32亚段。

S32 段地层主要由灰色、深灰色、灰绿色泥岩与灰白色粉砂岩、不等粒砂岩、中—细砂岩、含砾中砂岩、长石砂岩薄互层组成。沈67 块隔层以泥岩隔层为主，少有其他类型的隔层发育。该区的隔层总体上分布稳定，延伸广，大部分为全区分布，隔层厚度大多为2～3 m，最小 1 m，最大12 m。

辽河油田前XXX 井出砂、漏失严重，作业时井口有溢流，无法继续补层生产。利用事故井进行小井眼连续管开窗侧钻挖潜井间剩余的油和气，提高油气采收率，降低油气开采综合成本。

3.2 施工简况

前XXX 井是辽河油田在沈67 块部署的第一口 139.7 mm（51/2in）小井眼连续管侧钻井，由中国石油长城钻探工程公司、中国石油集团石油管工程技术研究院、宝鸡石油钢管有限责任公司等多家单位共同完成，开窗点在1 052 m，设计井深 1 759 m，裸眼段长 707 m。2017年 9月 27日，对该井进行安装和相关前期准备，10月16日，下导斜器至1 052 m，10月17日进行开窗作业并进行裸眼定向钻进，10月31日定向钻进位置至1 759 m 完钻，完井结构如图3所示。开修窗共22 h 并顺利完成，取得了小井眼连续管厚壁套管开窗技术突破。钻具组合为Φ118 mm 铣锥+Φ102 mm 直螺杆+Φ73 mm 加重钻杆+电缆密封接头+丢手接头+上非旋转接头+连接器+Φ73mm连续管。开窗参数：钻压力 10～30 kN，泵压21～23 MPa，排量 12 L/s ，进尺 5 m。

图3 辽河油田前XXX侧钻井井身结构示意图

3.3 效果评价

该井钻井周期16 天，共用铣锥1 只、牙轮钻头 3 只、PDC 钻头 2 只，纯钻进时间 126.87 h，进尺707 m，平均机械钻速为5.54 m/h。虽然在钻进过程中发现振动筛返出存在掉块现象，划眼处理时间也较长，导致下钻遇阻，但都及时得到了处理，最终顺利完成了前XXX 井小井眼连续管侧钻井的先导试验。该井的成功实施，对辽河油田恢复长停井生产，延缓产量递减速度及小井眼连续管侧钻水平井下一步的实施具有重要的参考和借鉴意义。

4 结论及建议

（1）国内针对大港油田、辽河油田锦 16 和沈67 块复杂地质条件下小井眼连续管侧钻井难点进行攻关，目前初步形成了连续管套管开窗工艺、连续管造斜钻进工艺 、连续管稳斜钻进工艺和连续管侧钻钻井液技术等小井眼连续管侧钻井技术，成功完成了11 口井小井眼连续管侧钻井的先导试验，对老油田恢复长停井生产，延缓产量递减进程具有重要的指导意义。

（2）在起、下钻过程中利用连续管连续循环的优势，解决了钻进过程中出现的井眼缩径问题，为后期完井尾管管柱的顺利下入创造了有利条件。

（3）探索小井眼连续管侧钻水平井的可行性，建议研究井下测量工具（实时监测钻压与扭矩）、随钻导向工具（在井下调整螺杆钻具弯方）等。

（4）受注入头夹持力、钻井液润滑性造成的井深误差，建议连续管管体出厂时增加深度标识。

（5）侧钻井完井方式多为尾管碰压固井，应增加连续管管内焊接毛边清除工艺，为连续管小胶塞顺利通过提供通道。

（6）研发适用于小井眼连续管侧钻井、小井眼连续管侧钻水平井的完井工具及工艺。目前，该技术领域国内仍为空白。