超短半徑水平井技術研究與應用

崔樹建

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶 163413）

20世紀70年代末期美國的鉆井服務公司開發了可以大幅度降低鉆井成本、提高老井改造效率的超短半徑水平井鉆井工藝技術，為老井挖潛增效提供了更多的技術支持。

為了降低大慶油田持續開采的成本壓力，從2009年起，大慶油田開始了超短半徑水平井的應用技術研究，截止目前，超短半徑水平井已經成為挖潛增效的重要技術手段之一，已經在大慶油田開始規模化推廣應用。本文介紹了超短半徑水平井的技術特點，然后以源X井為例，介紹了超短半徑水平井在大慶油田的應用情況。

1 超短半徑水平井特點

超短半徑水平井鉆井工藝首先使用復合開窗工具在原有的套管壁上進行開窗作業，然后使用柔性鉆桿來完成高造斜率的鉆井施工作業。超短半徑水平井的曲率半徑遠小于常規水平井，具有成本低、施工周期短和開采效率高等優勢。此外，由于超短半徑水平井的井眼曲率小，靶前位移遠小于常規的水平井，可在同一套管內鉆出多個分支井，挖潛效率更高[1-3]。

2 開窗側鉆開窗階段施工工藝研究

2.1 鉆具組合

（1）進行通徑施工階段：鉆桿+鉆鋌+通徑規；

（2）進行刮壁作業階段：鉆桿+鉆鋌+套管刮削器；

（3）下入斜向器階段：鉆桿+陀螺定位接頭+斜向器；

（4）磨銑開窗階段：鉆桿+鉆鋌+銑錐。

2.2 施工過程

（1）通徑施工階段：①首先將通徑施工階段的鉆具組合下鉆到開窗點以下的指定位置，并進行井深的校對；②下鉆過程中，每下入指定鉆桿數，需上提下放鉆柱1次，來活動鉆具，并觀察懸重的變化情況；③當通徑規在套管內有變化時要注意分析和觀察發生變化的原因；④下入指定位置后，進行鉆井液置換，將井筒內置換出來的含油污水回收到污水罐車內，避免井筒內污水污染鉆井液；⑤井眼清洗干凈后起鉆清潔鉆具，然后更換鉆具組合，準備下一步施工[4-5]。

（2）刮壁作業階段：①將鉆具管串下放到待開窗位置；②將套管刮削器在開窗位置上下5m處反復上提下放鉆具；③清洗循環井筒干凈后起鉆準備下一步施工。

（3）斜向器下入階段：①連接好鉆具組合；②將斜向器下入指定的套管位置，下鉆過程中注意觀察鉆柱懸重變化并及時記錄；③下鉆時遇到套管尺寸變化處時要加強觀察，避免卡阻現象的發生；④下鉆到預定開窗位置后，陀螺儀測斜向器方向，調整斜向器至指定方位；⑤進行開泵憋壓作業，在規定時間內穩定壓力并使壓降小于設定值；⑥丟手送入工具，轉盤轉至制定圈數，觀察泵壓下降至指定壓力，此時，可下放鉆具加壓一定噸數來確認斜向器是否座住，確認后起出送入工具；⑦起鉆準備下一步施工[6-7]。

（4）磨銑開窗作業階段：①按鉆具組合設計連接銑錐；②下鉆到斜向器頂端之上，開泵循環，記錄不同排量的泵壓；③井筒循環干凈后，下放鉆具，探測魚頭的具體位置并進行記錄；④起鉆校對指重表；⑤緩慢下放至斜向器頂部，開始開窗磨銑作業；⑥在磨銑完斜面進尺進入地層后，確保銑錐全部進入地層，開窗結束，記錄井深；⑦活動鉆具修整窗口；⑧完成全部開窗作業工序后，井眼循環至清潔；⑨當開窗銑錐起到地面，評估開窗銑齒狀況，評估是否需要重新修整窗口。

3 超短半徑水平井現場應用實例

3.1 源X井老井地質情況

源X井隸屬于頭臺油田管轄，于2007年5月投產，初期日產油2.8t，目前日產油0.5t，分別于2008年和2015年進行過壓裂改造。從數值模擬結果看，該井在NE150°～180°左右方向剩余油富集。

3.2 超短半徑水平井施工設計

（1）方位角選擇。根據源X井的井網分布情況及周邊油井含水情況，結合數值模擬結果，確定側鉆方位角為NE160°。

（2）軌跡設計。源X井預測采出半徑約為55m。該井補心海拔134.2m，水平鉆孔目的層有效厚度測深1497～1501m，目的層預計鉆進方向地層上傾，傾角2.0°，水平段鉆進平均井斜角為92°，考慮周邊已有的水驅通道，側鉆距離建議小于125m，即水平段沿油層鉆進100m左右，現場工藝滿足的情況下，盡量達到設計要求。

3.3 工程設計

3.3.1 井身結構設計

井身結構設計數據表見表1。

表1 源X井井身結構數據表

3.3.2 軌道設計（見表2）

表2 源X井軌道設計表

3.4 施工情況

2020年7月18日，在完成前期的輔助工作后開始進行開窗作業，開窗鉆具組合為：?120mm銑錐+?104.8mm鉆鋌（8根）+?73mm鉆桿。開窗作業結束后，循環井筒，待循環干凈后起鉆更換造斜段鉆具組合。完成造斜段施工后下入水平段鉆具組合。在整個施工過程中，克服了超短半徑水平井因井眼曲率小帶來的高摩阻和高扭矩問題，順利完成了造斜段和水平段施工，達到了鉆井施工目的。該井使用了防砂篩管進行完井，為延長開采期限和后期的修井作業提供了良好的基礎。該井施工鉆井參數見表3。

4 結論和建議

（1）超短半徑水平井與常規水平井相比具有投資小、鉆井周期短等優點，通過在老井基礎上進行改造，大幅度降低了鉆井施工投入的成本。

（2）由于超短半徑水平井的井眼曲率小，靶前位移遠小于常規的水平井，可在同一套管內鉆出多個分支井，挖潛效率更高。

（3）超短半徑水平井的施工工藝是保障鉆井施工順利實施的前提條件，結合以往的施工經驗，本文給出了開窗側鉆工藝中通徑作業、刮壁作業、下入斜向器和磨銑開窗的詳細步驟。

表3 源X井施工參數

（4）超短半徑水平井可以將產量顯著下降的直井經技術改造后變為水平井，大幅度提高了老井的泄油面積，尤其適用于“三低”儲層，從而使難采儲層的產量得到進一步的提升，對大慶油田的持續開發具有重要的意義。