第四部分 分支井鉆井完井技術(shù)新進(jìn)展

第四部分

多分支井鉆井完井

技術(shù)新進(jìn)展21世紀(jì)石油工業(yè)上游領(lǐng)域的重大技術(shù)之一是極富挑戰(zhàn)性的新興技術(shù)達(dá)到水平井同樣的成熟度大約要花幾年甚至10年的時(shí)間1/14/202314.1多分支井定義多(底)分支井是指在一口主井眼的底部鉆出兩口或多口進(jìn)入油氣藏的分支井眼(二級(jí)井眼)，甚至再從二級(jí)井眼中鉆出三級(jí)子井眼。主井眼可以是直井、定向斜井，也可以是水平井。分支井眼可以是定向斜井、水平井或波浪式分支井眼。1/14/20232分支井——各分支井眼可為直井、定向井、水平井等多底井——各分支井眼為水平井、大斜度井分支井包括多底井，但國際上一致認(rèn)為：用多底井統(tǒng)稱。4.1多分支井定義1/14/202334.2分支井特點(diǎn)與普通定向井、水平井相比——多分支井的優(yōu)點(diǎn)井眼結(jié)構(gòu)不同——存在多個(gè)分支井眼連接處增大油藏的裸露面積，提高泄油效率改善油流動(dòng)態(tài)剖面，降低錐進(jìn)效應(yīng)，提高重力泄油效果縱向調(diào)整油藏的開采可以應(yīng)用于多種油氣藏的經(jīng)濟(jì)開采。油藏工程減少無效井段，減少鉆井設(shè)備的搬遷；節(jié)約套管、泥漿費(fèi)用；充分利用海上平臺(tái)井口槽，降低了平臺(tái)建造費(fèi)用鉆井由于地面井口的減少，相應(yīng)的土地使用面積、地面管匯建設(shè)、油井管理等費(fèi)用也大大降低，增加了經(jīng)濟(jì)效益地面1/14/20234與普通定向井、水平井相比——分支多分支井的缺點(diǎn)完井風(fēng)險(xiǎn)，可能丟失分支井眼，溝通不了油藏；增加泥漿對(duì)油層的浸泡時(shí)間，可能造成油藏傷害；在分支井眼洗井作業(yè)時(shí)，因各分支井眼不同的要求，可能牽涉到的過程較復(fù)雜；操作費(fèi)開支由于風(fēng)險(xiǎn)因素的存在而無法完全確定。4.2分支井特點(diǎn)1/14/202354.3多分支井應(yīng)用范圍石油資源稠油油藏(美國、加拿大、北海)—多分支井+注水層狀油藏?cái)鄬优c封閉油藏枯竭油藏和開采中后期油藏致密天然裂縫油藏地下水等地?zé)?/14/202364.3多分支井應(yīng)用范圍1/14/20237德州Aneth地區(qū)多分支井鉆井成本表

分支井?dāng)?shù)總成本(美元)平均鉆一口分支井的成本(美元)

單個(gè)分支385000 385000 雙分支505000 253000 四分支700000 175000 六分支950000 158000雙分支井產(chǎn)量提高兩倍以上，四分支井產(chǎn)量近于單井產(chǎn)量的5倍。1/14/202384.4多分支井幾何形狀

雙向

迭加

三叉

輻射形人字形肋骨形1/14/20239阿拉伯聯(lián)合酋長國扎庫姆油田2級(jí)多底井鉆探程序1/14/202310多分支井井眼剖面A、低離差多分支井大鉤形狀B、薄和致密油藏中的兩口分支井C、目的層集中化的兩口反方向分支井D、一個(gè)窗口的多分支井井眼把套管膠結(jié)固結(jié)失敗減少到最低限度1/14/202311靜液面穩(wěn)定巖石圖4在產(chǎn)層上部穩(wěn)定巖層段造斜的錐狀多底井1/14/202312漏失層水顯示層致密穩(wěn)定巖層厚油層100米以上又有夾層1/14/202313在油層段有非滲透性泥巖和（或）泥灰?guī)r夾層的含油砂巖和交替分布的多個(gè)薄含油砂層的非均質(zhì)油藏1/14/202314在儲(chǔ)層滲透率差、初始含油飽和度低、單井產(chǎn)量小的貧弱油藏（西西伯利壓地區(qū)）1/14/202315在塊狀或透鏡體油藏以及閣樓油、斷層油聚集區(qū)油藏，可在主井筒的水平井段采用水平分支和徑向分支井相結(jié)合的魚骨狀分支井或者三維蛇形井及其分支井1/14/202316主水平井分支井研究內(nèi)容：1、水平井長度、分支井眼的長度、數(shù)量、間距和夾角與產(chǎn)能的關(guān)系；2、水平井長度、分支井眼的長度與井眼摩阻的關(guān)系；3、對(duì)上述關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化；4、相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)。魚刺分支水平井開采煤層氣1/14/2023174.5多分支井國內(nèi)外研究現(xiàn)狀多分支井系統(tǒng)（1）側(cè)向進(jìn)入短節(jié)系統(tǒng)LEN，它的缺點(diǎn)是缺乏液壓整體性BakerOilTool。（2）選擇性側(cè)鉆系統(tǒng)SRT，最大特點(diǎn)是能夠得到最大的流通面積，廣泛應(yīng)用，BakerOilTool。（3）井下分離器FORMationJunctionTM，沒有推廣應(yīng)用，BakerOilTool。（4）BakerHugesROOTTMSystem，廣泛應(yīng)用。（5）分支井回接系統(tǒng)LTBS，廣泛應(yīng)用，Sperry-SunCop。（6）DF-1系統(tǒng)，試驗(yàn)成功，遼河石油勘探局工程院。（7）可回收的系統(tǒng)RMLS，廣泛應(yīng)用，Sperry-SunCop。（8）HalliburtonMultilateralSystem3000，廣泛應(yīng)用。1/14/2023184.5多分支井國內(nèi)外研究現(xiàn)狀前蘇聯(lián)：53年打66/45井，9個(gè)分支井眼，產(chǎn)量17倍。至90年，126口多分支井（33勘探井、77采油井、3口注入井、9口其他井）美國、加拿大：

90年后大力發(fā)展，至97年底總共1000多口，完井的450口中國：南海西部——1998年打2口失敗1口（貝克休斯）（用修井機(jī)和原井重鉆技術(shù)鉆成了我國海洋第一口多分支井(Wll-4-A11B、11C井)，兩個(gè)井筒用電潛泵合采，產(chǎn)量是斜井單井產(chǎn)量的3倍。新疆——1996年打2分支多分支井，裸眼完井，低級(jí)地礦部——1993打1口3分支多分支井，沒完井遼河——2000年完鉆1口3分支井，固井射孔完井，達(dá)到TAML第四級(jí)水平多分支井現(xiàn)場施工1/14/202319ERDMultilateralExamplePermanentandretrievablewhipstocks（造斜器）werehydraulicallysetusingMWDtoorientrelativetohighsideWindowsmilledat5500mand5300mfromexisting95/8-in.casingat83oAtwotripmillingsystemwasdeployedNorthernlateralwaslinedandcemented,southernlateralbarefoot1/14/202320M-15CompletionWytchFarmM-15multi-lateralwellBothwellboresisolatedfromeachotherwithinproductioncasingFlowcontrolstationsbelowESPallowindependentinflowEarlywatershut-offSelectivewelltest沉砂封隔器1/14/2023214.5多分支井國內(nèi)外研究現(xiàn)狀中國勝利油田：

2000年9月，完鉆樁1-支平1井第一分之，井深1945m，水平位移442.8m，水平段長236.1m。

第二分之，井深1872m，水平位移386.1m，水平段長186.6m。

2分之井眼均下套管固井射孔完井。

2001年3月，完鉆梁46-支平1井第一分之，井深3595m，水平位移566.7m，水平段長331.1m。

第二分之，井深3622m，水平位移628.8m，水平段長329.3m。

三維階梯式多目標(biāo)雙分支水平井，油層段上部固井完井，油層段下篩管加管外封隔器1/14/202322多分支井進(jìn)展的主要里程碑全球至98年約有130多口分支井，其中約一半是Shell公司鉆的。在中東、北美和歐洲北海應(yīng)用較多。1997年春，由英國Shell公司EricDiggins領(lǐng)導(dǎo)和主持在阿伯丁舉行了《多分支井的技術(shù)進(jìn)展論壇》，并按復(fù)雜性和功能性建立了TAML(TechnologyAdvancementMultiLaterals)分級(jí)體系，其目的是為多分支井技術(shù)的發(fā)展指出一個(gè)更加統(tǒng)一的方向。TAML評(píng)價(jià)多分支井技術(shù)的三個(gè)特性是連通性(Conectivity)、隔離性(Isolation)和可及性(可靠性、可達(dá)性、含重返井眼能力，accessibility)。截至2000年6月Shell公司對(duì)TAML1～4級(jí)已使用了6個(gè)油田并在2001年將再用于另7個(gè)油田。1/14/202323世界上第一口TAML5級(jí)多分支井是Shell公司1998年在巴西近海Voador油田從半潛鉆井平臺(tái)上鉆的一口反向雙分支井，是一口注水井。Shell公司1998年在加利弗尼亞一口在岸陸上井成功地安裝了一個(gè)6級(jí)完井的主－分井筒連接部件。該井是在95/8主井筒套管上連有2個(gè)7分支井的連接部件，它具有2500psi額定壓力。目前世界上用得最多的是4級(jí)完井。美國、中國山西（2004年）－－魚刺分支水平井開采煤層氣多分支井進(jìn)展的主要里程碑1/14/202324多分支井TAML等級(jí)Main主井眼和分支井都是裸眼1主井筒注水泥分支井為裸眼2主井筒注水泥分支井下套管3主井筒和分支井都注水泥4水泥封固主井筒和分支井,各層壓力分隔5井下分叉裝置6預(yù)制成型接合點(diǎn)6S在英國殼牌EricDiggins“技術(shù)進(jìn)步——多分支井TAML”的論壇1997年春天在蘇格蘭的阿伯丁舉行。1/14/202325一級(jí)完井主井眼和分支井眼都是裸眼。側(cè)向穿越長度和產(chǎn)量控制是受限的。完井作業(yè)不對(duì)各產(chǎn)層分隔也不能對(duì)層間壓差進(jìn)行任何處理。主井眼和分支井都是裸眼1main1/14/202326二級(jí)完井主井眼下套管并注水泥，分支井裸眼或只放篩管而不注水泥。主－分井筒連接處保持裸眼或者可能的話在分支井段使用“脫離式”篩管(‘drop-off’liner)，即只把篩管(襯管)放入分支井段中而不與主井筒套管進(jìn)行機(jī)械連接。與一級(jí)完井相比可提高主井筒的暢通性并改善分支井段的重返潛力。二級(jí)完井通常要用磨銑工具在套管內(nèi)開窗，也可使用預(yù)磨銑窗口的套管短節(jié)。main主井筒注水泥分支井為裸眼21/14/202327三級(jí)完井主井眼和分支井眼都下套管，主井眼注水泥而分支井眼不注水泥。三級(jí)完井提供了連通性和可及性。分支井襯管通過襯管懸掛器、快速連接系統(tǒng)(Rapidconnect)或者其他鎖定系統(tǒng)固定在主井眼上，但不注水泥。主-分井筒連接處沒有水力整體性或壓力密封，但是卻有主-分井筒的可及性。三級(jí)完井還可以用預(yù)制的襯管或割縫襯管。main主井筒注水泥分支井下套管31/14/202328四級(jí)完井主井眼和分支井眼都下套管并注水泥，提供了機(jī)械支撐連接，但沒有水力的整體性。分支井的套管也可由水泥固結(jié)在主套管上的。主井眼和分支井都可以全井起下進(jìn)入。四級(jí)完井雖然復(fù)雜和高風(fēng)險(xiǎn)且仍處于發(fā)展階段，但是在全世界范圍內(nèi)已獲成功。大約有幾十套該系統(tǒng)，包括最后發(fā)展的BakerRoot系統(tǒng)、Sperry-Sun的分枝井可回收系統(tǒng)(RMLS)和分枝回接系統(tǒng)(LTBS)及完井系統(tǒng)、Halliburton的3000TM分枝井系統(tǒng)，在卡塔爾、加利福尼亞、加拿大、印度尼西亞及墨西哥灣等國家和地區(qū)應(yīng)用。main主井筒和分支井都注水泥41/14/202329五級(jí)完井五級(jí)完井具有三級(jí)和四級(jí)分支井連接技術(shù)的特點(diǎn)，還增加了可在分支井襯管和主套管連接處提供壓力密封的完井裝置。可以通過在主套管井眼中使用輔助封隔器、套筒和其他完井裝置來對(duì)分支井和生產(chǎn)油管進(jìn)行跨式連接(Straddle)以實(shí)現(xiàn)水力隔離。從主井眼和分支井眼都可以進(jìn)行側(cè)鉆。五、六級(jí)完井的分支井具有水力隔離、連通性和可及性特點(diǎn)。多分支井技術(shù)的最難點(diǎn)是高壓下的水力隔離和水力整體性。main水泥封固主井筒和分支井,各層壓力分隔51/14/202330六級(jí)完井連接處壓力整體性可通過下套管取得，而不依靠井下完井工具。六級(jí)完井系統(tǒng)在分支井和主井筒套管的連接處具有一個(gè)整體式壓力密封。一個(gè)耐壓密封的連接部，是為了獲得一個(gè)整體密封特征或整體成形或可成形金屬設(shè)計(jì)，這在海洋深水和海底(Subsea,水下)安裝中將是有價(jià)值的。Schlumberger公司正致力于把這些技術(shù)發(fā)展成為更新的系統(tǒng)，而不是繼續(xù)使用這種特殊的模式。該公司正在用一種新的六級(jí)設(shè)計(jì)繼續(xù)進(jìn)行多分支井技術(shù)的研究與開發(fā)。main井下分叉裝置61/14/2023316S級(jí)完井(通常認(rèn)為是六級(jí)完井的次級(jí))使用了一個(gè)井下分流器或者地下井口裝置，基本上是一個(gè)地下雙套管頭井口，把一個(gè)大直徑主井眼分成兩個(gè)等徑小尺寸的分支井筒。main預(yù)制成型接合點(diǎn)6S1/14/2023321234566S多分支井描述1/14/2023331/14/202334帶有接頭剖面的復(fù)合套管1/14/2023354.6多分支井技術(shù)關(guān)鍵力學(xué)完整性，分支連接處要求一定的機(jī)械穩(wěn)定如何實(shí)現(xiàn)主井眼和分支井的分支連接？水力完整性，分支連接處要求一定的液壓密封再進(jìn)入能力，如何實(shí)現(xiàn)選擇性進(jìn)入各分支井眼或主井眼套管準(zhǔn)確到位，要求更精確的井眼軌跡關(guān)鍵技術(shù)注意事項(xiàng)油藏配伍性；支井造斜點(diǎn)處的地層特性；生產(chǎn)機(jī)理；再進(jìn)入要求；連接點(diǎn)處的力學(xué)完整性要求和水力完整性要求；連接處的壓差。1/14/202336①根據(jù)地質(zhì)、油藏條件和擬用的采油方式，選擇TAML分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的某級(jí)并確定井身剖面的類型，設(shè)計(jì)主－分井筒的整體方案以及每個(gè)井筒的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的完成方法。盡量采用智能完井、選擇性完井、遙控完井等新技術(shù)。

②多分支井鉆井完井工藝技術(shù)的研究。精心設(shè)計(jì)主－分井筒的井身軌跡并采用先進(jìn)有效的井身軌跡控制技術(shù)，確保井眼準(zhǔn)確穿越實(shí)際需要的靶區(qū)。尤其是使用先進(jìn)的隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)和閉環(huán)鉆井技術(shù)尋優(yōu)控靶。確保井身質(zhì)量并有良好的重返井眼能力，確保主－分井眼對(duì)固井、完井、采油、增產(chǎn)、修井等作業(yè)的順利進(jìn)行。

③使用先進(jìn)的開窗技術(shù)，確保窗口形狀、尺寸、質(zhì)量等。使用預(yù)銑窗口套管短節(jié)、研究無碎片系統(tǒng)等以減少井下工作時(shí)間和提高井眼清潔性。研究窗口周圍密封技術(shù)、研制特種水泥(含填料)提高密封質(zhì)量。4.6多分支井技術(shù)關(guān)鍵1/14/202337使用“地質(zhì)模型”沿設(shè)計(jì)的油井軌跡進(jìn)行巖石物理描述1/14/202338窗口磨洗1/14/202339可收回造斜器和窗口磨銑性能1/14/202340超聲成像測井儀反饋窗口定向深度和質(zhì)量信息1/14/202341

④研制密封的、可封隔的、耐高溫高壓的連接部件。研制井下專用工具和管件，研究完井測控安裝技術(shù)。研究僅需較少起下鉆次數(shù)的完井安裝方法以減少相應(yīng)的安裝時(shí)間并確保安裝一次成功的安裝質(zhì)量。⑤研究多分支井能夠維護(hù)井壁穩(wěn)定、保護(hù)