第八章 多分支井钻完井.ppt

第八章多分支井钻完井技术 第一节概述 第一节概述 一 多分支井的概念及意义 一 多分支井的定义多分支井是指在一口主井眼的底部钻出两口或多口进入油气藏的分支井眼 二级井眼 甚至再从二级井眼中钻出三级子井眼 并将其回接在一个主井眼中 主井眼可以是直井 定向井 也可以是水平井 分支井眼可以是定向井 水平井或波浪式分支井眼 多分支井可以在一个主井筒内开采多个油气层 实现一井多靶和立体开采 多分支井既可从老井也可从新井再钻几个分支井筒或再钻水平井 第一节概述 二 多分支井的优点多底 分支井开采工艺技术是在定向井 大斜度井和水平井技术基础上发展起来的一项新的钻采工艺技术 并在九十年代得到了迅速的发展 被认为是提高油气井经济效益最富创新 最有意义的技术选择之一 第一节概述 多底 分支井以增加油井产量 提高采收率 降低油田开发成本为目的 与其它钻采工艺技术相比 具有以下优点1 增大井眼与油藏的接触距离 增加进油面积 提高扫油效率 从而增加油井产量 提高油田采收率 2 能有效开采多油层井段的复合油气藏 用较少直井同时开采多套油气层系 3 能有效开采稠油油藏 衰竭油藏 天然裂缝和致密油藏 增大油藏裸露面积 第一节概述 4 能有效地开发地质构造复杂 断层多和孤立小断块 小油层 扩大并沟通它们之间的区域连通 5 改善油藏动态流动剖面 降低锥进效应 减少或延缓出砂的潜在可能性 提高应力泄油效果 6 从主井眼加钻分支井眼 可增加油藏内所钻的有效进尺与总钻井进尺的比率 从而降低了钻井总进尺数 降低了钻井成本 7 在海上平台钻多底 分支井 能有效地实现老平台增油增产 提高开发水平 增加经济效益 第一节概述 8 由于大量井位目标可以从少数几口井中用多底 分支井钻达 井口槽中的井数可以大为减少 从而降低了平台建造费用 9 由于地面井口的减少 相应的地面工程 油井管理等费用也大大降低 增加了油田开发的经济效益 10 对经济效益接近边际的油田 通过钻多底 分支井降低开发费用 使其变为经济有效的开发油田 总之 采用多底 分支井开发油田 可以增加产量 降低成本 减少风险 具有很大的潜在经济效益 第一节概述 三 多分支井的缺点与普通定向井 水平井相比 分支多分支井的缺点 1 完井风险大 可能丢失分支井眼 沟通不了油藏 2 增加泥浆对油层的浸泡时间 可能造成油藏伤害 第一节概述 3 在分支井眼洗井作业时 因各分支井眼不同的要求 可能牵涉到的过程较复杂 4 操作费开支由于风险因素的存在而无法完全确定 第一节概述 二 分支井的分类及适用范围 一 多分支井的分类与分级随着钻井技术的发展 分支井眼的数量 方向以及与主井眼的连接方式也在不断增加 形成了繁多的多分支井族 第一节概述 目前世界各国所采用的多分支井主要有下列类型 1 叠加式双分支或三水平分支 从一个主井眼在不同的层位向同一方向侧钻出两个或三水平分支井眼 2 反向双分支井 从主井眼向两个不同的方向侧钻出两个水平井眼 3 二维双水平分支井 Y形多分支井 从一个主井眼在同一平面内向不同的方向侧钻出二个水平井眼 由于其形状像一个倒写的 Y 所以也称Y形多分支井 第一节概述 4 二维三水平分支井 从主井眼在同一平面内侧钻出三个水平分支井眼 5 二维移位 offset 四分支水平井 是先钻一水平井眼 再于水平井眼内的气个不同位置向同一方向侧钻出水平井眼 第一节概述 6 二维反相四水平分支井 鱼刺形水平分支井 是先钻一个水平井眼 然后在水平井眼的不同位置侧钻出3段方向相反的水平井眼 因其形状象鱼刺 所以又叫鱼刺形多分支水平井 7 叠加 定向三分支水平井 U形井 是先钻一水平或定向井眼 再在水平或定向井眼的不同位置侧钻出2段水平井眼 第一节概述 8 辐射状四分支水平井 是从一个主井眼向不同方向和不同的层位侧钻出4个水平或定向井眼 9 由垂直主井眼侧钻的辐射状三分支井 主要特点是保留了直井眼 井组实际上是由直井眼和3段侧钻的分支井眼组成 10 叠加辐射状四分支井 是在不同的层位从垂直主井眼分别侧钻4个水平井眼 这种井多用于重油开发 第一节概述 多分支井按造斜半径分为四类 1 长半径分支井 2 中半径分支井 3 短半径分支井 4 超短半径分支井 第一节概述 以上四类分支井 短半径分支井应用最广泛 多分支井按井眼轨迹分为四类 1 主井筒为直井的双分支井 2 主井筒为直井的三分支井 3 主井筒为水平井的三分支井 4 主井筒为水平井的梳齿状分支井 二 多分支井应用范围表8 1多分支井的应用范围 第一节概述 三 国外分支井技术的发展状况 一 前苏联的多分支井技术20世纪50年代初 前苏联工程师格里高扬提出了 生产层中的井眼分叉能够扩大油层的裸露面积 如同一颗树的根露于土壤一样 的理论 著名科学家查偌维奇在格里高扬理论的基础上提出了 在均匀渗透率的产层中的分支井可以提高石油产量 并与分支井的数量成正比 第一节概述 1952年 在巴什基里亚 卡尔塔什夫油田成功地进行了第一批试验 在66 45井 一些分支井的井底距离达300米 几乎是直接穿透产油层的80 前苏联的水平井技术主要表现在钻水平分支井方面 到1975年前苏联共钻进了30多口分支井 第一节概述 他们的典型做法是将垂直井打到产层之上 而后使用涡轮钻具或电动钻具 钻5个或6个倾斜成水平的分支井眼 使之在油层中延伸60 300米 每口分支井的钻井成本为一口直井钻井成本的1 3 1 8倍 但其产量增加最高达17倍 第一节概述 为加速建设这样的系统 前苏联制订并批准了利用水平井和分支井开发油田的新设计 1990 1995年在11个试验区和油田推广新的工艺系统 认为最有效地利用水平井和分支井的条件是 厚度小的产油层 低渗透和非均质油层 垂向裂缝发育的油层 有底水的油气藏 大陆架区域的油藏 高粘性油藏和天然沥青矿藏 第一节概述 到1990年 前苏联共钻111口分支井 其中开发井57口 探井36口 救险井8口 注入井10口 在这些井中 共有329个倾斜成水平的分支 它们在油层中总长度为175260m 分支井主要分布在巴什基尔 克拉斯诺达尔 乌克兰 古比雪夫 斯达夫洛波兰斯克和乌兹别克斯坦 第一节概述 1992年 科米石油生产联合体与柏朝拉石油设计院 北方天然气公司 全苏油气工业经济管理研究所等单位共同合作 确定了钻多分支井开发油田的方案 在亚列格油田拉也尔区块 有两个生产层 按上方案 每层布置3口分支井 每口这样的井可代替13口直井 第一节概述 在亚列格1号分支井的钻井过程中 试验了导向钻井工艺和13种钻具组合 其中包括带螺杆造斜器的钻具组合 马达传动轴之间带有弯角的钻具组合 绞接的转盘钻具组合 带柔性件的钻具组合等 平均造斜率达7度 10m 局部井眼造斜率达18 2度 1Om 曲率半径为33m 一口这样的井可代替13口直井 第一节概述 二 美国的多分支井技术美国和其它国家的多分支井钻井是在20世纪90年代以后开始进行的 但发展速度很快 截止到1998年已钻进1000多口多分支井 仅在奥斯汀白垩系地层就钻进了300多口裸眼多分支井 这种裸眼多分支井在美国 加拿大和中东等地区越打越多 并将其视为最有商业价值的工艺技术 达拉斯地区多分支井钻完井技术发展非常迅速 被认为是世界上使用该工艺最为广泛的地区之一 第一节概述 美国马拉松石油公司和贝克 休斯公司联合开发了一种用于分支井的注水泥尾管完井的井下系统 该系统利用一个定向短节将钻井工具引人适当井眼 第一个分支井筒钻成后测井 下尾管固井 然后将定向短节旋转180 o朝相反方向钻第二个分支井筒 完钻测井后下尾管固井 两个分支井筒作为独立的井眼 用一个带分流心轴悬挂器的专用井口装置分别通过一个生产管柱 1993年在美国怀俄明州的Garland油田两口井上成功地试用了该系统 这种双分流系统能使海上钻井费用减少10 20 而且还不包括因减小钻井平台而节省的费用 第一节概述 Bechtel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 该技术采用高压水力射流破岩形成水平井眼 到1987年已在加利福尼亚和洛杉矶油田钻成径向分支井600余口 井眼直径 101 6mm 水平段长30 60m 能在一口直井的同一深度向四周钻出24个辐射状分支井 在未胶结的浅地层钻4个分支井筒一般不超过60h 第一节概述 超短半径分支水平井钻井设备和工具包括 地面设备主要有一台输出功率为1176KW 额定压力为844MPa的压裂泵 一台常规修井机 一台盘管车和地面测量仪器 井下工具主要有水力破岩钻头 ERW钻管 扩眼器 斜向器及高压导引和控制机构等 并配有专门的测斜仪和射孔器等 第一节概述 三 加拿大的多分支井技术加拿大ToolMaster公司 Shell加拿大公司和FracMaster公司的一个分公司合作开发出一种预开窗分支井系统 并于1993年底研制出全尺寸样机 1994年3月Shell加拿大公司在Midale油田首次使用该系统钻成一口对称双分支井 10w2井 采用裸眼完井 该系统由永久安装在井眼内的坐放 窗口段 带衬管 定方位注水泥段和可回收式斜向器及起下工具组成 第一节概述 四 法国的多分支井技术在法国的Eschau油田 由Elfaquitain油气公司于1984年开始在井深792米完井的一口多分支井 三个井眼 其中一口垂直井 两口近水平井 每天产油24方 这口井的产量是油田中普通井产量的5倍 法国Elf公司开发出一种井下分支装置 主要部件是一个三孔分眼器 根据需要可以是双孔或多孔 每个孔眼直径是63 5毫米 该分眼器随直径为244 5毫米的技术套管一起下入到油层上方某一深度 注水泥时技术套管与其一起封固 再将一种专用连通工具下入到分眼器上 对准分支井眼后 用139 7毫米的立管柱将立管柱将分眼器与地面连通 钻具通过139 7mm立管柱下入 钻成直径为63 5mm的井眼 然后通过分眼器上方的引导键将连通工具和立管柱转到其它孔眼上 钻成第二和第三个分支 钻完分支井眼后 将连通工具与立管柱起出 下入直径为50 8mm的割缝尾管完井 然后在244 5的技术套管内下入直径为73mm的油管和井下泵 使用一套采油装置同时开采三个分支井眼 该装置已成功地在Alsace地区的Eschau油田钻成一口三分支井眼 其成本为周围其它井的2倍 但产量则比其它井增加了5倍 第一节概述 五 英国的多分支井技术英国石油公司于1996年开发出一套用于分支井眼的井控技术 该公司提出了一套计算最大允许井涌量和井口最大允许压力等井控参数的计算公式 编制出分支井井控设计树 指出了分支井井控与常规井井控的不同及应该特别注意的地方 给出了分支井井涌控制 井涌检测的方法步骤及关井和压井程序 并进行一口双分支井井控实例演示 认为分支井井控的主要难点在于应该使用所有井眼中最薄弱地层计算井口最大允许压力 如何判断井涌是发生在正钻分支井眼中还是在已钻分支井眼中 长井段 小直径 大角度的分支井眼通过产层时 潜在的井涌即剧烈又危险 在分支井眼起钻时 抽吸压力要比常规井眼高 当钻柱在正钻分支井眼中而已钻分支井眼又发生井涌时 因为不能很快地循环钻井液压井而使井控作业复杂化 在使用预开窗分支系统时 预留窗口往往是井控的最薄弱点 第二节分支井钻完井工艺 第二节分支井钻完井工艺 一 分支井钻井技术 一 钻井设计的原则1 钻柱设计原则 最大限度地降低扭矩和摩阻 钻柱具有较高的抗拉强度 可采用钢级为S135的钻杆 直井段应有一定数量的加重钻杆 保证在定向钻进时能施加钻压 克服井眼摩阻 采用无磁抗压钻杆代替无磁钻铤 最大限度地降低MWD钻铤接头以及井下马达的弯曲应力 第二节分支井钻完井工艺 2 钻井液设计原则 除一般井眼钻井液设计所考虑的问题外 多分支井的钻井液设计还应考虑到先钻出的分支井眼由于在钻井液中浸泡时间长 可能发生较严重的油层损害及井眼坍塌等问题 因此除合理选择与地层相配伍的钻井液体系外 还必须在分支井眼完井后注入专门配置的与地层配伍的完井液 替换出原钻井液 然后再施工下一个分支井眼 在施工中还要充分考虑油层保护及井壁稳定问题 第二节分支井钻完井工艺 3 井控设计原则 分支井水平段宜采用欠平衡钻井技术 以保护产层 为确保安全钻进 一般在防喷器组顶端加装旋转头 此外 地面上还应安装一套相关设备 以分离液 气和固相 分支井控设计具有特殊性 集中体现在它是一个多井眼多压力系统 与普通水平井相比 增大了复杂程度和控制难度 第二节分支井钻完井工艺 4 钻机设计原则 大钩负荷和套管性能 泥浆泵功率 供清洗井筒和驱动井下工具用 钻台底座高度应适合特殊设备的要求 如旋转防喷器 柴油机 电驱动 供泵和转盘操作 前人钻井的经验 第二节分支井钻完井工艺 二 套管开窗工艺1 侧钻点的选取侧钻点的选取对于多底井 分支井的施工起着至关重要的作用 所选侧钻点附近的套管应较为完好 水泥胶结状况良好 周围岩性相对稳定 各分支侧钻点之间应留有足够的距离 对于需扭向的分支还应预留足够的因扭向而损失的井深 第二节分支井钻完井工艺 2 斜向器工具面设定如果原井眼是直井而且其周围没有其它井的干扰 分支井组的各分支可设计为二维剖面 在原井眼为定向井时 各分支井眼的靶点不可能都在原井方位线上 其井身剖面必然为三维剖面 如图8 1所示 没有进行过定向井轨迹控制的人都认为 斜向器工具面应朝向侧钻点到靶点连线的方向 这在侧钻点处为直井或井斜角小于斜向器斜面角度的情况下是对的 对于侧钻点处井斜足够大的定向井而言 该论点就不成立了 图8 1新浅90井轨迹方向示意图 第二节分支井钻完井工艺 如图8 1所示 实际井眼轨迹不可能沿虚线方向从侧钻点直指靶点 而是在井斜和方位改变的同时 继续沿原井眼方位线延伸一段距离 因此 斜向器工具面的设定 要朝向有利于井眼轨迹的方向 以海14 20井第一分支为例 开窗点处原始井斜16 6 方位350 开窗点到靶点的连线方位302 如果把斜向器工具面定在302 其结果出窗后井眼井斜和方位将是18 7 和 345 显然不能达到设计轨迹降斜减方位的目的 在实际操作时 根据降斜减方位的需要 把斜向器工具面定在200 高边210 开窗后井眼井斜由16 6 降到14 4 由于套管磁性干扰 无法测定此时井眼方位 与设计相符合 第二节分支井钻完井工艺 3 开窗与常规侧钻井相比 分支井开窗难度大 并且要求高 难度大在斜向器自由度大 铣锥磨铣过程中钻具瞥跳严重 极易造成钻具蹩断等恶性事故 分支井工艺对窗口要求高 第一 开窗必须一次成功 否则将造成开窗不成功处以下其它分支报废 第二 窗口必须规则 无毛刺 否则完井工具及以后生产过程中的其它工具无法顺利通过 第二节分支井钻完井工艺 作为套管侧钻分支井 开窗关键工具为可回收式斜向器和与其匹配的铣锥 海14 20分支井的可回收式斜向器由斜向器和上 下定向套组成 斜向器由本体和带回收孔的小斜向器组成 斜向器方位的摆放和锚定由上 下定向套确定 开窗后的斜向器回收和修井用时的坐放由小斜向器的回收孔来完成 由于斜向器斜面形状及其长度 造斜工具面角度与常规斜向器有异 开窗须选用与之相匹配的铰接式铣锥 第二节分支井钻完井工艺 开窗过程中有以下的几个阶段 起始阶段 低钻压低转速 钻压 5 10KN 转速 60 70rpm 骑套阶段 中钻压中转速 钻压 10 30kN 转速 70 90rpm 出套阶段 低压高转速 钻压 5 15kN 转速 90 110rpm 修窗标准 上提下放 工具在窗口无碰挂明显现象 第二节分支井钻完井工艺 4 窗口保护技术分支井钻进中各个窗口的保护要求必须严格 如果操作中不慎 处理不当 将会导致一个或几个已钻井眼的报废 因此在施工中各个环节要注意保护窗口 窗口保护须从以下几方面注意 1 斜向器锚定必须牢固 防止开窗中斜向器转向而导致已钻井眼的报废 2 开窗中勿只追求进尺 开窗 修窗工作一定要保证窗口光滑 规则 上提下放时无明显碰挂 第二节分支井钻完井工艺 3 入井钻具和工具 尤其钻头 弯螺杆等进出窗口 操作要平稳 匀速 缓慢 4 分支井施工中的数据计算必须正确 尤其工具进出窗口和各井眼在窗口相贯通时的数据更是如此 5 窗口若遇阻 忌盲目处理 正确分析原因后采取修窗或其他措施 第二节分支井钻完井工艺 三 轨迹控制实时监控分支井轨迹控制是一项复杂的系统工程 它涉及到钻井 定向 力学 数学 计算机 统筹学等诸多方面的知识 搞好分支井轨迹控制 需要理论与实践 科学计算与施工经验相结合 第二节分支井钻完井工艺 在分支井轨迹控制过程中 要做到以下几点 1 测量数据的处理方法科学合理 我们的软件采用圆柱螺线法模型 这是世界公认的的最精确的定向井水平数据处理模型之一 2 测量仪器先进可靠 测量间距合适 在海14 20井施工中 我们用DST有线随钻测量跟踪测量 每钻进一单根取一个值 完钻时用ESS电子多点测斜和测井连续测斜仪对井身轨迹进行复测 第二节分支井钻完井工艺 3 钻具组合的选择适合地层特点及剖面设计的要求 4 逐点计算与预测 从总体上分析实钻剖面的发展与变化趋势 5 实时监测工具面 控制井眼轨迹平滑连续 避免井眼轨迹突变 6 根据井底预测 待钻设计 施工经验和统筹学理论 对分支井的钻井施工进行及时全面的规划 确定所采取措施的时机及意外情况的对策 第二节分支井钻完井工艺 四 分支井安全钻井施工工艺1 造斜钻具选择 根据所设计剖面的类型及所钻地层的地质条件和岩性特征选择造斜工具的类型 所选造斜工具的类型必须充分考虑由于地质因素等造成的钻具组合造斜能力不稳定或造斜能力得不到充分发挥的情况 一般情况下 所选钻具组合的理论造斜能力应比设计造斜率高15 20 为了满足安全 可靠 快速等要求 建议造斜段以单弯螺杆导向钻具组合为主 第二节分支井钻完井工艺 2 套管内定向钻进过程中 井斜7 以内采用陀螺定向 大于7 时采用工具高边方式定向 3 造斜钻进中 送钻均匀 操作平稳 非正负司钻不得操作刹把 4 钻完一根单根后须认真划眼一次 接单根前循环好泥浆 确认上提下放无阻卡时方可接单根 接单根时动作要快 5 每次起下钻至窗口附近时 应仔细观察阻卡情况 一旦发现窗口或斜向器有问题必须认真修窗后方可继续施工 第二节分支井钻完井工艺 6 钻井液必须符合要求 特别是稳定井壁的能力 润滑及携岩能力都必须达到设计要求 7 根据设计方位及所在区域确定无磁钻铤或无磁钻杆的长度 8 钻进中如遇进尺明显变慢或无进尺时 应及时活动钻具 防止吸附卡钻 第二节分支井钻完井工艺 9 根据钻进井段的长短及起下钻中摩阻力的变化 确定短起下钻的频率及井段 10 一般情况下 当井斜角大于40 以后即可采用倒装钻具组合 11 每钻进50 100m应采用单稳定器钻具组合通井一次 通井遇阻时应以上下活动为主 不宜连续转动钻盘或开泵冲洗 为预防划出新井眼 通井过程中 必要时可悬空钻具 以利于携带岩屑 第二节分支井钻完井工艺 12 整个多底井的施工应以PDC钻头为主进行钻进 但造斜段初期 由于窗口及开窗铁屑的影响 应使用牙轮钻头钻进一段距离 以减少窗口及铁屑对PDC钻头的伤害 为了防止掉牙轮 牙轮钻头的选用应以单牙轮钻头为主 13 根据设计剖面所选择的钻具组合 必须进行强度校核 以确保所选的钻具组合在安全范围内 第二节分支井钻完井工艺 14 为了提高施工的质量和速度 造斜段钻进应采用随钻测量系统进行测量 根据施工的情况 每隔2 5m取值一次 取值内容包括 时间 井深 方位 工具面角 磁性参数及钻井参数 15 对所测得的数据进行计算机处理 并根据结果进行待钻井眼设计 以选择合适的钻具组合 确保中靶 第二节分支井钻完井工艺 16 起钻时注意起钻速度 防止抽吸 下钻时下放速度控制在1 5m 柱左右 严禁遇阻硬压 17 一旦发现岩屑床 应根据井下情况 井眼条件及时起钻通井 充分洗井清除岩屑床 18 钻进时 各种仪器必须准确无误 泵压和悬重若有变化 在未查清原因之前 严禁盲目循环和钻进 第二节分支井钻完井工艺 19 整个造斜井段钻完以后 应用电子多点对整个井眼参数进行较正 20 为了保证井眼轨迹沿着设计的方向钻进 斜直段应采用导向钻具进行钻进 21 完钻后下入 205mm扩眼工具进行扩眼 对筛管完井的非封固井段可以不进行扩眼 第二节分支井钻完井工艺 总之 多底井 分支井的钻井施工是一项复杂的系统工程 这涉及到钻井 定向 力学 数学 计算机 统筹学等诸多方面的知识 搞好多底井 分支井的井眼轨迹控制 需要理论与实践 科学计算与施工经验相结合 同时 还要面对市场经济的挑战 在经济安全的前提下 确保各项技术经济指标的实现 第二节分支井钻完井工艺 下面是多底井 分支井应掌握的一些基本原则 1 测量数据的处理方法要科学合理 2 测量仪器先进可靠 测量间距合适 3 钻具组合的选择要适合地层特点及剖面设计的要求 第二节分支井钻完井工艺 4 逐点计算与预测 从总体上分析实钻剖面的情况与变化趋势 5 实钻井眼轨迹应平滑连续 避免井眼轨迹的突变 6 根据多底井 分支井钻井理论 统筹学理论 预测技术和施工经验 对多底井 分支井进行及时全面的规划 确定所采取措施的时机 利弊及出现意外的对策 第二节分支井钻完井工艺 7 以达到设计目的为原则 不片面追求实际剖面与理论剖面的符合程度 8 在确保安全经济施工的前提下 提高施工速度 9 随时对比预测结果和实钻结果 从中寻找出经验教训和改进措施 以提高轨迹控制的能力和中靶精度 第二节分支井钻完井工艺 二 分支井完井技术 一 分支井完井设计的原则完井方式设计原则 多分支井眼的完井方式有四种类型 裸眼完井 割缝衬管 或预封隔筛管 完井 尾管完井和回接完井管柱完井 第二节分支井钻完井工艺 设计原则为 1 完井管柱的最大有效直径应小于主井眼套管柱的最小内径 2 计算设计套管柱的扭矩和摩阻时 应附加一定的安全系数 一般附加值为25 3 要考虑地温梯度的变化 防止井下高温造成管柱密封件的损坏 影响其密封效果 对于异常高温地层 应选用特殊的耐高温材料 4 泥浆性能的优化和井眼清洁是确保完井管柱顺利下入的关键 5 完井管柱设计还应考虑修井作业时分支井眼的再进入问题 这是确保多分支井有效开采的关键 第二节分支井钻完井工艺 二 分支井完井要求1 分支井的合理完井方式应力求满足以下要求 1 油气层和井筒之间保持最佳的连接条件 油 气层所受的损害最小 2 油气层和井筒之间应具有尽可能大的渗流面积 油气入井的阻力最小 3 应能有效地封隔油气水层 防止气窜或水窜 防止层间的相互干扰 第二节分支井钻完井工艺 4 应能有效地控制油层出砂 防止井壁坍塌 确保油井长期生产 5 应具备进行分层注水 注气 压裂 酸化等增产措施以及便于人工举升和井下作业等条件 6 稠油开采能达到注蒸汽热采的要求 7 施工工艺简单 成本较低 第二节分支井钻完井工艺 2 对于多分支井来说 应对以下五个因素应予特别注意 1 油藏适配性多分支井系统的目标是以最小的钻井和完井费用去获得油藏的最大产量 这可通过以下两个途径之一来实现 多分支井可由位于单一产层内所有生产井构成 这一方法可以使用最优化的泄油方法 暴露更多的裂缝 并减小由于压降而产生水或气锥的概率 第二节分支井钻完井工艺 多分支井也可由位于各分离产层内的生产井构成 这一方法可以开采边缘油藏 而用其他方法不能经济地完成 在大多数情况下 多分支井的建井费用比单一直井或水平井的建井费用更高些 经济效益的获取主要来自增加产量或储量 要保证此效益的关键是对储层力学应有透彻的认识和了解 并利用这些知识 根据储层特性设计多分支井的完井方法 第二节分支井钻完井工艺 2 分支井造斜点处的地层特性像常规井一样 在选择是否对井眼下套管时 必须考虑井眼的稳定性 此外 对多分支井系统 必须仔细检查分支井造斜点处的地质情况 当设计的造斜点位于强度高 致密 固结好的地层时 可采用灵活的分支井完井方法 然而 如果地质和其他井下条件不合要求 就必须将机械支承和 或水力封隔作为一部分包括在完井设计中 第二节分支井钻完井工艺 3 造斜点的压力即使支井造斜点在最初是稳固的 完井设计必须考虑当油井生产和出现压力降时 地层将如何响应 仅在油井生产的前几个月提供支持是不够的 多分支井的设计必须考虑油井整个生产期 如果出现压降时 造斜点处的地层不能保持其完整性 就需要考虑对造斜处作水力封隔 第二节分支井钻完井工艺 4 生产机理生产机理 调控及环保的要求对多分支井完井设计有很大的影响 特别在层间封隔方面更是如此 无论这些因素是单独的还是组合的 当从多个储层生产时 可能需要封隔 通过双油管柱生产 另一方面 用单油管在侧钻点处混合生产时 应确定好套管和油管尺寸及井口设备 目前 多分支井系统已能满足混合采油或用双油管柱采油的要求 合采通常要求使用较大口径的多分支井设计 这两种系统都各有利弊 第二节分支井钻完井工艺 5 重返井眼能力当设计多分支井完井方法时 要考虑在将来修井时 可能需要重返一个或多个生产井眼 当然 不考虑重返 设计分支井系统要容易得多 然而 即使是最佳的油井 通常也要进行定期的洗井或采取增产措施 这就需要重返井眼 目前重返分支井的应用方案 已有一些先进的复杂设计 它可以有选择地贯穿管道重返人所有的生产井 第二节分支井钻完井工艺 三 分支井完井方法多分支水平井完井方法包括 裸眼完井 割缝衬管完井和侧向系统回接完井 裸眼完井较常见 但易于出现诸如井壁坍塌等问题 割缝衬管完井虽然能够克服这一缺陷 但安装困难 如水平段的岩性较硬可使用裸眼完井或割缝衬管完井 一般较软岩石可用水平回接系统完井 第二节分支井钻完井工艺 目前应用的选择性再进入完井技术 不仅具有选择性再进入分支井眼的能力 而且能提供下套管 固井 射孔 酸化和压裂作业的条件 并具有机械连接和压力封隔效果 使油井增产和以后再增产的问题得到最终解决 第二节分支井钻完井工艺 井下套管开窗再进入完井技术 该技术主要包括 选择性再进入系统 封隔器 定向锁定短接 空心造斜器 窗口衬管 转向器 专用磨铣工具 复合套管 封固窗口结合部的专用水泥 如乳胶液水泥 具有抗冲击性 塑性 耐酸性和密封抗压强度 第二节分支井钻完井工艺 预开窗选择性再进入完井技术 该技术主要包括 预铣窗口管总成 选择性再进入系统 跨接短接和密封座总成 旋转头总成 第二节分支井钻完井工艺 其施工程序包括 用常规方法钻81 2in主井眼至设计井深 下主井眼尾管 并坐封 用31 4钻杆与旋转头相接 转动尾管进行主井眼固井 第二节分支井钻完井工艺 冲洗井眼后 下入分支井选择性再进入系统 包括造斜器 封隔器定向锁定接头 封隔器坐封前 使定向锁定接头与窗口对好方位 下钻钻6in分支井眼至设计井深 下4 1 4in分支井尾管串 包括尾管悬挂器和管外封隔器 密封座总成 并固井 第二节分支井钻完井工艺 下钻探水泥塞 冲洗分支井尾管顶部 起出造斜器 下入转向器 用2 3 8in连续管对分支井进行射孔 在主井眼和分支井眼的结合部装一跨接短接 下入2 3 8in连续管 对分支井进行酸化压裂和洗井 第二节分支井钻完井工艺 洗井后 起出转向器和跨接短接 对主井眼射孔和上增产措施 并在酸化 压裂前下入并装好高压套筒 以密封分支井井眼的窗口 主井眼压裂洗井后 起出高压套筒 最后两个分支井混合投产 如果两分支井需要分采 可通过主井眼尾管中的旋转头 实施油管回接来实现 第二节分支井钻完井工艺 1 一级完井主井眼和分支井眼都是裸眼 侧向穿越长度和产量控制是受限的 完井作业不对各产层分隔也不能对层间压差进行任何处理 第二节分支井钻完井工艺 2 二级完井主井眼下套管并注水泥 分支井裸眼或只放筛管而不注水泥 主 分井筒连接处保持裸眼或者可能的话在分支井段使用 脱离式 筛管 drop offliner 即只把筛管 衬管 放入分支井段中而不与主井筒套管进行机械连接也不注水泥 第二节分支井钻完井工艺 3 三级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 三级多底分支井技术提供了连通性和可及性 分支井衬管通过衬管悬挂器或者其他锁定系统固定在主井眼上 但不注水泥 第二节分支井钻完井工艺 主 分井筒连接处没有水力整体性或压力密封 但是却有主 分井筒的可及性 三级完井可用快速连接系统 Rapidconnect 能为分支井和主井眼提供机械连接 为不稳定地层提供高强度连接 三级完井还可以用预制的衬管或割缝衬管 第二节分支井钻完井工艺 与一级完井相比可提高主井筒的畅通性并改善分支井段的重返潜力 二级完井通常要用磨铣工具在套管内开窗 也可使用预磨铣窗口的套管短节 第二节分支井钻完井工艺 4 四级完井四级完井的主井眼和分支井眼都在连结处下套管并注水泥 这就提供了机械支撑连接 但没有水力的整体性 意思是液体水力是隔离的 事实上分支井的衬管是由水泥固结在主套管上的 第二节分支井钻完井工艺 这一最普通的侧钻作业尽管使用了套管预铣窗口装置 但仍然取决于造斜器辅助的套管窗口磨铣作业 分支井衬管与主套管的接口界面没有压力密封 但是主井眼和分支井都可以全井起下进入 这种级别的多分支井技术虽然复杂和高风险且仍处于发展阶段 但是在全世界范围内的多分支井完井中已获成功 第二节分支井钻完井工艺 5 五级完井五级完井具有三级和四级分支井连接技术的特点 还增加了可在分支井衬管和主套管连接处提供压力密封的完井装置 主井眼全部下套管且连接处是水力隔离 从主井眼和分支井眼都可以进行侧钻 第二节分支井钻完井工艺 可以通过在主套管井眼中使用辅助封隔器 套筒和其他完井装置来对分支井和生产油管进行跨式连接 Straddle 以实现水力隔离 五 六级完井的分支井具有水力隔离 连通性和可及性特点 多分支井技术的最难点是高压下的水力隔离和水力整体性 第二节分支井钻完井工艺 6 六级完井连接处压力整体性可通过下套管取得 而不依靠井下完井工具 六级完井系统在分支井和主井筒套管的连接处具有一个整体式压力密封 一个耐压密封的连接部 是为了获得一个整体密封特征或整体成形或可成形金属设计 这在海洋深水和海底 Subsea 水下 安装中将是有价值的 第二节分支井钻完井工艺 Schlumberger公司正致力于把这些技术发展成为更新的系统 而不是继续使用这种特殊的模式 该公司正在用一种新的六级设计继续进行多分支井技术的研究与开发 第二节分支井钻完井工艺 五 多分支井完井系统1 哈里伯顿公司的1000型分支井完井系统 在裸眼分支安装膨胀式套管外封隔器 或在下套管的分支井眼中安装常规封隔器 封隔器之间带有滑动的套筒 可分隔各个层段 第二节分支井钻完井工艺 如果要封闭水平井眼的某层段或某个分支井眼 可通过油管挠曲变换工具来关闭套筒 如果采用套管完井 可进行双井眼分隔完井或单井眼选择性完井 这种完井方法相对比较经济 但不能保持分支井眼筒的稳定性 也不能重新进入分支井眼 因此具有一定的局限性 第二节分支井钻完井工艺 哈里伯顿公司的2000型分支井完井系统 该系统可对分支井进行液流隔离 并可以重新进入各井眼 应用该系统采油时 各个分支井眼的产液可相互被隔离 或同时开采形成汇流 但各分支井眼与主井筒不是机械联接的 因而联结处不是密封的 使分支井眼未能得到有效防护 第二节分支井钻完井工艺 3 哈里伯顿公司的3000型分支井完井系统 高级的多分支井系统的某些特性很关键 连接性能 分支井眼的衬管必须通过机械的方式回接到主井筒的套管上 隔离性能 主井筒和分支井眼的连接处应能与地层形成液力封隔 以满足控制需要 提供通道性能 在不应用钻机的条件下 可以再次进入各分支井眼 第二节分支井钻完井工艺 分支能力 提供从普通井筒中完成分支井眼的任务 灵活性 该系统可用于新的完井方式 并能进行修井作业 衬管固井相容性 该系统可完成对衬管的固井作业 第二节分支井钻完井工艺 衬管边冲边下的相容性 将长的衬管下到井底时 该系统允许边循环泥浆边下放工艺 如进行砂控作业 流人特性控制 该系统提供隔离部分分支或全部分支井眼 以控制产液流人特性 技术的可应用性 为降低风险 该系统能应用常规技术或已经证实的技术 第二节分支井钻完井工艺 侧向进入短节 LEN 系统 这是最简单的完井方式之一 侧向进入短节位于连接处 由三部分组成 带有密封孔和定位装置的坐放短节 窗口短节和下密封孔短节 下井时 它跨放在两个封隔器之间的窗口连接处 这样就可以进行各种作业 第二节分支井钻完井工艺 它具有以下特点 安装一个转向器就能使各种作业工具通过主井筒进入分支井眼 用一个分隔套隔离或抑制分支井眼的产量 封隔来自较低层位或分支层位的液流 侧向进入短节凭借其较大的外径帮助防止套管侧向移人主井筒 侧向进人短节的主要缺点是连接处缺乏液压整体性 第二节分支井钻完井工艺 选择性侧钻工具 SRT 这种工具允许在分支井中进行混采或混注 在套铣177 8mm衬管之前 将带有加长上密封孔的封隔器下入分支井眼内并坐封 在封隔器的上方泵入一段高粘流体 使封隔器免受碎屑的影响 套铣衬管 以便实现注水泥连接 洗井作业后 就可以将选择性侧钻工具下入井内了 第二节分支井钻完井工艺 与侧向进入短节相比 这种工具拥有以下优点 将油管既下入主井筒中 又下入分支井眼中 以便获得更大的机械强度 即便在连接处不稳定的情况下 也有助于今后重新侧钻 根据设计 该系统能一次下入井内 以节省钻井时间 采用3个密封装置 使连接处的额定压力可以达到35 155Mpa 第二节分支井钻完井工艺 选择性侧钻工具实际上将侧向进入短节全部罩了起来 这样就可能下入跨式系统或转向器 在主井筒或分支井眼内进行修井作业 可以改造选择性侧钻工具的结构 以便在条件不允许进行混采或混注的地方给其配置一个双管生产封隔器 第二节分支井钻完井工艺 侧向密封及控制系统 与选择性侧钻工具相比 该系统具有以下几个优点 这种系统的设计可以使通过连接处的流动面积实现最大化 像选择性侧钻工具一样 该系统也能一次下入井内 以节省钻机时间 可以调整其内径 以便下入转向器系统 进行修井作业 采用3个密封装置使连接处的额定压力可以达到17 58MPa 第三节分支井的应用实例 第三节分支井的应用实例 一 卡塔尔北部的埃蒂萨吉油田采用多分支井钻井技术 一 地质概况埃蒂萨吉油田位于在阿拉伯湾卡塔尔首都多哈以东87km处 1960年发现该油田 1964年早期从主要的油藏中初次产油 由于天然的地层渗透率低 尽管横穿4个不同的储油层的平均孔隙度相对较高 开采早白垩世石灰岩地层特别困难 已经开采出的仅占2 2 以前的直井的生产能力很低 第三节分支井的应用实例 地质研究得出 通过与连通性断层相交 可以提高油井的产能 另外 近来完成的油井井间烦扰试井证实了4个油藏产层有相互分隔的特性 促使采用多分支井钻井技术来同时开采 第三节分支井的应用实例 由于油藏的技术特性 采用多分支井钻井技术 通过合采方式开发两个油层是可能的 包括 1 身产的垂直层段超过25m 2 两层间的垂直渗透率隔挡层穿过油层的大部分 3 有不连同或连通不好的断层 4 然的岩石具有极好的力学性能 5 层间的压力差很小 第三节分支井的应用实例 根据这些特征 经营者认为可利用原先已有的一口单井以及地面井口头 钻两个平行的水平井眼进入到两个油层 第三节分支井的应用实例 二 现场施工1 多分支井的窗口定位带多分支井窗口连接的 244 5mm生产套管的放置 包含了一系列的预计设计步骤 以保证窗口连接的正确位置和方向 一旦每一个窗口出口处准确的测量深度经过裸眼测井 第三节分支井的应用实例 窗口连接安置和定位后 套管下入井中 直到窗口连接到达井斜约20 的时候 在这点上 用陀螺仪摄像检查井下窗口方位 以保证窗口出口的高边 如果窗口的方向不正确 旋转管柱直到所需的位置 第三节分支井的应用实例 为了沿着固定的方位钻井 现场试验证明 窗口如果在井斜20 处穿过 管柱以后就不会发生很大度数的旋转 并且不需要进一步测量窗口的方位 一旦管柱下到井底并注了水泥 当收回隔离套筒时 进一步检查窗口的方位 在这点上可以对一个分支定向剖面进行各种校正与更改 第三节分支井的应用实例 2 244 5mm套管注水泥 244 5mm套管的注水泥与常规生产套管注水泥的方式一样 套管在适当的位置用常规水泥浆注水泥 确保末端水泥浆能延伸到上部油层的顶部 第三节分支井的应用实例 3 造斜器在窗口的定位 244 5mm套管固定和测试后 回收隔离套筒的工具和一个定向随钻测量设备一起下入井中 当隔离套筒被回收工具锁住时 检查窗口的出口方位 并在该处可对定向钻井计划进行调整 回收了隔离套筒后 钻井造斜器对窗口出口提供一个准确的方位 锁扣连接可以进行深度和方位的控制 它在油井开采期间保持不变 第三节分支井的应用实例 4 开窗下入开窗铣锥组合 开窗钻进在3m 5m 开窗后 上下活动钻具修窗 直到无阻卡为止 第三节分支井的应用实例 5 裸眼钻进当钻头通过窗口钻井时 钻进过程中 使新井眼离开原有的套管 需要定向的井段 使用螺杆钻具组合钻进 直到钻至设计的井深 第三节分支井的应用实例 6 衬管注水泥在ISDN油田使用的衬管大约长80m 他的长度足够容纳对有效的连接所需要的全部注水泥工具 而同时有足够的柔性 允许通过窗口下入管子 第三节分支井的应用实例 由于管柱是进入到原生产井眼进行注水泥的 用一个套管外部风格其来防止水泥从井下流入生产储层 当套管外封隔器膨胀后 继续使压力升高来打开一个分级注水泥工具进行衬管的常规循环和注水泥 第三节分支井的应用实例 衬管管柱组合的一个关键部位是锥型转换接头 它安装在衬管端部下入并有效的代替了衬管悬挂器组合 这个转换接头是特别加工的 并安放在窗口连接的开口处预定的位置 衬管注水泥后 冲洗并回收转换接头 第三节分支井的应用实例 7 转换接头与钻井造斜器的套铣衬管水泥胶结后 油井进行清洗 直到衬管端部转换接头顶部 下入一个套铣工具组合 用一个专门设计的套铣组合套铣转换接头的上部以及钻井造斜器 这个套铣钻具组合具有回收钻井造斜器的机构 第三节分支井的应用实例 一旦钻井造斜器已经被套铣掉 与到一个止过套筒 在一次起下过程中可以回收造斜器和残余的套管以及锁扣组合 在此处 已经准备好通过原先的套铣鞋开始钻井作业 进入下一个油层 进行下一油层的钻井和完井作业 第三节分支井的应用实例 8 分支井眼的重入连接结构