基于無線隨鉆測量式超短半徑水平井鉆井技術(shù)

摘要：為了解決油田開發(fā)后期老井產(chǎn)量低、含水高的難題，通過采用小尺寸高彎曲度MWD隨鉆儀器配合高造斜率螺桿的方法，實(shí)現(xiàn)了在老井上部井段側(cè)鉆出超短半徑水平井，攻關(guān)研究大曲率造斜和水平鉆進(jìn)的技術(shù)，通過設(shè)計(jì)研發(fā)小尺寸高彎曲度MWD隨鉆儀器、高造斜率螺桿等專用工具，并結(jié)合現(xiàn)場施工要求，創(chuàng)新基于無線隨鉆測量方式的超短半徑水平井鉆井技術(shù)。結(jié)果表明：該技術(shù)具有施工效率高、實(shí)時(shí)監(jiān)測井下參數(shù)、軌跡控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)老井剩余油儲(chǔ)層定向挖潛改造，擴(kuò)大泄油面積，改善油井生產(chǎn)條件，提高采收率。

關(guān)鍵詞：螺桿；側(cè)鉆；超短半徑；造斜

中圖分類號：TE921.1 " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.03.008

Ultra-short Radius Horizontal Well Drilling Technology Based on Wireless Follow-Drill Measurement

WANG Chunhua1，3，ZHONG Hui1，ZHENG Dianfu 1，LI Jijun2，DING Minghai2，WANG Changhao3

（1. Daqing Drilling Engineering Company Drilling Engineering Technology Research Institute，Daqing 163413，China；

2. Daqing Drilling and Exploration Engineering Company，Daqing 163413，China；

3. Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

Abstract： In order to solve the problem of low production and high water content in old wells at the late stage of oilfield development，the ultra-short radius horizontal wells were drilled on the upper well section side of the old wells by adopting the method of small-size and high-curvature MWD follow-drill instrument with high slope-rate screw，and the technology of large-curvature inclination and horizontal drilling was researched. Through the design and development of the small-size and high-curvature MWD follow-drill instrument，high inclination screw and other special tools，and the combination with the design and development of special tools such as small-size and high-curvature MWD drilling instruments and high inclination screws，and the combination with the requirements of field construction，the ultra-short radius horizontal well drilling technology based on the wireless drilling measurement method was developed. The results show that this technology has the advantages of high construction efficiency，real-time monitoring of downhole parameters and high precision of trajectory control，and the indexes have reached the domestic leading technology level，which can realize the directional digging and transformation of the residual oil reservoir in old wells，expand the oil drainage area，improve the production conditions of wells and increase the recovery rate.

Key words： screw；sidetrack；ultra-short radius；syncline

隨著油田的逐步開發(fā)，如何利用老井有效地開發(fā)剩余油藏已經(jīng)成為大慶油田亟待解決的問題之一。近年來國內(nèi)外采用老井上部側(cè)鉆出水平井的方式增加泄油面積以提高老井產(chǎn)量，但老井目的層上部隔層普遍存在厚度薄、層系多的問題，因此需要造斜段越短，穿過夾層越少對后期采油影響越少，為此需要采用超短半徑水平井技術(shù)。國內(nèi)外通過水力噴射式、導(dǎo)向彎管式、定向式等多種超短半徑水平井技術(shù)［1］，在原井眼側(cè)鉆短半徑水平井，可有效開發(fā)老井未受控面積內(nèi)的儲(chǔ)油和剩余油［2 -4］。2019年大慶油田應(yīng)用國外超短半徑水平井技術(shù)，能夠有效利用老井效率和產(chǎn)量，單井最高可增油7倍左右，對大慶油田老井剩余油藏的經(jīng)濟(jì)合理開發(fā)具有積極的意義。目前國內(nèi)中國石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院、中國石油大學(xué)、大港油田、勝利油田、中原油田鉆井院、中國地質(zhì)大學(xué)等都已開展相關(guān)技術(shù)研究，并部分已進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。2020年大慶鉆探工程公司開展了超短半徑水平井鉆完井技術(shù)研究，研制特殊工具和相應(yīng)儀器設(shè)備，研究安全、有效的現(xiàn)場施工工藝，實(shí)現(xiàn)超短半徑鉆井、實(shí)現(xiàn)老井重復(fù)利用，為油田穩(wěn)產(chǎn)和降本增效提供有效技術(shù)支撐［5-8］。

1 超深短半徑水平井施工難點(diǎn)

1） 曲率半徑小、造斜率高，常規(guī)工具儀器無法滿足要求。

超短半徑水平井曲率半徑一般為16 m以內(nèi)，造斜率高需要達(dá)到108 （°）/30m以上，常規(guī)的螺桿多為1.5°單彎螺桿，其造斜率一般僅為15 （°）/30 m左右，無法滿足超短半徑井高造斜率要求。

調(diào)研國內(nèi)外斯倫貝謝、貝克休斯、貝威通、22所、六合、中海北方、浙江競聯(lián)等多家井下儀器廠家，存在：{1}儀器外徑尺寸大（42 mm），無法滿足114 mm井眼鉆具要求；{2}可適應(yīng)狗腿度小（50～100（°）/30m），無法滿足超短半徑井高造斜井段要求；{3}大部分廠家未鉆過超短半徑井，儀器無成功案例，需要試驗(yàn)驗(yàn)證可行性。因此常規(guī)MWD無法滿足要求，國外采用有線儀器進(jìn)行超短半徑水平井鉆井，通過有線電纜的方式去除了井下儀器的脈沖發(fā)生器和電池等部件，減少儀器長度和外徑，以滿足超短半徑井的工況要求。

2） 造斜段短、造斜率高，軌跡控制難度大。

超短半徑水平井造斜段一般為30～80 m，造斜率要求高，由于儀器和螺桿長度的原因，使得測量零長在6 m以上，對軌跡控制影響大，若出現(xiàn)造斜率異常，調(diào)整的空間十分受限，極有可能無法按照設(shè)計(jì)軌跡繼續(xù)鉆進(jìn)，造成井眼報(bào)廢，重新側(cè)鉆。

3） 井徑小，螺桿尺寸受限，扭矩小鉆速慢。

超短半徑水平井一般為139.7 mm套管開窗，受套管內(nèi)徑限制，窗口尺寸最大為120 mm，造成側(cè)鉆井眼不大于118 mm，受上述井眼限制，螺桿外徑受限，一般不大于89 mm，而長度方面受儀器零長越短越好的要求，需要不大于2.5 m，因此螺桿動(dòng)力節(jié)級數(shù)低（1～1.5級），扭矩小（不大于300 N·m），極大地影響機(jī)械鉆速，而增加鉆壓又使得螺桿頻繁制動(dòng)，影響施工效率［9-11］。

4） 小尺寸牙輪壽命低。

由于高造斜率要求，國外采用小尺寸牙輪鉆頭定向造斜，牙輪鉆頭具有工作穩(wěn)定、反扭矩小、造斜率高的優(yōu)點(diǎn)，但由于軸承尺寸小，牙輪壽命低（30～60 h）的問題，且國內(nèi)江鉆等廠家無成熟產(chǎn)品，需要特殊研發(fā)，只能使用國外牙輪，價(jià)格昂貴。

5） 施工難度大，極易發(fā)生井下復(fù)雜。

由于狗腿度變化大、井徑小，極易發(fā)生上提遇卡、下鉆遇阻、扭矩突然變化、井壁剝落、螺桿制動(dòng)、井下工具儀器斷裂等復(fù)雜事故，施工難度大。

2 超短半徑水平井地質(zhì)工程一體化技術(shù)

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)難題，深入刨析地質(zhì)影響及工程難點(diǎn)，通過近3年的持續(xù)優(yōu)化升級，形成了超短半徑水平井地質(zhì)工程一體化技術(shù)。

1） 精細(xì)解剖油藏，確定選井、選層標(biāo)準(zhǔn)，提高增油效果。

開展長垣老區(qū)中高滲透薩葡油層，外圍低滲透葡萄花油層，外圍特低滲透扶楊油層，海塔盆地復(fù)雜巖性儲(chǔ)層等四類儲(chǔ)層油藏精細(xì)描述評價(jià)，準(zhǔn)確分析不同類型油藏剩余油分布規(guī)律，進(jìn)行150余口井評價(jià)分析，確定了選井選層標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行地質(zhì)、儲(chǔ)層動(dòng)用、單井優(yōu)化等全方位設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高改造后增油效果。

2） 優(yōu)化工程設(shè)計(jì)提質(zhì)提效。

建立側(cè)鉆水平井油藏方案設(shè)計(jì)技術(shù)流程，如圖1所示，根據(jù)選井選層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過精細(xì)地質(zhì)研究、動(dòng)靜結(jié)合綜合分析、油藏?cái)?shù)值模擬，精準(zhǔn)量化井間剩余油、精準(zhǔn)優(yōu)化水平段參數(shù)及軌道設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)產(chǎn)能預(yù)測、精準(zhǔn)效益評價(jià)等多項(xiàng)分析優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了工程地質(zhì)緊密結(jié)合。

3） 形成地質(zhì)工程一體化工作流程。

以質(zhì)量和效益為中心，實(shí)現(xiàn)了方案設(shè)計(jì)、地質(zhì)分析、油藏評價(jià)、鉆井施工、壓裂方案、效果分析等多流程閉環(huán)優(yōu)化，現(xiàn)場依據(jù)儲(chǔ)層特征、開采特點(diǎn)等地質(zhì)情況、結(jié)合實(shí)際施工情況，實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整軌跡，形成了地質(zhì)工程一體化技術(shù)。

3 超短半徑水平井特殊工具及鉆井技術(shù)

首創(chuàng)采用高曲率MWD儀器無線實(shí)時(shí)監(jiān)測井斜，配合高造斜螺桿鉆井方式的無線隨鉆測量式超短半徑鉆井技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高造斜率復(fù)合鉆進(jìn)、長水平段定向復(fù)合實(shí)時(shí)切換等能力，大幅提高鉆井效率。而國外技術(shù)是采用有線電纜對接的儀器，每次復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)需要斷開內(nèi)部電纜，測量時(shí)再下電纜連接，操作較為復(fù)雜，目前30 m曲率超短半徑井也向無線式發(fā)展。

3.1 研制超短半徑特殊工具

為滿足超短半徑鉆井的要求，自主研發(fā)一批特殊鉆井、完井工具，如表1所示，性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平。

3.1.1 超短刀翼小尺寸PDC鉆頭

國外超短半徑技術(shù)采用牙輪鉆頭造斜，雖然造斜率高、反扭小，但壽命低、成本高。研發(fā)超短刀翼小尺寸PDC鉆頭，經(jīng)三代鉆頭的迭代升級，如圖2所示，國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)PDC鉆頭小井眼高造斜鉆井。

優(yōu)化設(shè)計(jì)的超短刀翼鉆頭，冠部高度僅為75 mm，相對常規(guī)鉆頭縮短50%，起下鉆順利，有利于定向造斜；采用PDC鉆頭相對牙輪鉆頭機(jī)械鉆速快、無活動(dòng)件、壽命更高、安全性更好；選用非平面切削齒破巖效率更高，強(qiáng)度更高，提速效果。

3.1.2 小尺寸高造斜螺桿系列工具

超短半徑井造斜率要求高，國內(nèi)北石、大港、立林等專業(yè)廠家無法滿足，需要特殊設(shè)計(jì)研發(fā)高造斜螺桿，研制出I、II、III共三型高造斜螺桿，滿足不同曲率超短半徑井需求。

1） 雙彎角高造斜螺桿（I型）。

高造斜需要設(shè)計(jì)4°以上彎角，常規(guī)單彎角螺桿無法在139.7 mm套管內(nèi)下入，為此設(shè)計(jì)成兩節(jié)螺桿馬達(dá)接頭，（下彎點(diǎn)3°、上彎點(diǎn)1°），如圖3所示，造斜率達(dá)到60（°）/30m。采用多墊片設(shè)計(jì)，可根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)成3、5、7、8 mm墊片，并可進(jìn)一步提高造斜率，滿足精確控制軌跡要求［12-13］。

2） 雙鉸鏈支撐式高造斜螺桿（II型）。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)具備井壁推靠機(jī)構(gòu)，如圖4所示，可通過鉆井液液力使活塞伸出，推靠井壁形成造斜力；創(chuàng)新設(shè)計(jì)雙鉸鏈結(jié)構(gòu)，增加近鉆頭鉸鏈，進(jìn)一步提升彎曲能力和通過性，降低下入卡阻力。采用井口可調(diào)節(jié)角度的結(jié)構(gòu)，井口調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同造斜率，提高工作效率；研發(fā)鈦合金萬向軸、球鉸萬向軸兩種機(jī)構(gòu)，提高安全性；設(shè)計(jì)二級螺桿動(dòng)力節(jié)，輸出扭矩達(dá)700 N·m，提高1倍以上；設(shè)計(jì)安全防掉機(jī)構(gòu)，采用六方防掉板與螺母配合相結(jié)合的方式，增加安全可靠性。

3） 可調(diào)扶正器高造斜螺桿（III型）。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了大曲率井段復(fù)合，達(dá)到國內(nèi)最高指標(biāo)；創(chuàng)新護(hù)色劑可調(diào)扶正器結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同尺寸精細(xì)調(diào)整造斜性能；設(shè)計(jì)高扭矩高壽命定轉(zhuǎn)子，優(yōu)化內(nèi)擺線，噴涂硬質(zhì)合金涂層，效率提高10％，壓降減小30％；采用鈦合金滾柱式全密封萬向軸，擺動(dòng)靈活，承受扭矩更大，壽命更長；設(shè)計(jì)三級安全防掉機(jī)構(gòu)，上、中、下三套防掉，增加安全可靠性。通過以上五項(xiàng)特殊設(shè)計(jì)，研制成熟兩種規(guī)格高造螺桿，理論造斜率193.6 （°）/30m（曲率半徑8.9 m）、實(shí)際造斜率達(dá)到162.66 （°）/30m、壽命100 h、扭矩700 N·m、可實(shí)現(xiàn)高曲率造斜段復(fù)合鉆進(jìn)、造斜+水平一趟鉆，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

3.1.3 高強(qiáng)度萬向鉸接頭

設(shè)計(jì)研發(fā)球頭鉸接機(jī)構(gòu)，下鉆時(shí)為活接，保證下入，施加鉆壓后為固定彎角1°，保證造斜；實(shí)現(xiàn)了柔性彎曲，并具備密封和傳遞鉆壓、扭矩的功能，抗拉500 kN、扭矩20 kN·m國內(nèi)最高紀(jì)錄，性能可靠，有效提高彎螺桿通過性及造斜率。

3.1.4 柔性鈦合金鉆桿

研選定制了高強(qiáng)度、抗疲勞耐彎曲的無磁鈦合金鉆桿，如圖5所示。優(yōu)化了加厚過渡帶的結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度，加厚形式為內(nèi)平外加厚，采用一次加熱鐓粗成型工藝，減緩了內(nèi)過渡帶的表面突變，降低了應(yīng)力集中，提高了鉆桿性能，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了PH6雙梯特種扣鋼接頭，有效提高使用壽命。

3.2 研選并改進(jìn)小尺寸高彎曲度MWD儀器

超短半徑水平井造斜率高，常規(guī)儀器難以滿足要求，前期調(diào)研了國內(nèi)外貝克、哈里伯頓、中天、六合等多家儀器都達(dá)不到要求，研選到COMPASS超小井眼MWD儀器，曲率可達(dá)108 （°）/30m以上，實(shí)現(xiàn)了高曲率無線隨鉆測量鉆進(jìn)。此外，將COMPASS小尺寸MWD進(jìn)行了儀器改進(jìn)優(yōu)化，儀器增加3節(jié)柔性短節(jié)，能夠變形、改變方向，增大過流面積，彎曲能力提高67%。

3.3 高造斜定向施工技術(shù)

超短半徑水平井存在造斜段短（30～80 m），摩阻大、井徑小、造斜率高等技術(shù)難題，在研制上述特殊工具基礎(chǔ)上，進(jìn)行大量試驗(yàn)和不斷優(yōu)化改進(jìn)，研究高造斜定向數(shù)學(xué)模型、地層特性對造斜率影響、準(zhǔn)確預(yù)計(jì)反扭角和扭擺定向技術(shù)等3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超短半徑安全、優(yōu)質(zhì)、高效施工。

3.3.1 建立超短半徑高造斜定向數(shù)學(xué)模型

超短半徑井螺桿無上穩(wěn)定器，常規(guī)螺桿造斜率計(jì)算方法誤差較大，為此綜合螺桿結(jié)構(gòu)、地層特性、鉆進(jìn)參數(shù)、井身幾何形狀等因素，創(chuàng)新建立了“三點(diǎn)繪圖法” 造斜率計(jì)算數(shù)學(xué)模型，通過大量現(xiàn)場試驗(yàn)與修正，計(jì)算的造斜率與實(shí)際造斜率誤差較小。

計(jì)算模型原理：將螺桿鉆具上部1根鉆具或接頭、螺桿鉆具和鉆頭按實(shí)際尺寸（包括長度、外徑、彎點(diǎn)距、墊片厚度、鉆頭外徑等）連接，完成后采用三點(diǎn)畫圓功能，選取管串下部三個(gè)點(diǎn)（鉆頭、螺桿墊片和螺桿上部）相切畫圓，該圓半徑即為該螺桿鉆進(jìn)的曲率半徑，通過曲率半徑可知螺桿造斜率。

建立了修正三點(diǎn)定圓法+偏心墊塊造斜率預(yù)測模型：

式中：k為鉆具的幾何造斜率，（°）/30m；γ為結(jié)構(gòu)彎角，（°）；L1為下穩(wěn)定器到鉆頭的距離，m；L2為彎點(diǎn)到下穩(wěn)定器的距離，m；LT為上穩(wěn)定器到鉆頭的鉆具總長度，m；LS為穩(wěn)定器間的鉆具長度，m；λ為彎點(diǎn)位置影響因子，它反映了彎點(diǎn)位置對鉆具造斜率的影響，無因次。

3.3.2 建立螺桿通過能力計(jì)算模型

套管通過能力和不同鉆壓下力學(xué)分析如圖6所示。

彎點(diǎn)偏移度h的計(jì)算公式為：

強(qiáng)度按照GB3077—2015材料屬性，對95 mm單彎螺桿彎曲強(qiáng)度校核，安全系數(shù)1.36gt;1.15滿足要求。

摩阻采用數(shù)值模擬研究，根據(jù)模擬結(jié)果，20～30 kN的鉆壓條件下，可順利通過井眼。著陸+水平段小彎角螺桿通過能力：著陸+水平段選用1.5°單彎螺桿，更換小角度螺桿后，等效為一段鉆柱，強(qiáng)度滿足要求，調(diào)整螺桿工具面，循環(huán)鉆井液后可通過井眼。運(yùn)用理論分析+數(shù)值模擬方法，從強(qiáng)度、摩阻條件下得出，造斜段（1+3°+墊塊、1+3.5°、1+3.25°），水平段（1.5°）單彎螺桿鉆具均能滿足通過要求。

3.3.3 結(jié)合地層特性準(zhǔn)確預(yù)計(jì)反扭角實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定向施工

通過精確的計(jì)算和施工經(jīng)驗(yàn)積累，準(zhǔn)確掌握了直井側(cè)鉆第一趟鉆盲打段施工規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)估了不同地層和螺桿條件下反扭角的設(shè)定，確保方位偏差做到最小，保證了井眼軌跡精確控制［14-15］。

通過精確設(shè)計(jì)計(jì)算和現(xiàn)場施工情況判斷，現(xiàn)已掌握了超短半徑水平井定向施工規(guī)律，能夠準(zhǔn)確判斷井底鉆頭狀況，對于造斜率過高的螺桿，及時(shí)采用扭擺定向工藝，避免頻繁起下鉆，節(jié)省鉆進(jìn)時(shí)間，縮短施工周期。

3.4 精準(zhǔn)地質(zhì)分析導(dǎo)向技術(shù)

實(shí)時(shí)監(jiān)測巖屑，進(jìn)行巖屑分析及氣測解釋，鉆前應(yīng)用GeoFacies軟件建立三維地質(zhì)模型、應(yīng)用導(dǎo)向軟件建立原始模型建模；鉆中定向段根據(jù)實(shí)鉆軌跡等現(xiàn)場數(shù)據(jù)，采用標(biāo)志層法校對地層構(gòu)造，確保準(zhǔn)確著陸；水平段應(yīng)用氣測、巖性的對稱性校對地層傾角，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層精準(zhǔn)預(yù)測和井眼軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整，保證目的層砂巖的有效鉆遇，平均儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)到97%以上。

3.5 超短半徑優(yōu)快鉆井技術(shù)

不斷優(yōu)化改進(jìn)工具，提高工具性能指標(biāo)，優(yōu)化現(xiàn)場工藝形成了大慶獨(dú)有的如下5項(xiàng)優(yōu)快鉆井技術(shù)。

1） 造斜段復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)。

國內(nèi)外技術(shù)多采取左右扭擺控制井斜，但調(diào)整有限且風(fēng)險(xiǎn)高，本項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)在臺(tái)12-斜28井造斜段能夠復(fù)合鉆進(jìn)可快速降斜，復(fù)合9 m后再次增斜順利入靶，大幅提高鉆速，節(jié)約鉆井周期2 d，增加了軌跡控制手段。

2） 水平段復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)。

國外技術(shù)受高曲率和有線式儀器限制，水平段極少復(fù)合，采用扭擺鉆進(jìn)；本項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)18 m曲率半徑水平段大段的復(fù)合鉆進(jìn)，鉆速可達(dá)10 m/h以上，大幅提高鉆速和施工效率。

3） 全井鈦合金鉆桿減阻技術(shù)

由于超短半徑狗腿度大，尤其是軌跡中出現(xiàn)局部狗腿度大時(shí)，摩阻增大，嚴(yán)重影響正常施工，上提下放鉆具卡阻，首次實(shí)現(xiàn)全井鈦合金鉆桿鉆井，可大幅減少鉆具摩阻，提高鉆井效率。

4） 造斜段+水平段一趟鉆技術(shù)。

常規(guī)的為造斜段用高造斜螺桿，水平段換1.5°單彎螺桿。研究高性能螺桿配合鈦合金鉆桿，并精確的軌跡控制，保證上部井段井身質(zhì)量降低摩阻，本項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)一趟鉆技術(shù)，用1只螺桿完成造斜段和水平段鉆井。

5） 轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)鉆井方式。

國外采用動(dòng)力水龍頭進(jìn)行超短半徑鉆井，需要安裝特殊設(shè)備。通過攻關(guān)試驗(yàn)本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了常規(guī)修井機(jī)的轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)超短半徑鉆井，增加滾輪方補(bǔ)芯和加長吊環(huán)等，成本更低、效率更高。

4 超短半徑水平井低固相高性能鉆井液

由于井眼尺寸小、曲率高，并鉆遇大段泥巖地層，鉆井液性能要求較高，通過攻關(guān)分析攜巖、摩阻、井壁失穩(wěn)等3方面問題，開展流變性、潤滑性和抑制性的提升，形成了超短半徑水平井鉆井液，具體參數(shù)如表2所示，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足超短半徑井施工要求。

4.1 流變性優(yōu)化

利用聚合物類處理劑提高液相粘度和形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)機(jī)理，開展聚合物類降濾失劑和增粘劑優(yōu)選，形成的低固相高性能鉆井液體系動(dòng)切力為8～15 Pa，動(dòng)塑比≥0.40，滿足窄間隙環(huán)空攜巖要求。

4.2 抑制性優(yōu)化

為有效解決青山口和泉頭組泥巖地層，易發(fā)生水化膨脹和分散、井眼縮徑卡鉆等井壁失穩(wěn)等問題，采用聚胺類有機(jī)抑制劑的質(zhì)子化銨離子插入粘土晶層原理，以及氯化鉀無機(jī)鹽鉀離子晶格固定作用，提高抑制性。配制體系泥巖滾動(dòng)回收率在95%以上，16 h線性膨脹lt;30%。

4.3 潤滑性優(yōu)化

針對高曲率造斜段曲率大，小井眼水平段易形成巖屑床堆積，鉆進(jìn)過程摩阻較高影響機(jī)械鉆速的問題，優(yōu)選出具有非離子型表面活性劑特點(diǎn)的聚合醇類潤滑劑，利用相分離作用形成憎水似油相附著在固相顆粒與鉆具表面，實(shí)現(xiàn)潤滑性能提升。配制的鉆井液體系極壓潤滑系數(shù)＜0.08，摩阻系數(shù)降低率可達(dá)85%以上。

5 現(xiàn)場應(yīng)用情況

目前，現(xiàn)場試驗(yàn)及推廣應(yīng)用47口井，最小曲率半徑15.48 m，最長水平段206 m，最短鉆進(jìn)周期3.2 d，建井周期9 d，單井初期日增油3.1 t，累計(jì)增油2.25×104 t。

其中頭臺(tái)油田茂加44-斜741井實(shí)現(xiàn)超短半徑井首口固井、壓裂，增油效果突出。該井由大慶鉆探井下作業(yè)分公司C10655隊(duì)施工，鉆達(dá)井深1 733 m，靶前位移（入靶點(diǎn)距原井筒）44.82 m，水平段長133 m，最大狗腿度44.17 （°）/30m；砂巖鉆遇率100%；含油鉆遇率100%。本井側(cè)鉆措施前日產(chǎn)液0.9 t，日產(chǎn)油0.6 t，含水38.0%，累計(jì)產(chǎn)油740 t，采出程度4.5%。2021-05，對FⅡ1層側(cè)鉆，進(jìn)行固井和壓裂（1 400 m3液、150 m3砂），措施后日產(chǎn)液12.5 t、日產(chǎn)油7.5 t，含水37.0%，累計(jì)增油 1 964 t。

臺(tái)105區(qū)塊規(guī)模應(yīng)用超短半徑技術(shù)12口井，措施初期平均單井日增油4.8 t，日增液量46.5 t、日增油量13.5 t，累積增油量為9 100 t；預(yù)計(jì)到2025年累積增油量可達(dá)20 000 t，提高采收率1.04%。

6 結(jié)論

1） 攻關(guān)取得了超短半徑水平井地質(zhì)工程一體化技術(shù)、特殊工具及鉆井技術(shù)、完井技術(shù)、低固相高性能鉆井液技術(shù)等4項(xiàng)創(chuàng)新成果，突破了多項(xiàng)技術(shù)壁壘，創(chuàng)造了定向段復(fù)合、造斜定向一趟鉆、螺桿造斜率、儀器彎曲度等多項(xiàng)國內(nèi)領(lǐng)先指標(biāo)和紀(jì)錄，形成了無線隨鉆測量式超短半徑鉆井技術(shù)。

2） 創(chuàng)新研發(fā)高造斜螺桿、高彎曲完井管串等15項(xiàng)關(guān)鍵工具和儀器，形成系列化，滿足不同曲率超短半徑井施工要求，為精準(zhǔn)鉆達(dá)目標(biāo)層位、實(shí)現(xiàn)剩余油挖潛目的奠定基礎(chǔ)。

3） 實(shí)現(xiàn)了超短半徑完井管串全下入、替入完井保護(hù)液、固井、分段壓裂工藝，為保護(hù)油層、增大泄油面積提供了保障。

4） 制定了超短半徑施工工藝和規(guī)范，進(jìn)行了47口試驗(yàn)應(yīng)用累計(jì)增油2.25×104 t，增油效果顯著，實(shí)現(xiàn)老井剩余油精準(zhǔn)定向挖潛改造。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉玉飛，黃毓祥，倪益民，等.短半徑水平井側(cè)鉆工藝技術(shù)分析及對策［J］.西部探礦工程，2022，34（3）：63-65.

［2］ 黃志強(qiáng)，陳勛，施連海，等.微小井眼徑向鉆孔技術(shù)研究新進(jìn)展及分析［J］.鉆采工藝，2020，43（3）：27-30+2.

［3］ 田曉勇，蔣海濤，李浩，等.超短半徑可控水平井鉆井系統(tǒng)的開發(fā)［J］.化學(xué)工程與裝備，2020，（5）：123-125.

［4］ 王洪立.超短半徑水平井技術(shù)在薄差油層中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2020，32（3）：105-106.

［5］ 陳亮，袁則名，張彬奇，等.渤海油田中曲率半徑側(cè)鉆井關(guān)鍵技術(shù)［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2023，39（4）：72-77.

［6］ 張勇，劉曉民，華澤君，等.超短半徑鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.鉆采工藝，2023，46（2）：41-45.

［7］ 王國森，曲躍，薛憲波，等.超短半徑鉆井工藝優(yōu)化分析［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2022，42（16）：190-192.

［8］ 初鳳先.大慶油田水平井鉆井技術(shù)發(fā)展情況研究［J］.西部探礦工程，2020，32（9）：64-65.

［9］ JORGENSEN T. Liner-based stimulation technology without fracturing proven in field［J］.JPT，2014（6）：28-31.

［10］ RICE K，JORGENSEN T，SOLHAUG K.Technology qualification and installation plan of efficient and accurate multilaterals drilling stimulation technology for sandstone oil application［R］.SPE 174035，2015.

［11］ DICKINSON W，DYKSTRA H，NEES J M，et al.The ultrashort radius radial system applied to thermal recovery of heavy oil［C］//SPE Western Regional Meeting.Bakersfield，California： OnePetro，1992.

［12］ Jiang T K S .Advances in the design and manufacturing of novel freeform optics［J］.International Journal of Extreme Manufacturing，2022，4（3）：69-101.

［13］ Boku G Z .Impact of Servant Leadership on Employee Performance in Public Sectors：The Mediating Role of Employee Job Satisfaction，Commitment，and the Moderating Role of Self-Esteem［D］.北京：對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)，2021.

［14］ 崔樹建.超短半徑水平井技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2022，34（10）：123-124+129.

［15］ 張志強(qiáng)，楊民瑜.超短半徑側(cè)鉆水平井的應(yīng)用及效果分析［J］.化學(xué)工程與裝備，2022，（10）：130-132+136.