于東兵，劉壽軍，張富強(qiáng)，楊高，熊革

油氣田開發(fā)

國(guó)內(nèi)連續(xù)管側(cè)鉆定向井現(xiàn)狀與難點(diǎn)分析

于東兵，劉壽軍，張富強(qiáng)，楊高，熊革

（中石油江漢機(jī)械研究所有限公司，湖北 荊州 434000）

連續(xù)管側(cè)鉆定向井技術(shù)在中國(guó)剛剛起步，在工藝、裝備與工具等相關(guān)技術(shù)方面缺乏足夠認(rèn)識(shí)。為此，介紹了國(guó)外連續(xù)管側(cè)鉆定向井技術(shù)現(xiàn)狀與最新的進(jìn)展，以及國(guó)內(nèi)開展的連續(xù)管側(cè)鉆定向井現(xiàn)狀與存在的難點(diǎn)，通過結(jié)合相關(guān)井次的理論分析與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)回歸統(tǒng)計(jì)，得出了國(guó)內(nèi)開展連續(xù)管定向鉆井需要考慮的幾個(gè)難點(diǎn)，研究分析了地面裝備配套、水力學(xué)、巖屑床、鉆壓等方面參數(shù)，并進(jìn)行了量化，為下步開展連續(xù)管定向鉆井具有借鑒與指導(dǎo)作用。

連續(xù)管側(cè)鉆定向井；現(xiàn)狀與難點(diǎn)；地面配套

從上世紀(jì)90年代初美國(guó)Oryx能源公司用無纜連續(xù)管在一口老井中完成了側(cè)鉆作業(yè)試驗(yàn)起，連續(xù)管側(cè)鉆在全球已經(jīng)有整整30年的發(fā)展歷程。因連續(xù)管鉆井具有安全有效的壓力控制、快速的起下速度（45 m/min）、連續(xù)的循環(huán)以及更小的井場(chǎng)需求、更快的安裝與拆卸速度，對(duì)環(huán)境影響小、需要人員少，已經(jīng)在國(guó)外鉆表層井眼、淺層氣或氣化采煤井眼與過油管老井重入側(cè)鉆定向井發(fā)揮了重要作用，成為油田老井增產(chǎn)側(cè)鉆定向井，淺層鉆新井一種的新解決辦法。

1 國(guó)外連續(xù)管側(cè)鉆定向井技術(shù)現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外斯倫貝謝、貝克與Antech等公司連續(xù)管鉆井總數(shù)超過2 200井次，總進(jìn)尺達(dá)到了2×106m；其中，斯倫貝謝在全球連續(xù)管鉆井?dāng)?shù)量已經(jīng)超過了1 400井次，總進(jìn)尺超過106m；貝克公司達(dá)到750井次，總進(jìn)尺達(dá)到了9.5×105m[1，2]。連續(xù)管鉆井按連續(xù)管內(nèi)是否穿入電纜，分為無纜連續(xù)管鉆井與有纜連續(xù)管鉆井[3，4]。無纜連續(xù)管鉆井被國(guó)外公司廣泛地用于淺層大井眼直井鉆井，最大井眼尺寸375 mm，該連續(xù)管鉆井系統(tǒng)與常規(guī)鉆井系統(tǒng)基本相同，包括地面井控配套由剪切/密封閘板與環(huán)形防噴器組成；剪切/密封閘板通徑339.72 mm，工作壓力34.5 MPa；環(huán)形防噴器通經(jīng)342.9 mm，工作壓力20.7 MPa。鉆井配套泵額定工作壓力17.2 MPa，最大排量18.4 L/s。工具系統(tǒng)包括60.3 mm連接器、120.65 mm馬達(dá)頭、158.75 mm鉆鋌（3~5）、171.5 mm馬達(dá)、311.15 mm鉆頭，以及374.65 mm的擴(kuò)孔器[5，6]。有纜連續(xù)管鉆井系統(tǒng)主要用于側(cè)鉆定向井作業(yè)中，以貝克和Antech為例，工具系統(tǒng)尺寸已經(jīng)發(fā)展成三種規(guī)格如60.3 mm、76.2 mm與127 mm；目前側(cè)鉆定向井最小井眼尺寸71 mm，最大井眼尺寸215.9 mm[7，8]。

2 國(guó)內(nèi)連續(xù)管側(cè)鉆定向井技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)中石油江漢機(jī)械研究所有限公司從2010年開展了無纜連續(xù)管老井加深鉆井的先導(dǎo)試驗(yàn)，并逐漸開展了過套管開窗的有纜連續(xù)管側(cè)鉆現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，至今已開展了13口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，有效進(jìn)尺接近104m；其中開展有纜連續(xù)管定向鉆進(jìn)4井次，無纜連續(xù)管定向鉆進(jìn)9井次；應(yīng)用60.3mm連續(xù)管側(cè)鉆1口井次，73mm連續(xù)管側(cè)鉆12井次； 2019年還成功完成了一口連續(xù)管側(cè)鉆水平井作業(yè)，水平段長(zhǎng)度123m。

作者通過參與國(guó)內(nèi)連續(xù)管側(cè)鉆技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)無論是單模式的連續(xù)管鉆機(jī)還是復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)工作能力都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平[9]，以復(fù)合式鉆機(jī)為例注入頭最大提升力907.2kN，滾筒纏繞88.9mm連續(xù)管長(zhǎng)度達(dá)到3000m，鉆機(jī)井架提升力超1200kN，具備鉆表層與起下管柱的能力。但，國(guó)內(nèi)連續(xù)管側(cè)鉆定向井開展的側(cè)鉆工藝簡(jiǎn)單，以過平衡鉆井為主，作業(yè)過程中存在著鉆壓施加困難，地面設(shè)備配套不協(xié)調(diào)，鉆井時(shí)效慢，工藝與工具結(jié)合、經(jīng)濟(jì)性程度不高，導(dǎo)致了部分油田和施工方對(duì)連續(xù)管側(cè)鉆定向井在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大范圍應(yīng)用產(chǎn)生懷疑。

3 國(guó)內(nèi)連續(xù)管側(cè)鉆定向井難點(diǎn)

3.1 地面設(shè)備配套

連續(xù)管側(cè)鉆定向井的地面配套是指泥漿泵與固控凈化循環(huán)系統(tǒng)，圖1、2所示。國(guó)內(nèi)連續(xù)管已鉆井常采用2臺(tái)F800泥漿泵或2臺(tái)F500泥漿泵，一用一備，泥漿泵銘牌標(biāo)注最大壓力分別是34.5 MPa或27.2 MPa，常配置110 mm缸套與活塞；固控凈化循環(huán)系統(tǒng)處理能力最大處理量：210 m3/h，配備2臺(tái)高頻振動(dòng)篩、1臺(tái)中速離心機(jī)、1臺(tái)真空除氣器，配80~160目的振動(dòng)篩網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)80目篩網(wǎng)占多數(shù)。表1是連續(xù)管側(cè)鉆定向井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)泵壓統(tǒng)計(jì)表。表中現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的泵壓值范圍很寬，其中發(fā)現(xiàn)泥漿稠化較快、較嚴(yán)重，導(dǎo)致泵壓值快速升高，現(xiàn)場(chǎng)觀察振動(dòng)篩有篩糊、泥漿處理不到位現(xiàn)象，表明固控中振動(dòng)篩網(wǎng)與離心機(jī)選用是滿足不了連續(xù)管側(cè)鉆要求；其次，泥漿泵標(biāo)注銘牌與系統(tǒng)配置不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致鉆進(jìn)作業(yè)中不滿足要求，出現(xiàn)壓力接近或稍稍超過20 MPa時(shí)，泥漿泵無法長(zhǎng)時(shí)間工作。

圖1 鉆井泥漿泵

圖2 固控凈化循環(huán)

表1 現(xiàn)場(chǎng)施工泵壓統(tǒng)計(jì)表

3.2 鉆壓施加

作者統(tǒng)計(jì)了連續(xù)管側(cè)鉆定向井側(cè)鉆深度至作業(yè)井深，如表2所示，側(cè)鉆點(diǎn)深度最小855 m，最大深度1 790 m；作業(yè)中配套的典型工具串如圖3所示，包括鉆頭、單彎螺桿馬達(dá)、MWD浮閥、無磁鉆鋌（MWD）、轉(zhuǎn)向器、加重鉆桿（8～12根）、馬達(dá)頭、連接器。所有的側(cè)鉆工具串中都加入了加重鉆桿用于鉆壓施加，但現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中同樣發(fā)現(xiàn)鉆壓施加困難，表現(xiàn)為鉆壓施加后無進(jìn)尺，或進(jìn)尺較慢。

表2 連續(xù)管定向鉆井作業(yè)深度統(tǒng)計(jì)

圖3 國(guó)內(nèi)連續(xù)管定向側(cè)鉆典型工具串

3.3 側(cè)鉆工具數(shù)據(jù)獲取

連續(xù)管定向側(cè)鉆工具如圖3所示，與地面形成數(shù)據(jù)交流僅僅依靠MWD測(cè)出的井斜與方位數(shù)據(jù)，導(dǎo)致當(dāng)前側(cè)鉆定向井過程中不能夠準(zhǔn)確的獲得鉆頭處的鉆壓、扭矩值，導(dǎo)致地面注入頭下放鉆壓與在井下施加的載荷關(guān)系是未知的，常出現(xiàn)以注入頭的下放載荷作為鉆壓，無法獲得鉆進(jìn)的鉆壓實(shí)際參數(shù)，鉆進(jìn)效果不好，其次，螺桿鉆具輸出的鉆壓和扭矩值是未知數(shù)，螺桿鉆具的壓降無法獲得，總體泵壓構(gòu)成分析困難，易導(dǎo)致盲目下鉆與起鉆。某些情況下，還導(dǎo)致了管柱遇卡。

4 難點(diǎn)分析與解決措施

4.1 地面配套設(shè)備選用

選取定向鉆進(jìn)中泵壓的實(shí)測(cè)值，利用鉆柱公式[10]與MeDCO軟件進(jìn)行回歸如表3所示，得出現(xiàn)場(chǎng)的泵壓值與理論計(jì)算泵壓差值約1~5 MPa，考慮到螺桿鉆具壓力屬于負(fù)載決定，以及鉆井過程中含鉆屑含量的不同，因此，認(rèn)為理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的泵壓基本吻合。結(jié)合國(guó)內(nèi)東部區(qū)塊的老井側(cè)鉆點(diǎn)井深，以及長(zhǎng)慶蘇里格的老井側(cè)鉆點(diǎn)井深，分析模擬計(jì)算得出現(xiàn)場(chǎng)需要的泵壓與水功率如表4所示。考慮到連續(xù)管可連續(xù)高壓循環(huán)鉆井，可以噴射速度，有利于提高機(jī)械鉆速；因此，建議現(xiàn)場(chǎng)配備更高壓力的鉆井泵,建議壓力等級(jí)52.7 MPa，如F800HL，結(jié)合排量10~12 L/s，并對(duì)鉆井泵的缸套和活塞采用陶瓷材料，提供使用壽命，降低現(xiàn)場(chǎng)修泵次數(shù)；其次，整套系統(tǒng)特別是驅(qū)動(dòng)泵的動(dòng)力必須滿足壓力等級(jí)要求。

表3 模擬分析與現(xiàn)場(chǎng)泵壓對(duì)比

連續(xù)管側(cè)鉆是直接面向儲(chǔ)層的鉆井，鉆壓小，通過對(duì)返排的巖屑顆粒物直徑分析得出直徑小于3mm較多，圖4所示。因此需要選用更高目數(shù)的振動(dòng)篩網(wǎng)，建議選用篩網(wǎng)160~200目篩網(wǎng)，并配變頻離心機(jī)，其次配套帶有除氣設(shè)備，此套裝備中石油江漢所已經(jīng)完成研發(fā)，并已生產(chǎn)。

表4 模擬分析與泵水功率計(jì)算

4.2 排量與機(jī)械鉆速匹配

連續(xù)管定向鉆進(jìn)過程中，環(huán)空巖屑的含量、巖屑床的高度判斷是一個(gè)難點(diǎn)，通過利用專業(yè)分析軟件與現(xiàn)場(chǎng)回歸分析，如表5分類統(tǒng)計(jì)所示。機(jī)械鉆速影響到環(huán)空中泥漿固相含量與泵壓，鉆速越快，巖屑床堆積越嚴(yán)重，特別在造斜段巖屑堆積波峰與波谷差值越大，影響鉆壓施加，連續(xù)管進(jìn)給發(fā)生卡阻現(xiàn)象。增大排量可有效降低巖屑床高度與造斜段堆積的波峰和波谷差值。因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)管鉆進(jìn)成功經(jīng)驗(yàn)，回歸得出在排量12 L/s下，最優(yōu)的機(jī)械鉆速時(shí)7.5 m/h，可有效降低短起次數(shù)，或注入高黏度膠塞協(xié)助返排，可以連續(xù)的鉆進(jìn)。10 L/s下，機(jī)械鉆速時(shí)9 m/h，出現(xiàn)鉆壓施加困難，上提管柱有時(shí)有卡阻。

表5 施工排量與巖屑床回歸模擬分析

4.3 環(huán)空流態(tài)控制

經(jīng)驗(yàn)表明，紊流與層流對(duì)連續(xù)管鉆定向井造斜段與水平段巖屑返排有至關(guān)重要的作用，圖5通過國(guó)內(nèi)目前連續(xù)管鉆進(jìn)120 mm井眼參數(shù)回歸分析，泥漿密度按均值1.18 g/cm3，排量如圖5所示9~12 L/s，對(duì)于賓漢姆流體，雷諾數(shù)大于2 100，環(huán)空內(nèi)流體處于紊流狀態(tài)，便于水平段與大斜度井的攜巖，雷諾數(shù)小于2 100，環(huán)空內(nèi)流體處于層流狀態(tài)，適應(yīng)于45°井斜的攜巖。

圖5 雷諾數(shù)回歸分析

通過計(jì)算雷洛數(shù)Re，得出目前國(guó)內(nèi)連續(xù)管鉆井環(huán)空流態(tài)呈現(xiàn)的多是層流狀態(tài)，也說明了當(dāng)前鉆大斜度井時(shí)巖屑返排困難，短起次數(shù)增加，因此，連續(xù)管進(jìn)行大斜度定向鉆進(jìn)時(shí)必須控制環(huán)空流態(tài)。

4.4 短起工藝控制與測(cè)試工具

連續(xù)管鉆井屬滑動(dòng)鉆進(jìn)，因連續(xù)管管徑小，施工排量的限制，導(dǎo)致作業(yè)中巖屑易堆積，并不被懸浮起來，在鉆壓施加困難時(shí)，建議泵注高黏度的膠塞進(jìn)行頂替，或者通過起下連續(xù)管的方式，打開工具中的循環(huán)閥，大排量沖洗井筒底部的巖屑床。所以，建議在鉆井施工過程出現(xiàn)施加鉆壓后，機(jī)械鉆速慢，或根本無進(jìn)尺時(shí)，需要短起，其次，需要加快連續(xù)管定向鉆進(jìn)測(cè)試工具研發(fā)，快速的反饋井下鉆進(jìn)參數(shù)，利于更好地進(jìn)行短起工藝控制。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)國(guó)內(nèi)連續(xù)管定向鉆井現(xiàn)狀的難點(diǎn)分析，并結(jié)合軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)回歸研究，提出了下步促進(jìn)連續(xù)管定向鉆井需要考慮4個(gè)方面：地面配套設(shè)備選用、排量與機(jī)械鉆速匹配、環(huán)空流態(tài)控制、短起工藝控制與測(cè)試工具研發(fā)，并在4個(gè)方面提出了促進(jìn)國(guó)內(nèi)連續(xù)管定向鉆井現(xiàn)場(chǎng)的量化參數(shù)。

（1）建議配套適合連續(xù)管定向鉆井的高壓泥漿泵注設(shè)備，通過分析研究建議選用52.7 MPa的泥漿泵，整套泵組的動(dòng)力參數(shù)配置必須滿足水功率要求，建議配套適合于連續(xù)管面向地層鉆進(jìn)的固控設(shè)備，建議選用160~200目振動(dòng)篩配變頻離心機(jī)，使地面配套小型化，集約化；

（2）當(dāng)施工排量10~12 L/s下，必須做好施工設(shè)計(jì)，控制機(jī)械鉆速，使巖屑床高度控制在48 mm以內(nèi)，建議連續(xù)管鉆井機(jī)械鉆速不超過9 m/h；

（3）鉆井斜超過45°的大斜度井或水平井時(shí)，應(yīng)隨時(shí)控制造斜段的環(huán)空流態(tài)，控制泥漿的性能，使大斜度的環(huán)空流態(tài)處于紊流狀態(tài)，建議增加循環(huán)閥，必要時(shí)開啟，降低造斜段巖屑床波峰波谷差值，并在出現(xiàn)鉆壓施加困難或井下測(cè)量工具反饋鉆壓較低時(shí)，增加短起次數(shù)。

［1］Stefan Krueger, SPE, Keith Gray, SPE, and David Killip, SPE, Baker Hughes Fifteen Years of Successful Coiled Tubing Re-entry Drilling Projects in the Middle East: Driving Efficiency and Economics in Maturing Gas Fields SPE166692 2011．

［2］Stefan Krueger, and Lars Pridat Twenty Years of Successful Coiled Tubing Re-entry Drilling With E-Line BHA Syetems-Improving Efficiency and Economics in Maturing Fields Worldwide SPE179046，2016．

［3］張富強(qiáng)，劉壽軍，段文益，等. 國(guó)外連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用［J］. 石油礦場(chǎng)機(jī)械，2017，48（6）．

［4］劉壽軍，于東兵，等. 有纜連續(xù)管鉆井系統(tǒng)在側(cè)鉆水平井中的應(yīng)用現(xiàn)狀［J］. 石油機(jī)械, 2018，46（10）．

［5］R.Ortega, R. Kowalski, J. Escobar, and R. Garcia, Schlumberger Successful Coiled-Tubing Drilling-Hole Enlargement Improves Production SPE 132938．

［6］于東兵，劉壽軍，等. 連續(xù)管鉆井系統(tǒng)鉆大尺寸井眼技術(shù)現(xiàn)狀［J］. 遼寧化工，2018，47（8）．

［7］Zhon Wei Ooi, Nurul Ezalina Hamzah, Zahidi Ibrahim, Nurfaridah Ahmad Fauzi, and Maxim Pozdnyshev, PETRONAS Carigali Sdn. Bhd. Journey to Success - Advancement of Coiled Tubing Drilling in Malaysia OTC-26690-MS．

［8］Paul McCutchion, Toni Miszewski, SPE, Joe Heaton, AnTech Ltd Coiled Tubing Drilling: Directional and Horizontal Drilling With Larger Hole Sizes SPE 159349．

［9］賀會(huì)群，熊革，等. LZ580-73T連續(xù)管鉆機(jī)的研制［J］. 石油機(jī)械， 2012，40（11）．

［10］李誠(chéng)銘. 新編石油鉆井工程實(shí)用技術(shù)手冊(cè)［M］. 第1版. 中國(guó)知識(shí)出版社，2006：264．

Current Situation and Difficulty Analysis of CT Directional Drilling in China

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（CNPC Jianghan Machinery Research Institute Co., Ltd., Hubei Jingzhou 434000, China）

CT directional drilling has just started in China, and there is a lack of sufficient understanding in CT drilling process, equipments, tools and other related technologies. In this paper, the current situation and the latest progress of this technology abroad were introduced as well as the current situation and the difficulties of CT directional drilling in China. By combining the theoretical analysis of relevant wells and the statistics of field data regression, several difficult problems were put forward. The parameters of ground equipment matching, hydraulics, cuttings bed and bit weight were analyzed and quantified. The result can be used as reference and guidance in the next CT drilling.

CT directional drilling; Current situation and difficulty; Ground equipment matching

國(guó)家課題：水合物鉆完井和試采技術(shù)應(yīng)用示范，項(xiàng)目號(hào)：2017YFC0307604-4。

2020-02-19

于東兵（1982-），男，高級(jí)工程師，碩士，湖北荊州人，2004畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)，研究方向：連續(xù)管裝備與工具。

TE 242

A

1004-0935（2020）05-0572-04