（油气田开发工程专业论文）多底井、分支井完井技术.pdf

m u l t i p o r ew e l la n db r a n c h - p o r ew e l l c o m p l e t i o nt e c h n o l o g y p o s t g r a d u a t e ：l i ur u s h a n s u p e r v i s o r ：z h a n gq i s p e c i a l i t y ：o i la n dg a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g u n i v e r s i t y ：p e t r o l e u mu n i v e r s i t y a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo f m u l t i - p o r ew e l la n db r a n c h p o r ew e l li s an e wo n ew i t h t h ed e v e l o p m e n to ft h eh o r i z o n t a lw e l l sd r i l l i n ga n dc o m p l e t i o nt e c h n o l o g y i n t h i sp a p e r , t h ec o m p l e t i o nm e t h o d sa b o u tt h e m u l t i - p o r ew e l la n db r a n d p o r ew e l l w e r es t u d i e db yt h ec a r e f u la n a l y s i so ft h et e c h n o l o g ya n d a p p l i c a t i o ns t a t u sa n d a l lw e l lc o m p l e t i o nc h a r a c t e r i s t i c st h e ns o m et y p i c a l c o m p l e t i o ns y s t e m sa n d t h ef o r c eo nt h e c o m p l e t i o nt u b i n gw e r ea n a l y z e dm o r e o v e r , c o n s i d e r i n gt h e p r o j e c to fm u l t i p o r ew e l li ns h e n g l io i l f i e l d ，t h er e l a t e dc o m p l e t i o nt o o l sh a v e b e e nm a d e ，a n dw h i c hh a v e p l a y e de f f e c t i v ew a y t ot h ep r o j e c t a tl a s tt h eb e n e f i t a n d a p p l i c a t i o nf o r e g r o u n d w e r es t u d i e da b o u tt h e m u l t i p o r e w e l la n d b r a n d p o r ew e l l t h ep a p e rr e s u l t sa r ev e r yi m p o r t a n tf o ro i l f i e l dt oe n h a n c et h eo i lr e c o v e r ya n d i n c r e a s et h ee c o n o m j cb e n e f i t k e y w o r d s ：m u l t i - p o r ew e l lb r a n c h - p o r ew e l lc o m p l e t i o nt e c h n o l o g y s a n d c o n t r o l 独创性声明 本人声明所早交的论文是我个人在导师指导r 进行的研究1 ：竹。及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得油大学或其它教育机构的学f t 或让陋而使州过的利 料。1 j 我一同工作的同忐对本研究所做的任何贡献均已7 i ：呛文中作了明确的说明并表示 了谢意。 签名 弘带 年 j 月 j h 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油_ 人学有关保留、使用学位沦义的规定，即：学校有权保留送交论 文的复印件及电子版，允许论文被龠阅和借阅：学校可以公布论文的伞部或部分内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存沦文。 学 导 0 3 年0 5 爿0 5h 秉每聋黟膏r 一_ 。j 笏垒戈叠请1 | 。 机油大学( 华东) 颀 j 论文 第1 章前言 第1 章油吉 1 1 研究的目的和意义 多底井、分支井技术是水平井钻井、完井技术的发展和完善，是一种经 济可行的油阳开发手段。采用多底井、分支井技术，1 _ _ 采油藏，可以由单一主 井眼控制更大泄油面积，极大地增加储层暴露程度，能有效地利用和丌发单 层或多层油藏、裂缝油藏、底水油藏以及各种薄层油藏，是一种建立在改变 液流形态基础上的全新增产措施。它最佳刹用油藏三维几何形状，为原已无 开采经济价值的油藏提供了获利机会，为恢复大修、报废井生产提供了重要 手段，成为延长油藏开采期限使老油用再现生机的重要方法，在提高油田采 收率和经济效益方面显示出了极大的优越性，成为提高油藏开发综合经济效 益的发展方向之一。 水平井技术的发展借助于钻井技术的提高，多底井、分支井技术的发展 则主要依赖于完井技术的提高和完善。完井技术是油f 兀开发f 1 程中的重要环 节，既是衔接钻井和采油1 一程又是相对独立的工程，是从钻开油层开始，到 下套管注水泥固井、射孔、f 生产管柱、排液，直至投产的一项系统一 程。 完井设计水平的高低和完井施工质量的优劣对油井产能和油田开发水平有 决定性的影响。几年前，由于没有合适的完井技术和修井手段，大多数多底 井、分支井为裸眼完成，不具备有选择性地重新进入各分支井眼的能力，限 制了生产工艺和增产措施的应用，因此完井技术成为多底井、分支井发展过 程中需要解决的首要问题。 目前，国外分支井完井技术已取得重大进展，现场应用范围已涉及到各 类油臧，取得了显著提高原油产量和最终采收率的效果。凶此有必要对国内 外多底并、分支井技术发展和应用状况进行综合分析上，通过对各种完井力 式的特点和应用情况进行分析，研究多底井、分支井完井方法和完井方式选 择原则，并对几种典型的完井系统和完井管柱受力进行了分析，对今后多底 外、分支井完井方式应_ 与发展具确重要的意义。 i i 油火学( 华尔) 硕士论文 第l 章i 持吉 1 2 国内外研究现状 12 1 国外多底井、分支井技术发展状况 国外首先开展分支井技术研究的是前苏联，1 9 5 3 年用涡轮钴具钻成一u l o 分支井，原油产量是直井的1 7 倍。在同一时期，美国、加拿大、意大利 等国也钻了一批分支水平井，但是由于受到当时钻井、完井技术和设备的限 制，与当时正在大力推广的水力压裂技术相比，施_ t 叫间长、成本投入大、 增产效果不明显，故分支井技术发展缓慢。 7 0 年代中后期，水平井钻井技术再度兴起，新技术的进步为分支井技术 的发展创造了条件。一些大作业公司如得克萨斯东方公司等重新研究和应用 径向井眼的完井方法。分支井钻井机具和工艺取得了重大突破，分支井技术 的应用不断扩大和发展，这一时期在两西伯利亚、黑海、波里斯拉夫、基涅 尔和乌克兰等地区，在巴仕基里哑的依申拜等十几个油田均采用了分支井技 术。1 9 6 8 年在马尔科夫油l 壬；i 钻成双分支井，该井成本比直井高l2 3 倍，但 钻穿油层的长度却为直井的1 0 5 倍，产量大幅度提高。前苏联一般采用在产 层之上钻直井，然后用涡轮或电动钻具钻5 - 6 个长6 0 3 0 5 m 的倾斜或水平分 支井进入产层，这些分支井的成本只是直井的13 - 1 8 倍，但生产能力却明显 提高。据1 9 7 6 年资料统计，前苏联各产油区油单是有5 一】0 个长8 0 3 0 0 m 的 大斜度和水平分支井眼的分支井就达1 0 0 多口，1 3 个分支井眼、分支井眼 长度3 - 5 0 m 的分支井就更多了。分支井技术自7 0 年代末就已成为前苏联湘 气增产和提高采收率的重要手段。 进入8 0 年代以来，石油资源的递减以及石油价格的低廉导致世界各夫 石油公司极力寻求提高原油采收率和采油效率的经济实用技术，分支井技术 和水平井技术一样成为最令人注目的新技术之一。利用分支井丌采油f h 的计 划与活动开始遍及世界各大洲，试验规模也由单井逐步发展到井组乃至整个 油罔。到1 9 8 0 年，前苏联共钻分支井l 口其中，芏产井5 7 口，勘探井3 6 口，救援井8 口，注水井1 0 口，共有3 2 9 个水平或倾斜分支力二眼，祟及钻 穿油层1 7 5 2 6 0 m ，平均每口分支井钻穿油层1 5 7 9 m ，3 4 个水平分支井眼中最 人长度6 4 0 m ，总长度4 7 2 4 m 。 4 阳n 人学( 华东) 硕十论文 第1 章前 到八十年代未九十年代初，美国、加拿大、英困、法国、沙特等国家的 多家石油公司对分支井技术的开发利用给j 弘了较大投入，微电子技术、电子 计算机和航天测量技术的迅速发展将陀螺测量技术、井底信息传输和数抛处 理等技术引用到随钻测量系统中来，使定向钻井产生了大的飞跃，加上定向 设计、管材质量的改善、导向马达与工具的出现，都为分支井技术的迅速发 展奠定了基础，从而也使陆上和海上利用分支井活动取得了令人震惊的技术 进步和经济效益。现场应用不断增加，应用范围不断扩大，分支井技术进入 了一个新的发展阶段。 九十年代初，美国p e t r o h u n t 公司在a u s t i nc h a l k 地层钻了一口双分支 井，解决了由于租地形状不规则，很难用口水平井开采油田的难题。这 口井裸眼完井后产油3 6 4 m 3 d ，产气4 7 1 0 3 m 3 d ，完井后最初5 个月累计产 油2 3 5 3 2m 3 。浚井钻进a u s t i n c h a l k 产层的成本为6 0 0 美圆米，而单支水平 井要花7 4 5 美圆米，双分支井每天产油o 2 3 8 5 m 3 m ，而单支水平井产油为 0 ，0 4 7 7m 3 m 。 t o r c h 能源公司在a u s t i nc h a l k 地层完成了一il 中半径双分支水平井， 并称首次采用了割缝尾管完井，该井在未经任何增产措施处理的情况下，产 油量为4 3 7m 3 d ，产气量达到9 5 x 1 0 3m 3 d ，产水1 35m 3 d 。 u n o c a ! 公司在加利福尼亚近海钻成i 分支水平井哆三个分支井眼长度 分别为8 5 3m 、9 7 5m 、1 0 6 71 1 3 ，造刳点分别为4 8 0m 、4 8 8m 和3 9 6m ，三 分支井眼均采用割缝尾管和套管外封隔器完成。该公司的4l a 三分支井平均 产油量达到1 2 3m 3 d ，而3 5u 垂直井平均h 产油量只有7 9m 3 d 。 u n o c a l 公司的报告称它的一口b 3 4 三分支井的造价为2 0 0 万美圆而 三口常规水平井的造价为3 0 0 万美圆( 每口1 0 0 万美圆) 。u n o c a l 公司的结 论足：如果早些使用三分支井技术，他们只需用两个平台而不是四个平台来 门- 发d o sc u a d r a s 近海油f 1 了，而且除了平台数量减少外，平台面积也将减 少。u n o c a l 公司正在考虑用i 分支井、四褙平台，j 而不是十二槽3 台柬丌发 北海油闭。 t e x a c o 公司在德克萨斯州羊l | 路易斯安那州交界附近1 0 5 2 x 1 ( ) o m 2 的 b n o o k l a n d 油嗣完成了七口双分支水f z 井，其中a u s t i nc h a l k 分支j f ：水平分 ! 型塑兰三盟堡堡壅 笙! 兰堕童 支井眼长度2 8 7 5m ，测试产油量1 0 6 5m 3 d ，气量1 2 9 1 0 3m 3 d 。咳公司核 算每口双分支井成本5 0 万美圆，比在该油罔所打两口直井要低。 1 9 9 3 年5 月，太平洋联合资源公司在a u s t i nc h a l k 完成 口二分支水平 井， 部水平分支井眼k 度1 4 3 3i t i ，钻在a u s t i nc h a l k 层，乖深2 0 2 41 1 1 ； 中部水平分支井眼钻在g e o r g e t o w n 层，长度1 3 7 21 7 1 ，垂深2 1 9 5m ；下部水 平分支井眼钻在g e o r g e t o w n 层，长度1 4 3 3m ，垂深2 2 2 5m 。= 个分支井眼 均裸跟完成，用27 8 i n 油管合采，该劳成本1 5 0 力美圆。 在分支井发展过程巾，分支井完井技术成为需要解决的首要问题，多家 石油公司对完井工具设备和完井工艺进行了研究丌发，使分支井完并技术提 高到了个新水平。据1 9 9 6 年1 1 月石油与天然气报道，英国b p 公司 已升发出一套专门用于分支井的井控技术。 美国b e c h t e l 公司采用超短半径分支水平井技术取得了显著的经济效益。 到1 9 8 7 年，该公司在加利福尼亚和洛杉矶油田钻成径向水平分支井6 0 0 余 口，井眼直径1 0 16 m m ，水平段长3 0 6 0 m 。该公一可以口直井的i 司一深 度向四周钻出2 4 个辐射状分支水平井眼，在胶结性差的浅地层也能钻4 个 分支水平井眼，但长度一般不超过6 0 m 。另外a b ud h a b i 因家石油公司完 成了一口短半径双分支井来开采两个独立油层，用挠性钻挺及牙轮钻头完成 了几口曲率半径6 - 9 m 的双分支井。阿拉伯石油公司在沙特阿拉伯狄岩油减 完成一口短半径双分支井3 】，钻穿油层4 t 8 ，1 2 m ，其中一个分支井日h 采用 割缝尾管完井，另一分支采用裸眼完成。 b a k e r 公司研制了一种9 5 8 l n 套管内或8 1 2 i n 井眼中下入双分支的系统， 其中包括用于套管或裸眼的可回收斜向器、勾斗式接头和转向装置、选择性 回收工具等。加拿大t o o l m a s t e r 公司与s h a l l 加拿大公司和f r a cm a s t e r 公司 的一个分公司合作，于1 9 9 3 年研制了种预开窗分支井系统，其中包括坐 放段、窗口段、定方位注水泥段、可回收式斜向器和起下工具等。s p e r r y s u n 钻井服务公司、c s 资源有限公司和c a r d i u m ：f ：具公司联合丌发了分支井回 接钻井完井系统，该系统包括套管开窗接头、可回收式斜向器、分支井段悬 挂器、卜送工具等。c s 资源有限公司1 9 9 3a - g j j h 陔系统完成了川一二分支 井，其中一个长6 5 5 m 的分支井眼采用裸眼完， ：，另个7 0 0 m 的分支井眼 4 i 油人学( 华尔) 硕+ 论文 第1 章前言 用割缝衬管完井。1 9 9 4 年至1 9 9 5 年，加拿大西方公司、阿曼p d c 公司、 s p e r r y - s u n 钻井服务公司等利用该系统成功钻成2 0 多l j 分支井。 m a r a t h o n 石油公司与b a k e rh u g h e s 公司联合开发了一种尾管注水泥分 支井完井技术。该技术利用一导向完引导钻井或完井工具进入正确井眼，分 支井眼钻成后，进行测井、f 套管并注水泥崮井完井，然后利用j 一4 定向接 头旋转1 8 0 。，在相反方向钻第二个分支井眼，并测井、卜i 尾管、注水泥固井 完井。这两个分支井眼就好象两个单井一样从各自的管柱开采。1 9 9 3 年 m a r a t h o n 石油公司在怀俄明州成功应用两门井，估计t 这种系统 减少工程投 资2 0 以上。 法圜e l f 公司丌发出主要部件为三孔分眼器的井下分支装置，利用该装 置成功地在a l s a c e 地区的e s c h a u 油开；i 钻成一u 三分支井，其成本为周围直 井的2 倍，但产量却增长了5 倍。 九 - 年代以来，分支井技术持续迅速发展，目前己达到了很高的水平， 分支井眼最大水平位移已达2 1 9 6 m ，油层中水平段长度达1 2 2 3 m ，最浅垂 直深度3 8 2 m ，最火垂直深度为3 2 9 1 m 。新钻分支井和老井侧钻分支井技术 已在陆上和海上全面应用，应用范围包括墨西哥、海湾、美国西海岸、拉丁 美洲、北海、阿拉斯加北坡、非洲、东南亚、意大利和中东等。经过多年的 研究攻关和现场应用，分支井技术已基本成熟，并配套形成系列，可在各种 类型油气田条件f 应用，尤其是为裂缝性灰岩油藏、低水或气顶油臧、低渗 油藏等特殊油减的合理升发提供了手段，取得了显著的经济效益，在世界油 。t 田开发中发挥了越来越重要的作用。 12 2 国内多底井、分支井技术发展状况 1 9 6 0 年在老君庙地区的浅井卜，玉门油阳厅展了吲内最早分支井钻井技 术的尝试。四川油e = 1 在1 9 6 5 1 9 6 6 年问钻成两u 分支井。至八十年代后期， 九卜年代初，随着定向井、水平井技术的迅速发展羽i 成功庸用，对分支井技 术的研究又重新丌展起来，这主要是在胜利油阡i 、辽河油r r l 、地矿部第六普 查大队和海洋石汕总公司渤海l 训1 公司等。掘统计，到h | m 为【i 囝内r 分 _ 支井1 0 余l l 。 z i 油大学( 华东) 硕士论文 第t 辛前等 国内第一口分支井( 多底井) 是玉门油丌 3 2 1 2 9 队于1 9 6 0 年钻成的四 分支井。n t q 油田共钻成分支井6 口，丰要是在老君庙油阳的浅井和中深井 上裸眼完井。通过这6 口井的试验，探索积累了打分支井的初步经验。 1 9 6 5 1 9 6 6 年间，四川箍地在组织进行大斜度定向井科技攻关巾，先后 完成了阳2 6 井和青1 - 2 8 井两口分支井。阳2 6 井位于四j i l 笳地阳高气 f ， 该井技术套管下深9 3 80 8 m ，先在储层内钻73 4 i n 直井眼至1 1 5 3m ；上提钻 具于9 5 3i l l 处钻出一73 4 i n 斜井眼。斜井眼长度3 0 3m ，最大井斜角8 0 0 ， 最大水平位移1 7 9 9 3n l 。青1 2 - 8 井位于j i i 西北厚坝地区，属于单斜砂岩残 余油层，其有效厚度为3 0 4 0i n ，该井沿地层倾角4 5 5 0 0 钻成井深1 2 8 1m 的 73 4 i n 定向主井眼，然后钻出长度分别为1 1 8 m 和1 7 4 m 的两个分支井眼，最 大井斜角6 3 0 ，垂直井深9 7 8 m ，最大水平位移9 8 4 m ，全井井深达1 5 7 3 m ， 横穿气层达到1 3 3 l m ，采用裸眼完井。该井天然气产量成倍增加，为该区块 的勘探开发部署提供了重要依据。 八十年代后期至九十年代初期，随着定向井、水平井技术的日益成熟和 广泛应用，分支井技术在我国重新发展起来。胜利油田完成的s p 2 分支井是 一口位于济阳拗陷东北部的c d 凸起卜的双分支井，主井眼在厚度为1 0 3 0 m 的目的层内钻过9 0 0 m 。陔井水平段长达8 1 7i n ，钻遇油层2 9 层共1 9 4 7m ， 是该区直井油层厚度的3 0 倍，分支井眼在厚度8 2 3 m 的油层内钻穿4 6 0 m ， 探明了油水界面，为准确计算石油地质储量提供了依据，达到了一井多用的 日的。 1 9 9 1 年，地矿部第六普查勘探大队在草舍油田断块构造卜钻成一 1 三分 支井一苏东2 0 1 井。钻井时依次完成a 、b 、c 三个分支井眼，a 分支井眼 造斜点深1 7 5 0i t i ，完钻井深1 9 4 01 t i ，最大井斜角3 3 。，水平位移4 0 51 t i ； b 分支井眼造斜点深2 0 5 0 m ，完钻井深3 0 2 8 m ，最大井斜角2 4 5 。，水平 位移2 4 5m ：c 分支井眼造斜点深2 2 1 0n 1 ，完钻井深2 7 7 li n ，最人井剁角 6 4 。，水平位移7 01m 。a 、b 、c 三个分支井眼的方位角分别为2 9 6 。、2 8 5 。、 1 2 5 。，累计裸眼k 度8 2 1 41 1 2 ，累计井深4 9 3 91 1 1 ，水甲何移7 2 0n 1 。咳 与 例地区直扑相比，总钻井赀州为1 6 8 ：1 ，i 、p 位进尺成本为5 8 ：l ，儿练f 经济 效益要远比直井和单井眼定向井好，其中钻时费用节约4 0 4 力元，套管和i 水 i i 油人学( 华尔) 硕+ 论文 筇i 章前。! i 泥等材料费节约6 0 万元，此外还节约了大量的油建工程费、地面搬迁赀、 占地费和测试费等，同时，大幅度提高了油井产量，为丌发断块油减提供了 经验。 1 9 9 5 年3 月，海洋石油总公司和渤海石油公司在渤海花岗岩地层完成了 c f d 一6 2 d s 小曲率半径分支井。该井在井深2 9 9 7i t i 、最大井斜7 5 。的基础上 侧钻分支井眼，分支点在井深2 9 3 8m 、井斜角7 2 。处，分支井眼长度3 4m ， 最小曲率半径4 7 81 2 1 ，平均曲率半径2 9m ，最大造斜率9 3 0 2 。3 0m ，达到 了设计要求。第一分支井原油产量2 0i t l 3 d ，第_ _ 二分支眼井虽然只有3 4m 长， 但由于钻遇较理想的裂缝，获得日产3 3 0 m 3 d 的工业油流，既节约了大量资 金投入，又为开发渤海的裂缝性油气藏开辟了。条新途径。 虽然国内有多家单位完成了1 0 余l j 分支井的试验，并在一些井一卜- 是取 得了明显效果，但总体来讲，规模不大，效益也不够理想。由于受钻井、完 井工艺及_ l 二具不成熟的限制，因内所完成的分支井大多采用裸眼完井，造斜 点不能密封，分支井眼及井筒不能封隔，不能有选择性的重新进入分支井眼 对油层进行改造，缺乏密封水淹层的手段和分层采油的方法，从而使得分支 井的有效寿命缩短，潜在效益也难以得到发挥。 随着定向井、水平井技术的不断发展及国外分支井技术的成功应用，国 内已开始意识到研究开发分支井技术的重要性。目前，胜利油嗣、渤海石油 公司、南海西部石油公司、辽河油 = | 、火港油罔、江苏油罔等都在 ：展或计 划开展分支井技术的研究攻关。 1 3本文研究的主要内容 本论文在国内外凋研的基础卜，针对多底井、分支井的完井方式，对以 下内容进行研究： 1 、对多底井与分支井进行分类，对其开采特点进行分析，并对技术应 用进行阐述； 2 、对多底井与分支井的完井方式进行研究； 3 、对多底井与分支井的完井技术进行研究； 4 、克外管柱力学分析； i i 汕大学( 华东) 硕十沦文第l 章前言 5 、多底井、分支井效益及应用前景分析； 6 、分支井完井工具的研制情况 7 、分支井完井技术研究取得的成果及现场应用实例 i i 汕人学( 华尔) 硕十论文 第2 章多底外、分支扦的分类、特点及麻j | 第2 章多底井、分支井的分类、特点及应用 2 1 多底井、分支井的分类 多底井、分支井其实是源于同一技术概念的不同叫法，指从同一个主井 眼( 包括直井、定向井和水平井) 的1 i 同位置、不i 司深度向储层延伸，侧钻 出2 个或2 个以上的分支并眼，并通过一个井n 和主井筒采液的井。 按造斜率分类，即决定井眼从主井段转向水平分支井段的距离分为：长半径、 中半径、短半径和超短半径水平分支井四大类。 按分支井的布井方式和井身结构分类，大致有以下几种形式： 反向双分支井 在同一产层中从主井眼向相反方向延伸的两翼分支井，称为反向双分支 井。如图2 1 所示。 平行双分支井 在同一产层不同深度或不同产层从二l 三井眼向同一方向延伸的分支井，称 为平行双分支井。如图2 2 所示。 s i 图2 - i 反向双分支井示意图 图2 - 2 平行分支并示意图 尘型坠釜l 堂垄! 堕堡塞 笙! 童童堕! l ：坌塞苎塑坌鲞：壁生丝生型 ( 1 ) 多分支水平舛： 在同一地层深度做放射状分布或从主井眼内所钻的某一分支井眼内再 向地层不同方向水平延伸的井，称之为多分支水平井。如图2 - 3 所示。 l ”4 f l h i l 广套：一 图2 - 3 前苏联1 9 5 3 年完成的十分支井 图2 - 4 多层薄油层的多底分支井 ( 2 ) 多层分支水平井 在不同油层、不同深度设计的 多分支井。见图2 - 4 。 ( 3 ) 多底水平井 从地面钻一口大直径的直井至 储层，在其井底钻一个更大的工作 室，在工作室底部向周围钻一批径 向分布的水平井。如图2 - 5 所示。 多底井、分支井除上述几种较为常 见的形式外，还有其他不同形式， 采用l ! j j | i 中形式要根据油减地赝特 点、地面条件和生产需要选择，住 莹懂一 图2 - 5 多底分支井示意图 t i 油人学( 华尔) 硕：论文 第2 章多底升、分支井的分类、特点及心川 此不再介绍。 2 2 多底井、分支井的开采特点 与普通定向井、水平井、侧钻井相比，多底并存在多个窗口和分支井眼 连接处，需要实现主井眼与分支井眼的分支连接，分支连接处要求一定的机 械稳定和液压密封；需要实现选择性进入各分支井眼或主井眼，完成修井和 增产作业；要求更精确的井眼轨迹，确保能准确地将完井管柱下到预定位置， 井眼能通过所要求的油层区域。尽管分支并的形式多种多样，但其共同之处 是享有同一个井口和主井眼，应用中主要具有以下特点： ( 1 ) 能缩短钻井时间，节省侧向分支点以 二钻井及下套管费用。 ( 2 ) 生产时，使用同一主井眼和井r ，节约井口设备、机械采油设备 和集输管线投资。 ( 3 ) 利用老井侧钻分支井时，能充分利用原井筒，不仪提高大修井、 废弃井的利用率，减少成本投入，而且能减少油藏地质上的1 i 确定性，减少 投资风险。 ( 4 ) 最大程度地减少井数，既减少了生产用地和地面设施，又能消除 或减少因采用其他增产措施造成的环境污染和生态影响。 ( 5 ) 以较小的成奉完成较大的水、f 位移，增犬泄油面积，降低并底流 压，提高采油速度。 ( 6 ) 可以根据油藏情况合理分布分支井眼，充分利用油藏能量和条件， 有效地利用较少的分支井开采有隔层的厚油层或多层油藏。 ( 7 ) 单位井限长度钻井成本低，分支井眼能向不同方位延伸，有利t 开采形状复杂的断快、油藏。 ( 8 ) 可以在一个主井眼中实施提高采收率措施，即将个分支 ：眼作 为注入井限，而其他井眼作为生产井。 2 3 多底井、分支井的技术应用 理论r ：，多底并、分支井技术是提高油田采收率的技术途径，町以应用 堑独叁：! ：! 兰垒! 堡堡文第2 章多底外、分支卜的分类、特点及成j 于任何油气减的开采，随着其技术的不断完善将逐步推，。应用到各类油气 臧。以下是目前多底井、分支井应用效果较理想的几个方面： ( 1 ) 利用老井侧钻分支井，恢复提高老区产能 掘幽外资料介绍，在老区调整中，利用原有低产井、报废井侧铺一个分 支井眼的成本仅为钻口新井的2 2 4 5 ，与钻新井相比，可节省投资 1 0 - 5 0 。这种新的开采方法特别适用于低渗透油藏、裂缝性油气藏，产量卜 降或水淹油气井，侧钻分支井的产量极为常规赢井的3 8 倍具有很好 的经济效益，是恢复提高老区产能的一种经济有效方法。 ( 2 ) 利用分支水平井，高速高效丌采裂缝性油藏 ，1 ：采非均质裂缝性油气藏时，由于水平分支井眼能穷过大量直井或水平 井难以钻遇的天然裂缝，从而可获得很好的增产效果。研究表明，分支水平 井开采裂缝性油藏的采油指数为直井的1 0 倍以卜_ ，国外实际生产数据有的 达到常规直井的2 0 倍。很多文献资料认为，丌采裂缝性油气藏是分支水平 井的首要用途，而利用分支水平井是高速高效开采裂缝性油气减的最佳方法 之一。 波尔斯拉油藏开采局在一个以3 0 8 01 2 q 的密集井距开采了数十年已接 近完全枯竭的裂缝性砂岩油藏中钻了一u4 分支水平井，其产量为1 5 - 2 8 t d ， 而邻井产量只有0 1 2t d 。 ( 3 ) 利用侧钻分支水平井，提高薄油层产量 实践证明，侧钻分支水平井是丌采薄油层的有效手段。l o m i t as u r 油 位于阿根廷n e u q u e n 箍地内部分油区的产量已经非常低。1 9 9 6 年初，y p f 公司对1 9 8 号井进行了钻侧钻分支水平井试验，为延长该油f _ 兀的丌采期带来 了生机。 1 9 8 号井是该油h 典型的低产井，油层为致密砂岩地层，埋深1 1 0 0 m ， 厚度2 - 5 m ，低水活跃，平均孔隙度1 8 ，渗透率3 0 x t 0 。t a m 2 。该试验是y p f 公司为寻找一种能够最大限度地减少出水方案所进行的儿个试验项闩之， 在进行侧钻的同时，还进行了其他技术试验，结果证明，侧钻水平井通过保 持泄汕井u i ：l 远离汕水界面，使得降低含水率的效果最佳。 ( 4 ) 老井多点多向侧钻，开发因水锥等原因造成的死油区和顺部剩余 4 i 油人学( 华东) 硕士论文 第2 章多底井、分支升的分类、特点及心川 油。这种分支井井段较短，因此一般采用尾管挂割缝衬管或裸眼完井。 ( 5 ) 用于蒸汽驱稠油油藏开采，其特点是每个分支井眼都相当于 口常规井。 ( 6 ) 用于注水驱替类低压油藏丌采。 ( 7 ) 用于中小区块透镜体类油气藏丌采。 ( 8 ) 用于海上油田开采，可以减少海上钻井平台和隔水管数量。 _ i 油人学( 华尔) 硕十论文 第3 章完什方式研究 第3 章完井方式研究 3 1 完井方式的选择与应用 完井是油踊丌发中的一项重要工作，油藏开发方案和井下作业措施都要 通过完井管柱来实现。目前完井方式有多种类型，但都有其各自的适用条件 和局限性。只有根据油气藏的类型和油井情况合理选择完井方式，才能够充 分延长油气井寿命，有效地丌发油气田，提高油r 只玎发效益。合理的完井方 式应根据油田开发方案的要求，做到充分发挥各油层段的潜力，完井管桩既 能满足油井自喷采油需要，又能满足后期人工举升需要，同时还要为修井和 必要的并下作业措施创造良好的条件。 完井方式要力求满足下列要求： 油、气层和井筒之间应保持最佳的连通条件，油、气层所受的伤害最 小； 油、气层和井筒之间应具有尽口丁能大的渗流面积，油、气入井的阻力 最小； 应能有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜，防止层间干扰： 应能有效的控制油层出砂，防f e 井壁坍塌，确保油井长期生产： 油井管柱既能适应自喷采油的需要，又要考虑到与后期人1 举升采油 相适应： 应具备分层注水、注7 i 、分层压裂、酸化及堵水调剖等井f 作“ a y “3 1 ，施 的条件： 稠油开采能达到注蒸汽热采的要求； 施工1 艺简单，经济效薷好。 基于上述要求，目前国内外最常见的完井方式有套管或尾管固井射孔完 井、裸眼完井、割缝衬管完井、裸眼或套管砾石充填完井等。各种完井方式 都有其各臼的使用条件及局限性，完井方式的选择必须在充分了解油减陀质 的基础j ：，结合t ，井、完井、采油等各方而情况综合考虑。 _ i 油人学( 华东) 硕十论文 第3 章完升方式研究 31 1 射孑l 完井方式 射孔完井是国内外最为广泛和最主要应用的一种完井方式，包括套管射 孔完井和尾管射孔完井，适用于大多数的油气臧。 套管射孔完井是钻穿油层直至设i t 井深，然后f 油层套管至油层底部注 水泥固井，最后下射孔枪射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某 一深度，建立起油流通道。套管射孔完井既可选择性地射开不同压力、不同 物性的油层，以避免层问干扰，还可避开夹层水、底水和气顶，避开夹层的 坍塌，具备实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。 尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后，下技术套管注水泥固井，然后 用小级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管 上。尾管与技术套管的重合段一般不小于5 01 i 1 ，对尾管注水泥固并，然后 射孔。尾管射孔完井时由于在钻开油层以前上部地层己被技术套管封崮，因 此，可以采用与油层相配伍的钻井液以平衡压力、欠平衡压力的方法钻开油 层，有利于保护油层。此外这种完井方式可以减少套管重量和水泥用量，从 而降低完井成本，目前较深的油、气井大多采用此方式完井。 3 1 2裸眼完井方式 裸眼完井方式有两种完井工序。 一种是钻头钻至油层顶界后，下技术套管注水泥固井。圃井后再从技术 套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻丌油层至设计井深完井。 厚油层适合于裸眼完成，但上部有气顶或顶界邻近又有水层时，也口j - 以 将技术套管下过油气界而，使其封隔油层的上部分然后裸眼完井，必要时再 射开其中的含油段，此完井方式又称为复合型完井方式。 裸眼完井的另+ 种工序是不更换钻头，直接钻穿油层至设计井深，然后 下技术套管至油层顶界附近，注水泥崮井。同井时，为了防止水泥浆伤害套 管鞋以f 的油层，通常存油层段挚砂或替入低失水、高粘度的钻井液，或者 在套管r 部接管外封隔器和注水泥接头，承托环窄的水泥浆，以防水泥浆下 沉。 裸恨完井的最主要特点是油层完全暴露，凶而油层具有最大的渗流 积，这种井称为水动力完善井，其产能较高。裸眼完井虽然完善程度高，但 i i 油人学( 华东) 硕士论文 螽：；3 章完 方式研究 使用局限性也很大，砂岩油、气层，需要压裂改造的中低渗透层无法采用裸 眼完井。碳酸盐油气层，包括裂缝性油气层大多采用裸眼完井，如7 0 年代 l f l 东的不少油田，华北任丘古潜山油阳，四川气i t l 等大多使用裸胀完井。后 来由于裸眼完井难以进行增产措施和控制底水锥进，以及射孔技术的进步， 现多转变为套管射孔完井。水平井丌展初期，8 0 年代初，美国奥斯 一的门 垩系碳酸盐垂直裂缝地层的水平井大多为裸跟完井，其他国家的一些水平并 也采用裸眼完井，但到8 0 年代后期，大多采用割缝衬管或带管外封隔器的 割缝衬管完井。目前由于水平段的加长和钻分支井眼的需要，有许多技术问 题裸眼完井难以解决，因此采用裸眼完井就更少了。 3 13割缝衬管完井方式 割缝衬管完井方式也有两种完井工序。一是用同一尺寸钻头钻穿油层 后，在套管柱下端连接衬管下入油层部位，通过套管外封隔器和注水泥接头 固井，封隔油层顶界以卜环形空问。 由_ f 此种完井方式井下衬管损坏后无法修理或更换，因此一般都采用另 一种完井工序，即钻头钻至油层顶界后，先下入技术套管注水泥固井，在从 技术套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至没计井深，最后在油层部位下 入预先割缝的衬管，依靠衬管顶部的衬管悬挂器将衬管悬挂在技术套管上， 并密封衬管与套管之间的环形空间，使油气通过衬管的割缝流入井筒。 这种完井工序油层不会遭受固井水泥的伤害，可以采用与油层相配伍的钻井 液或其它保护油层的钻井技术钻丌油层，当割缝衬管发生磨损或失效时也可 以超出修理或更换。 割缝衬管完井方式是当前t 要的完井方式之一，它既能起到裸眼完井的 作用，又防j e 了裸眼井壁坍塌堵塞井筒，同时在一定程度上起到防砂作用。 由卜这种完井方式工艺简单，操作方便，成本低，故在一些出砂不严重的巾 粗砂粒油层中广泛采用，特刖存水平井中使用较普遍。 3 14管外封隔器完并方式 这种完井方式是在j r 眼龟i i 出以后，根据油藏情况及_ i 产需要将管外封隔 器及完井管柱配接好一次卜| 入片中设计位置，在清沈) 艮后，注水泥6 性封封 _ l 油人学( 华东) 硕+ 论文 第3 章完仆方式删f 究 隔器完井。该完井方式既能有效避免水泥浆对油层的污染，有能防止井壁坍 塌，同时能依靠管外封隔器实施层段的有效分隔，按层段进行作业和生产控 制。其缺点是完井井跟通径较小，层段分隔的有效程度取决于封隔器的寿命 及封隔密封件的性能。主要用于胶结疏松宜出砂的油藏和注水丌发油阳，用 j 二封卡控制高压水层或气层。 3 1 5防砂完井方式 1 、砾石充填完井方式 对于胶结疏松出砂严重的地层，一般应采用防砂完井方式，最常用的防 砂完井方式是砾石充填完井方式。该完井方式完井工序是先将绕丝筛管下入 井内油层部位，然后用充填液将在地面上预选好的砾石泵送至绕丝筛管与井 眼或绕丝筛管与套管之间的环形空问内，构成一个砾石充填层阻阻挡地层砂 流入井筒，达到保护井、防砂入井的目的。 为适应不同油层特性需要，裸跟完井和射孔完井都可以充填砾石，分别 称为裸眼砾石充填和套管砾石充填，对于一个多层且需要防砂的油井应按照 油藏开发的要求，将油层划分为几个层段分段防砂，称为多层砾石充填。 在地层条件允许使用裸眼完井时，就应采用裸眼砾石充填完井方式。其工序 是钻头钻达油层顶界以上约3 m 后，下技术套管注水泥固井，再用小一级的 钻头钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深，然后更换扩孔钻头将油层部位的井 径扩大到技术套管外径的1 5 - 2 倍，以确保充填砾石层有足够的厚度，提高 防砂效果，砾石充填层的厚度一般不小于5 0 m m 。 套管砾石充填完井工序是：钻穿油层至设计井深后，下油层套管于油层 底部，注水泥固井，然后对油层部位射孔，射孔时采用高密度、大孔径、深 穿透射孔，以增大充填面积，有时还要把套管外的油砂冲掉，以便于向孔眼 外的周围油层充填砾石，避免砾石和地层砂混合增大渗流阻力。 2 、其他防砂完井方式 除砾石充填完井外，常用的防砂完井方式有预充填砾石绕丝筛管、金属 钎维防砂筛管、陶瓷滤砂管、粉末冶会防砂管、多层充填井下滤砂器等滤砂 管防砂完升和化学固砂完井。 “油人学( 华尔) 硕十论文 第3 章完井方式研究 3 2 多底井、分支井完井技术 分支井技术带来的增产效果已经得到了普遍认可，然而，几年以前，由 于没有合适的完井技术，大多数分支井采用了裸眼完井，没有下尾管或完井 设备，不具备有选择性地重新进入各分支井眼的能力，也不能进行修井和措 施作业，因此分支井完井技术成为分支井发展过程中需要解决的首要技术问 题。多底井、分支井完井的关键在于分支井眼连接处的力学完整性、水力密 封性和再进入分支井眼的能力，在综合了中、短半径水平井、侧钻井等完井 技术的基础上，通过对管柱下入、井筒清洗、封隔、固井、回接、悬挂、射 孔等作业工艺和工具不断的研究改进，分支井完井技术逐步完善配套。 目前，分支井完井技术有了长足进步，分支井完井方式多种多样，卜- 有 完井设备分支井的数量大量增加，许多过去钻裸眼井的公司都在计划在今后 的分支井中采用更合理的完井方式，使用新的完井系统，以便封隔和重新进 入各分支井眼。 3 2 1分支井完井方式及完井系统选择时所考虑的因素 分支井井眼系统包括多底分支井、辐射状分支井、主井眼为直井的分支 井、水平分支井( 主井眼为水平井) 、反向分支井以及多层分支井等类型。 对于给定油藏，如何选择分支井的形式是一种挑战，要综合考虑油藏、钻井、 完井、采油及井下作业等各方面的因素。在油藏工程方面，分支井段泄油面 积的连通程度是虽重要的因素。对于多产层油臧，主井眼宜为直井：对于单 一油藏，当水平渗透率各向差异性非常显著时，主井眼宜为水平井眼。对于 钻井来说，要考虑弯曲井段的钻井工艺、钻井殴备、井眼尺寸等因素。对于 完井方面，必须考虑有利于防止井眼坍塌和井口艮密封，有利于分支井眼的重 复进入，确保油井长期有效生产以及后期井下作业的顺利实施。 在选择完井方法时，应根据储层类型、计划的采油生产情况、人工举升 工艺、作业措施及经济性综合考虑下列斟素： 油藏类型； 分支井眼m 率半径； 各分支井眼之m i i 的封隔： j 立堂! 兰尘! 堡堡兰 堡! 兰塞苎塑苎竺塑 h - _ - 一 ，一 油井生产期间要进行的修井作业类型； 流体控制方法； 各分支井眼的完井方法： 分支井眼入口出的完整性及重复进入问题； 技术及经济风险。 3 22 多底井、分支井完井方法 分支井完井技术主要解决分支井眼与主井眼连接、各分支井之间的密 封、分支井眼流体控制的方式和分支井眼的重复进入等问题，由于分支井的 形式及用途不同，因此采用的完井方式也各不相同。目前分支井方式主要有 裸眼完井、割缝衬管完井、注水泥固井完井、分采管柱完井等方式其特点 和应用范围各有区别。 1 、裸眼完井 裸眼完井的特点是裸眼井段不用套管， 作业简单，成本低，但一i 能防止井壁坍塌， 不易实现井眼重复进入，也不能保证分支井 眼与主井眼连接处的密封应用范围受地层 限制，主要用于碳酸盐岩等坚硬不坍塌地 层，特别是一些垂直裂缝地层。但是，由于 受到完井技术进步限制，到1 9 9 2 年，仝世 界完成的1 0 0 0 余口分支井中，绝大部分都 采用了裸眼完井技术，如图3 i 所示。 2 、割缝衬管完井 图3 1 镍眼完井 割缝衬管完井可以防止井壁坍塌，但不能实现分支井眼的有效分隔，且 施工工艺比较复杂，现场应用受到了技术条件的限制。进入9 0 年代以后， 随着分支井技术的不断研究和完善，闲外开始采用割缝衬管进行分支井完 井。 1 9 9 2 年，t o r c h 能源公司丌发了一种在双分支井中坐放两套衬管杜的方 法，并在该公司于a u s t j nc h a l k 钻成的吖】反向分支井( b a s d e r lh t ) i _ ) 井巾获得了成功应用p i ，完井程序见图32 和图3 3 ，这是第一几采用割缝 i i 油火学( 华东) 硕十论文 第3 章完外方式研究 衬管方法完井的反向分支井。完井工艺过程要分步实施，在井眼清洗完牛， 完成完井准备后，首先进行第一分支井眼施工，将带有巾8 9 m m 割缝衬管的 中1 4 0 m m 尾管段和尾管挂卜- 入井内，在井底弯头的导引卜，巾8 9 m m 割缝管准 确进入第一分支井眼，