苑珊珊 劉啟國(guó) 熊景明

(1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.川慶鉆探國(guó)際工程公司)

多分支井技術(shù)發(fā)展綜述

苑珊珊1劉啟國(guó)1熊景明2

(1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.川慶鉆探國(guó)際工程公司)

多分支井技術(shù)是通過(guò)增大油氣藏的泄油面積來(lái)提高油氣井產(chǎn)量的一項(xiàng)鉆井完井新技術(shù),是21世紀(jì)鉆井領(lǐng)域的重大技術(shù)之一。介紹了多分支井的類型、應(yīng)用適宜條件以及鉆井方法和國(guó)際 TAML分級(jí),指出了多分支井的技術(shù)關(guān)鍵。采用多分支井技術(shù)能夠提高單井產(chǎn)量、降低成本、提高油田的最終采收率及油田開(kāi)發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外多分支井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,可以看出國(guó)內(nèi)多分支井應(yīng)用技術(shù)與世界先進(jìn)水平相比仍然存在較大差距,但是具有廣闊的發(fā)展前景,是一項(xiàng)科技創(chuàng)新工程。

多分支井 鉆井工程 完井

1 引言

多分支井是指在1口主井眼的底部鉆出2口或多口進(jìn)入油氣藏的分支井眼。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,可以在1個(gè)主井筒內(nèi)開(kāi)采多個(gè)油氣層,實(shí)現(xiàn)1井多靶和立體開(kāi)采。多分支井既可從老井也可從新井再鉆幾個(gè)分支井筒或者再鉆水平井,所以原井再鉆已不再是老井的側(cè)鉆技術(shù),在利用已有井眼增加目標(biāo)靶位、擴(kuò)大開(kāi)發(fā)范圍的同時(shí),還可充分利用油田已有管網(wǎng)、道路、井場(chǎng)、設(shè)施等,具有很高的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

多分支井技術(shù)對(duì)于油藏開(kāi)發(fā)而言,有助于制定合理的開(kāi)發(fā)方案,以較低的成本有效開(kāi)發(fā)多產(chǎn)層的油藏;從鉆井角度看,各分支享有共同的井口及上部井段,因而可以大大降低鉆井成本,減少土地占用及有利于環(huán)境保護(hù)。多分支井技術(shù)除了降低總成本外,還能提高生產(chǎn)速度和最終采收率,改善油氣藏泄油方式和增加儲(chǔ)量,發(fā)展前景十分廣闊。

2 國(guó)內(nèi)外多分支井技術(shù)現(xiàn)狀

多分支井的概念起源于20世紀(jì)30年代,而世界上首先開(kāi)展多分支井技術(shù)研究的是20世紀(jì)50年代初期的蘇聯(lián)。第一批多分支井開(kāi)始于前蘇聯(lián)的俄羅斯和烏克蘭地區(qū),第二批多分支井于1968年開(kāi)鉆于蘇聯(lián)的東西伯利亞地區(qū)。20世紀(jì)多分支井技術(shù)在俄羅斯、北海油田及北美得到廣泛應(yīng)用,并逐步推廣到中東、南美、歐洲與亞洲[2]。

世界上第1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1口反向雙分支井,是1口注水井;1998年Shell公司在加利弗尼亞1口陸上井成功地安裝了1個(gè)6級(jí)完井的主分井筒連接部件,該井是Shell公司計(jì)劃在2001年開(kāi)發(fā)高溫高壓油氣田使用TAML6級(jí)完井多分支井的技術(shù)準(zhǔn)備[3,4]。至1998年全球約有1 000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。雖然在國(guó)外現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用多分支井技術(shù)已經(jīng)較為普遍,但是多分支井技術(shù)仍不十分完善,國(guó)外各大公司仍然把多分支井技術(shù)作為前沿課題進(jìn)行攻關(guān)。

目前,我國(guó)的新疆、遼河、勝利、南海、四川等油田都先后鉆成了多分支井。南海西部公司1998年9月用修井機(jī)和老井側(cè)鉆技術(shù)鉆成了國(guó)內(nèi)海洋第1口多底井[5],2個(gè)井筒用電潛泵合采,產(chǎn)量是斜井單井產(chǎn)量的3倍。新疆油田在1999年鉆了1口雙分支井。遼河油田2000年4月鉆成海14-20三分支井,是國(guó)內(nèi)第1口自行設(shè)計(jì)、自行施工、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的側(cè)鉆三分支井,完井技術(shù)等級(jí)為4級(jí)。2000年9月勝利油田在其先進(jìn)的水平井技術(shù)的基礎(chǔ)上,自行設(shè)計(jì)和施工完成了該油田第1口雙分支水平井,完井技術(shù)等級(jí)為4級(jí)。2000年以來(lái),魚(yú)骨狀分支井在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用增長(zhǎng)較快[6],2005年4月,大港油田成功地鉆成我國(guó)陸上油田第一口魚(yú)骨型水平多分支井J H2,填補(bǔ)了我國(guó)陸上油田魚(yú)骨型水平多分支井的空白。

3 多分支井的類型及適宜條件

目前所鉆的多分支井主要有兩種:①以某種類型分支井為完井目的的新鉆井;②從現(xiàn)有井中側(cè)鉆多分支井[7]。目前世界各國(guó)所鉆的多分支井主要有:反向雙分支井、疊加式雙或三水平分支井等10種類型。反向雙分支井,一個(gè)分支井眼下傾,另一個(gè)井眼上傾,并且井眼方向相反;疊加雙分支井,用于開(kāi)采兩個(gè)不同產(chǎn)層或在一個(gè)低滲透阻擋層之上和之下采油;同層多分支井,在一個(gè)產(chǎn)層中從一個(gè)主井眼鉆數(shù)個(gè)分支井眼;多側(cè)向分支井,從處于一個(gè)水平面的一個(gè)水平井眼鉆數(shù)個(gè)分支井眼;帚狀多分支井,從一個(gè)水平井眼數(shù)個(gè)處于同一垂直面的多分支井。多分支井可以更多地暴露儲(chǔ)層和增加產(chǎn)量,在單一的儲(chǔ)層采用分支井能提高儲(chǔ)層的泄油效率。

多分支井主要應(yīng)用于老井側(cè)鉆,以及開(kāi)發(fā)因水錐等原因造成的死油區(qū)。這類分支井井眼較短,大部分是尾管和裸眼完井,一般為砂巖油藏。多分支井技術(shù)對(duì)于開(kāi)發(fā)多個(gè)小塊狀或透鏡體油氣層、薄油氣層以及低壓低滲和高黏度稠油藏具有特別重要的意義,使許多在經(jīng)濟(jì)開(kāi)采限以下的儲(chǔ)量得以開(kāi)發(fā)。

目前多分支井主要應(yīng)用在下列油藏中:

◇小區(qū)塊或隔離區(qū)塊油層;

◇閣樓油的聚集區(qū),石油儲(chǔ)存在油層中現(xiàn)有最高射孔位置之上,這時(shí)可直接在閣樓油的存儲(chǔ)位置流出點(diǎn)鉆分支井;

◇透鏡狀油藏,油層為條帶排列的透鏡體袋狀油藏,這種情況鉆多分支井能穿過(guò)多個(gè)透鏡體;

◇高定向滲透油藏;

◇垂直重疊的單個(gè)油層,油層在垂向上分隔;

◇需要優(yōu)化壓力控制和波及效率高的油藏;

◇滲透率不同需要水驅(qū)的油藏;

◇有多組天然裂縫的油藏,假如油層有兩套天然裂縫,原水平井僅交叉其中一組,這時(shí)新的分支井橫穿另一組可更有效地開(kāi)采油層;

◇未來(lái)開(kāi)采的附加帶油藏;

◇在平衡的、產(chǎn)能不均勻的不同產(chǎn)層。

隨著多分支井技術(shù)的不斷完善及井下工具的不斷開(kāi)發(fā),多分支井幾乎可以用于開(kāi)發(fā)所有的油氣藏。

4 多分支井的優(yōu)越性

從國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況看,多分支井技術(shù)可以應(yīng)用于石油天然氣資源,地?zé)?、煤層氣資源和地下水等地下資源的開(kāi)采?，F(xiàn)在較為普遍地應(yīng)用于石油天然氣領(lǐng)域,它可以應(yīng)用于多種油氣藏的經(jīng)濟(jì)開(kāi)采,能夠有效地開(kāi)采稠油油藏、邊際油藏或中后期油藏、天然裂縫和致密油藏、斷塊油藏等。

實(shí)踐證明,多分支井可以提高單井產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)少井高產(chǎn),有利于提高最終采收率,提高油氣井的效率。其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在:

◇增大井眼與油藏的接觸面積,提高泄油效率;

◇改善油藏動(dòng)態(tài)流動(dòng)剖面,降低錐進(jìn)效應(yīng),提高重力泄油效果;

◇提高油氣層縱向動(dòng)用程度;

◇提高裂縫油氣藏裂縫鉆遇率;

◇減少了設(shè)備搬遷、下套管和鉆井液費(fèi)用;

◇大大減少無(wú)效井段,可增加油藏內(nèi)所鉆的有效進(jìn)尺與總鉆井進(jìn)尺的比率,從而降低了鉆井總進(jìn)尺數(shù),降低了鉆井成本;

◇由于地面井口或海上井槽的減少,降低了相應(yīng)的地面工程、油井管理費(fèi)用和平臺(tái)的建造費(fèi)用;

◇降低油井管理、環(huán)境保護(hù)等費(fèi)用,提高經(jīng)濟(jì)效益。

總之,多分支井技術(shù)可以較大幅度地降低油氣開(kāi)發(fā)成本,充分挖掘油田生產(chǎn)能力,提高油氣開(kāi)發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益,是國(guó)內(nèi)外大力開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的一項(xiàng)低成本、高收益的鉆井新技術(shù)。因此,可認(rèn)為多分支井開(kāi)采技術(shù)將是油田開(kāi)發(fā)的主要工藝技術(shù)之一,具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

5 多分支井的鉆井、完井技術(shù)

多分支井鉆井技術(shù)是在單一井眼里鉆出若干個(gè)支井,并且回到單個(gè)主井筒的鉆井新技術(shù)。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展,多分支井鉆井技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新。膨脹管定位多分支井鉆井技術(shù)、智能多分支井鉆井技術(shù)、魚(yú)骨型水平多分支井鉆井技術(shù)是近幾年涌現(xiàn)出的新技術(shù)。井下電視技術(shù)在多分支井完井中得到應(yīng)用。在鉆井完井方法上,主要包括以下幾個(gè)部分。

5.1 鉆井技術(shù)

5.1.1 磨銑套管或開(kāi)窗側(cè)鉆

這種方法對(duì)老油田的后期開(kāi)發(fā)特別有效。一般采用兩種方法實(shí)現(xiàn)側(cè)鉆:磨銑一段套管打水泥塞,然后通過(guò)磨銑段定向造斜;下入造斜器,磨銑套管開(kāi)窗,側(cè)鉆水平井。

5.1.2 徑向分支井方法

徑向分支井系統(tǒng)是一種集側(cè)鉆、完井于一體的多用途系統(tǒng)。利用它在主井眼和分支井眼鉆出后安裝回接完井管柱。

5.1.3 裸眼側(cè)鉆分支井

此方法一般是在新鉆的分支井上實(shí)施,在主井眼中下入技術(shù)套管并固井后,利用造斜和穩(wěn)斜鉆具組合沿設(shè)計(jì)方向鉆第一翼分支井,然后在該水平段的某點(diǎn)井眼低邊側(cè)鉆第二翼分支井[8]。

5.1.4 膨脹管定位側(cè)鉆

膨脹管定位是我國(guó)的創(chuàng)新技術(shù),它解決了用卡瓦定位所帶來(lái)的技術(shù)難題。膨脹管在井下形成了支井的永久定位,實(shí)現(xiàn)了對(duì)斜向器的可靠定位[9]。

5.1.5 智能分支井

由數(shù)家公司開(kāi)發(fā)的集成鉆井系統(tǒng) (IDS)和集成操作系統(tǒng) (IDO)獲得成功,是鉆井及操作智能化的體現(xiàn)。智能井技術(shù)主要體現(xiàn)在:鉆井時(shí),在油藏平面上安置傳感器和控制閥,達(dá)到一井多用,同采同注;可以通過(guò)地面遙控實(shí)現(xiàn)單井多層、多分支選擇性生產(chǎn)和注入,實(shí)時(shí)優(yōu)化各層的流動(dòng),隨意封隔水氣層,防止串流;進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)、采集和處理,并實(shí)時(shí)反饋井下數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)優(yōu)化生產(chǎn),最終達(dá)到優(yōu)化油藏經(jīng)營(yíng)和生產(chǎn)管理、提高采收率的目的。

5.2 完井技術(shù)

1997年,世界主要石油公司和專業(yè)服務(wù)公司的分支井技術(shù)專家共同交流經(jīng)驗(yàn),指定一個(gè)多分支井的分類體系,即 TAML(Technology Advancement Multi Laterals)分級(jí)。TAML是按多分支井的3個(gè)特性即連通性 (Connectivity)、隔離性(Isolation)、可達(dá)性 (Accessibility)來(lái)評(píng)價(jià)其技術(shù)和分級(jí)的。將多分支井完井方法分為 1～6S級(jí)[10],即:

(1)一級(jí)完井:主井眼和分支井眼都是裸眼,完井作業(yè)不對(duì)不同產(chǎn)層進(jìn)行分隔,也不對(duì)層間壓差進(jìn)行任何處理;

(2)二級(jí)完井:主井眼下套管并注水泥完井,分支井裸眼完井或只放篩管而不注水泥;

(3)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;

(4)四級(jí)完井:主井眼和分支井眼都在連結(jié)處下套管并注水泥;

(5)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,主井眼全部下套管且連接處是水力隔離;

(6)六級(jí)完井:連接處壓力整體性連接部壓力與井筒壓力一致,是一個(gè)整體性壓力,可通過(guò)下套管取得,而不依靠井下完井工具。

(7)6S級(jí) (即六級(jí)完井的次級(jí))完井:使用井下分流器或者地下井口裝置,基本上是1個(gè)地下雙套管頭井口,把一個(gè)大直徑主井眼分成2個(gè)等徑小尺寸的分支井筒。

6 多分支井的技術(shù)關(guān)鍵

多分支井的技術(shù)關(guān)鍵主要集中在分支井眼與主井眼的分支接口處,其技術(shù)水平主要體現(xiàn)在接口支撐、接口密封及支井重入三個(gè)方面。接口支撐是指各分支井眼的完井管柱都要和主井眼的套管相連接,其連接處要具有機(jī)械上的整體性,以解決井壁穩(wěn)定和儲(chǔ)層出砂等問(wèn)題。接口密封是指將各分支井眼不同壓力系統(tǒng)的油氣流分隔開(kāi),解決分采問(wèn)題。支井重入是指各分支井都要與主井眼貫通,實(shí)現(xiàn)從主井眼向任一分支井眼重入,滿足采油和修井作業(yè)的要求。具體內(nèi)容有:

(1)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)并確定井身結(jié)構(gòu)類型,設(shè)計(jì)主、分井筒井眼的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的完井方法,分支井的選擇取決于產(chǎn)層特征、開(kāi)發(fā)目的、開(kāi)采條件、產(chǎn)層厚度及巖性,以及產(chǎn)層上部是否存在需要的密閉層。分支井的井身剖面、分支長(zhǎng)度和分支數(shù)目等取決于產(chǎn)層的非均質(zhì)性、地層厚度、巖性、巖石硬度的分布、地層剖面穩(wěn)定的程度等。選擇與設(shè)計(jì)分支井時(shí)應(yīng)考慮工藝技術(shù)水平及多分支井采油、增產(chǎn)措施和修井等技術(shù)水平。

(2)多分支井完井工具及工藝技術(shù)研究。

(3)使用先進(jìn)的多分支井開(kāi)窗技術(shù)及軌跡控制技術(shù)。

(4)研制密封的、可封隔的、耐高溫的連接部件,研究窗口密封技術(shù),研制井下專用工具和管件,研究完井測(cè)控安裝技術(shù)。

(5)研究多分支井能夠維護(hù)井壁穩(wěn)定、保護(hù)油氣層及低摩擦阻力、強(qiáng)抑制、高攜屑能力、凈化井眼效果好的鉆完井技術(shù)。

(6)研究多分支井的固井、完井、采油、增產(chǎn)、修井等配套技術(shù)及專用軟、硬件的開(kāi)發(fā)工作。

多分支井是用鉆井手段提高產(chǎn)量和采收率的新興技術(shù),其技術(shù)難度較大,尤其是完井技術(shù)。因此,必須在跟蹤國(guó)外技術(shù)的同時(shí),加大研究力度,要有所創(chuàng)新,盡快開(kāi)發(fā)和完善該項(xiàng)技術(shù)。

7 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)采用多分支井技術(shù)能夠提高單井產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)少井高產(chǎn),有利于提高油田的最終采收率及油田開(kāi)發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

(2)多分支井是一項(xiàng)包括鉆井、完井、采油等多項(xiàng)工序的新技術(shù)體系,實(shí)施中必須統(tǒng)一規(guī)劃,配套進(jìn)行。多分支井的技術(shù)難度很大,尤其是多分支井完井,可靠的井下系統(tǒng)工具是完井成功的關(guān)鍵。

(3)多分支井的未來(lái)發(fā)展方向是智能化、簡(jiǎn)單化,6級(jí)分支井系統(tǒng)與智能完井技術(shù)相結(jié)合,將是油田綜合效益最大化的有力技術(shù)手段。

(4)綜合分析國(guó)內(nèi)外多分支井技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r,可以看出國(guó)內(nèi)多分支井應(yīng)用規(guī)模及配套技術(shù)等與世界先進(jìn)水平相比存在較大差距。因此,應(yīng)盡快開(kāi)展多分支井鉆井完井綜合配套工具的試驗(yàn)研究,以促使我國(guó)盡早趕上國(guó)外多分支井技術(shù)水平。

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