苑珊珊 劉啟國 熊景明

(1.西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室;2.川慶鉆探國際工程公司)

多分支井技術(shù)發(fā)展綜述

苑珊珊1劉啟國1熊景明2

(1.西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室;2.川慶鉆探國際工程公司)

多分支井技術(shù)是通過增大油氣藏的泄油面積來提高油氣井產(chǎn)量的一項鉆井完井新技術(shù),是21世紀鉆井領域的重大技術(shù)之一。介紹了多分支井的類型、應用適宜條件以及鉆井方法和國際 TAML分級,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發(fā)的綜合經(jīng)濟效益。通過分析國內(nèi)外多分支井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,可以看出國內(nèi)多分支井應用技術(shù)與世界先進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個主井筒內(nèi)開采多個油氣層,實現(xiàn)1井多靶和立體開采。多分支井既可從老井也可從新井再鉆幾個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靶位、擴大開發(fā)范圍的同時,還可充分利用油田已有管網(wǎng)、道路、井場、設施等,具有很高的經(jīng)濟效益[1]。

多分支井技術(shù)對于油藏開發(fā)而言,有助于制定合理的開發(fā)方案,以較低的成本有效開發(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。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量,發(fā)展前景十分廣闊。

2 國內(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30年代,而世界上首先開展多分支井技術(shù)研究的是20世紀50年代初期的蘇聯(lián)。第一批多分支井開始于前蘇聯(lián)的俄羅斯和烏克蘭地區(qū),第二批多分支井于1968年開鉆于蘇聯(lián)的東西伯利亞地區(qū)。20世紀多分支井技術(shù)在俄羅斯、北海油田及北美得到廣泛應用,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6級完井的主分井筒連接部件,該井是Shell公司計劃在2001年開發(fā)高溫高壓油氣田使用TAML6級完井多分支井的技術(shù)準備[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、北美和歐洲北海應用較多。雖然在國外現(xiàn)場應用多分支井技術(shù)已經(jīng)較為普遍,但是多分支井技術(shù)仍不十分完善,國外各大公司仍然把多分支井技術(shù)作為前沿課題進行攻關(guān)。

目前,我國的新疆、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月用修井機和老井側(cè)鉆技術(shù)鉆成了國內(nèi)海洋第1口多底井[5],2個井筒用電潛泵合采,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,是國內(nèi)第1口自行設計、自行施工、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的側(cè)鉆三分支井,完井技術(shù)等級為4級。2000年9月勝利油田在其先進的水平井技術(shù)的基礎上,自行設計和施工完成了該油田第1口雙分支水平井,完井技術(shù)等級為4級。2000年以來,魚骨狀分支井在國內(nèi)的應用增長較快[6],2005年4月,大港油田成功地鉆成我國陸上油田第一口魚骨型水平多分支井J H2,填補了我國陸上油田魚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,一個分支井眼下傾,另一個井眼上傾,并且井眼方向相反;疊加雙分支井,用于開采兩個不同產(chǎn)層或在一個低滲透阻擋層之上和之下采油;同層多分支井,在一個產(chǎn)層中從一個主井眼鉆數(shù)個分支井眼;多側(cè)向分支井,從處于一個水平面的一個水平井眼鉆數(shù)個分支井眼;帚狀多分支井,從一個水平井眼數(shù)個處于同一垂直面的多分支井。多分支井可以更多地暴露儲層和增加產(chǎn)量,在單一的儲層采用分支井能提高儲層的泄油效率。

多分支井主要應用于老井側(cè)鉆,以及開發(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)對于開發(fā)多個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)濟開采限以下的儲量得以開發(fā)。

目前多分支井主要應用在下列油藏中:

◇小區(qū)塊或隔離區(qū)塊油層;

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

◇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多個透鏡體;

◇高定向滲透油藏;

◇垂直重疊的單個油層,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,這時新的分支井橫穿另一組可更有效地開采油層;

◇未來開采的附加帶油藏;

◇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發(fā),多分支井幾乎可以用于開發(fā)所有的油氣藏。

4 多分支井的優(yōu)越性

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

實踐證明,多分支井可以提高單井產(chǎn)量、實現(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;

◇改善油藏動態(tài)流動剖面,降低錐進效應,提高重力泄油效果;

◇提高油氣層縱向動用程度;

◇提高裂縫油氣藏裂縫鉆遇率;

◇減少了設備搬遷、下套管和鉆井液費用;

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

◇由于地面井口或海上井槽的減少,降低了相應的地面工程、油井管理費用和平臺的建造費用;

◇降低油井管理、環(huán)境保護等費用,提高經(jīng)濟效益。

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

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支井,并且回到單個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用。在鉆井完井方法上,主要包括以下幾個部分。

5.1 鉆井技術(shù)

5.1.1 磨銑套管或開窗側(cè)鉆

這種方法對老油田的后期開發(fā)特別有效。一般采用兩種方法實現(xiàn)側(cè)鉆:磨銑一段套管打水泥塞,然后通過磨銑段定向造斜;下入造斜器,磨銑套管開窗,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)斜鉆具組合沿設計方向鉆第一翼分支井,然后在該水平段的某點井眼低邊側(cè)鉆第二翼分支井[8]。

5.1.4 膨脹管定位側(cè)鉆

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

5.1.5 智能分支井

由數(shù)家公司開發(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,在油藏平面上安置傳感器和控制閥,達到一井多用,同采同注;可以通過地面遙控實現(xiàn)單井多層、多分支選擇性生產(chǎn)和注入,實時優(yōu)化各層的流動,隨意封隔水氣層,防止串流;進行實時連續(xù)監(jiān)測、采集和處理,并實時反饋井下數(shù)據(jù)、實時優(yōu)化生產(chǎn),最終達到優(yōu)化油藏經(jīng)營和生產(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)服務公司的分支井技術(shù)專家共同交流經(jīng)驗,指定一個多分支井的分類體系,即 TAML(Technology Advancement Multi Laterals)分級。TAML是按多分支井的3個特性即連通性 (Connectivity)、隔離性(Isolation)、可達性 (Accessibility)來評價其技術(shù)和分級的。將多分支井完井方法分為 1～6S級[10],即:

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

(2)二級完井: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)五級完井:具有三級和四級分支井連接技術(shù)的特點,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,是一個整體性壓力,可通過下套管取得,而不依靠井下完井工具。

(7)6S級 (即六級完井的次級)完井:使用井下分流器或者地下井口裝置,基本上是1個地下雙套管頭井口,把一個大直徑主井眼分成2個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,其連接處要具有機械上的整體性,以解決井壁穩(wěn)定和儲層出砂等問題。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,解決分采問題。支井重入是指各分支井都要與主井眼貫通,實現(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分級標準的某級并確定井身結(jié)構(gòu)類型,設計主、分井筒井眼的結(jié)構(gòu)及相應的完井方法,分支井的選擇取決于產(chǎn)層特征、開發(fā)目的、開采條件、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。選擇與設計分支井時應考慮工藝技術(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)使用先進的多分支井開窗技術(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,研究完井測控安裝技術(shù)。

(5)研究多分支井能夠維護井壁穩(wěn)定、保護油氣層及低摩擦阻力、強抑制、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,必須在跟蹤國外技術(shù)的同時,加大研究力度,要有所創(chuàng)新,盡快開發(fā)和完善該項技術(shù)。

7 結(jié)論與認識

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

(2)多分支井是一項包括鉆井、完井、采油等多項工序的新技術(shù)體系,實施中必須統(tǒng)一規(guī)劃,配套進行。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)多分支井的未來發(fā)展方向是智能化、簡單化,6級分支井系統(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)綜合分析國內(nèi)外多分支井技術(shù)發(fā)展狀況,可以看出國內(nèi)多分支井應用規(guī)模及配套技術(shù)等與世界先進水平相比存在較大差距。因此,應盡快開展多分支井鉆井完井綜合配套工具的試驗研究,以促使我國盡早趕上國外多分支井技術(shù)水平。

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