大港油田魚骨型分支水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)

1、大港油田魚骨型分支水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)張永忠聶上振馮剛張恒俞金保(3v港油田集團(tuán)鉆采研究院)摘要魚骨型分支井是一種利用鉆井技術(shù)提高油井單井采收率的好技術(shù)，在油田內(nèi)開展 該項(xiàng)技術(shù)的研究工作意義較大。大港油田在研究之前還是一個(gè)空白，本文圍繞大港油田成功設(shè) 計(jì)實(shí)施的一日新鉆龜骨型分支井家H2井為例，從井眼軌跡優(yōu)化、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆具組合設(shè) 計(jì)、鉆井液的設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等關(guān)鍵設(shè)計(jì)、試驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，綜合闡述了成功設(shè)計(jì)一口魚骨型分 支井技術(shù)要點(diǎn)以及保證措施。關(guān)鍵詞魚骨型分支井優(yōu)化設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)鉆具組合鉆井液現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)從全球施工分支井總數(shù)比例來(lái)看，13級(jí)分支井總數(shù)占到總數(shù)的88，國(guó)外目前正在 大量應(yīng)用魚骨型分支

2、井技術(shù)。從鉆井技術(shù)來(lái)看，可以在任何油藏鉆成多分支井，但從完井角度考慮，多分支井在較穩(wěn) 定的巖層中更為合適。其完井方式大多還是采用了裸眼完成或割縫襯管完成，下套管射孔完 成的很少。在確定采用那一級(jí)別的完井系統(tǒng)時(shí)，要根據(jù)油氣層的性質(zhì)而定，決不是級(jí)別越高 越好；相反，采油修井應(yīng)簡(jiǎn)化要求，盡可能采用較低的級(jí)別，以減少施工的風(fēng)險(xiǎn)及完井費(fèi) 用。大港油田瀕臨渤海，具有豐富的陸上以及沿海開發(fā)油氣藏資源，可開發(fā)的含油面積廣 闊，最近，灘海及淺海面積為500km2區(qū)域的勘探，落實(shí)總資源量為13053×104t。其中關(guān)家 堡構(gòu)造有11個(gè)圈閉，面積299km2，落實(shí)資源量為3984×104t，探明

3、儲(chǔ)量455×104t。經(jīng)過(guò) 油田公司對(duì)莊海4x1井、莊海8井的鉆探和論證，在關(guān)家堡莊海4x1井?dāng)鄩K預(yù)計(jì)布置120CI井位，能夠形成883x 104t的年產(chǎn)能力。急需先進(jìn)有效的工藝技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，大港油田 是一個(gè)老油田，整裝區(qū)塊較少，開發(fā)應(yīng)用魚骨型分支井，可以有效地連接各個(gè)死油區(qū)域以及 大塊單一層狀油藏，所以，研究魚骨型分支水平井設(shè)計(jì)技術(shù)意義較大。一、設(shè)計(jì)應(yīng)用魚骨型分支井的難點(diǎn)國(guó)外普遍認(rèn)為魚骨型分支井適用條件以及關(guān)鍵技術(shù)如下。1魚骨型分支井適用條件 (1)油藏構(gòu)造明確，距油水界面有一定距離； (2)油層單層厚度不能過(guò)小。2魚骨型分支井關(guān)鍵技術(shù) (1)應(yīng)用頂驅(qū)鉆機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)倒劃眼，保證井眼

4、清潔； (2)技術(shù)套管下在油層頂界4m； (3)采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，施工周期短，避免井眼坍塌。155(4)上部井眼為水基鉆井液，鉆水平段時(shí)應(yīng)用油基鉆井液，減少摩擦阻力。 (5)應(yīng)用蠕動(dòng)篩管或割縫篩管實(shí)現(xiàn)適當(dāng)防砂。(6)使用高強(qiáng)度鉆桿。所以，針對(duì)魚骨型分支井的關(guān)鍵技術(shù)，我們?cè)鯓討?yīng)用現(xiàn)有技術(shù)成功完成一I：1魚骨型分支井設(shè)計(jì)工作存在困難較多，主要有以下幾方面問(wèn)題需要解決： (1)根據(jù)地質(zhì)要求，如何設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的剖面； (2)在沒(méi)有頂驅(qū)以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具的情況下，如何設(shè)計(jì)鉆具組合保證各個(gè)分支成功實(shí)施；(3)鉆具在油藏中，鉆進(jìn)時(shí)間較長(zhǎng)，如何設(shè)計(jì)低摩阻以及保護(hù)油層的鉆井液體系； (4)為了保證安全施工各個(gè)分

5、支井眼，從工藝角度考慮，技術(shù)套管下深的設(shè)計(jì)； (5)分支井鉆完后，為了保證長(zhǎng)期生產(chǎn)，采用何種油層完井工藝措施，需要深入探討。魚骨型分支井設(shè)計(jì)技術(shù)措施下面以實(shí)施家H2魚骨型分支井為例，介紹設(shè)計(jì)魚骨型分支井具體措施。1地質(zhì)工程前期方案1)地質(zhì)方案論證家H2魚骨型分支井位于官107 x 1井?dāng)鄩K，經(jīng)重新構(gòu)造落實(shí)，孔二段2油組初步計(jì)算 含油面積042km2，地質(zhì)儲(chǔ)量63x104t(家K3925井東斷塊預(yù)測(cè)含油面積012km2，地 質(zhì)儲(chǔ)量16x104t；家K3925井?dāng)鄩K含油面積013km2，地質(zhì)儲(chǔ)量17X104t；家K4129 井?dāng)鄩K含油面積019km2，地質(zhì)儲(chǔ)量27 x 104tl家K4133井東斷

6、塊含油面積o02km2， 地質(zhì)儲(chǔ)量3x 1 04t)。經(jīng)過(guò)地質(zhì)部門在對(duì)該斷塊各種資料進(jìn)行了綜合研究后，認(rèn)為該斷塊具備 了鉆魚骨型分支井的條件。主要依據(jù)如下：(1)通過(guò)工作精細(xì)落實(shí)及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，認(rèn)為該斷塊構(gòu)造清楚，斷塊內(nèi)儲(chǔ)層分布穩(wěn)定，可以 保證鉆井成功率。(2)油層厚度大：此次鉆水平井的目的層為孔二段2油組上砂層，相對(duì)于水平井高部位 井家K3925井12、13號(hào)層，家K3927井8、9、10號(hào)層，水平井低部位井家K4325 井24、25號(hào)層預(yù)計(jì)該井水平段位置處砂巖厚度20m，沒(méi)有水層，且有良好的20m泥巖蓋 層。(3)試油試采情況好：家K3927井投產(chǎn)后，日產(chǎn)油一直穩(wěn)定在25t左右，家K4325

7、井剛剛投產(chǎn)，日產(chǎn)油1012t。地質(zhì)平面構(gòu)造圖如圖1所示，家H2位于構(gòu)造邊界。地質(zhì)構(gòu)造圖如圖2所示：該魚骨型分支井主水平段由人口點(diǎn)、控制點(diǎn)1、控制點(diǎn)2和井 底點(diǎn)進(jìn)行控制，控制點(diǎn)1和控制點(diǎn)2用來(lái)判斷斷層情況，兩個(gè)分支水平井位于斷層兩邊，分 支井一構(gòu)造較為落實(shí)作為主采支，分支井二邊的構(gòu)造不太落實(shí)，如果鉆的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)構(gòu)造 明確，繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)，如果不明確，不進(jìn)行分支井二施工。2)工程方案論證 工程施工考慮方案如圖3所示。由于構(gòu)造比較小，根據(jù)地質(zhì)要求，分支井眼在短的距離內(nèi)，要盡量離主井眼遠(yuǎn)一些，可以更好的開發(fā)這一區(qū)塊的剩余油。 分支井一的施工：從主井眼著陸點(diǎn)A之后20m側(cè)鉆分支，全角變化率為15。30m

8、，由于全角變化率比較大，施工1524rmn井眼，至井底點(diǎn)A2。，56圖1 家H2魚骨型分支井所在區(qū)塊構(gòu)造圖圖2家H2地質(zhì)設(shè)計(jì)剖面圖分支井二數(shù)據(jù)：從主井眼C點(diǎn)側(cè)鉆分支，狗腿度為10。30m，施工215 9rrma井眼，至井底點(diǎn)C2。2該井設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) I)地質(zhì)構(gòu)造分層 家H2井地質(zhì)構(gòu)造分層如表1所示：157圈3家H2工程方案圖 表1家It2井地質(zhì)構(gòu)造分層地質(zhì) 井深復(fù)雜情況提示分層 (m)平原組 25(】 防塌 明化鎮(zhèn)組 1255 防塌 館陶組 1515 防掉、卡 沙河街蛆 1875 防卡孔一段 2075防噴漏、防石膏侵孔二段 2215 2 防噴漏(目標(biāo)油層頂探2327 68m，底深272633m

9、)2)靶點(diǎn)設(shè)計(jì)要求 主井眼地質(zhì)設(shè)計(jì)見表2，一分支井眼地質(zhì)設(shè)計(jì)見表3，二分支井眼地質(zhì)設(shè)計(jì)見表4。衰2主井眼地質(zhì)設(shè)計(jì)目標(biāo)垂深 靶心坐標(biāo) 允許誤差范匿層位 靶點(diǎn)(地面)(m)縱坐標(biāo)(x) 橫坐標(biāo)(y)(m)垂深±1 孔I一22203 2入口點(diǎn) 4234320 0II20502860 00左右±5垂深±1 孔二2 2205 2 控制點(diǎn)14234479 81 20502918 54左右1 3垂深±1 孔二2 2205 2 控制點(diǎn)24234520 61 20502933 49左右1 5垂深±1 孔二2 2215 2終點(diǎn) 4234694 0020502997

10、()【)左右1 5158續(xù)表目標(biāo)垂深 靶心坐標(biāo) 允許誤差范圍 層位 靶點(diǎn)(地面)(m)縱坐標(biāo)(xJ橫坐標(biāo)(” (m)井口至人口點(diǎn)方位：20 12。水平位移：220 03 In； 井口至控制點(diǎn)1方位；20 12。水平位移：390 23m 井口至控制點(diǎn)2方位：20 12。，水平位移：43368 In 井口至終點(diǎn)方位：20 12。水平位移：618 33 m表3 一分支井眼地質(zhì)設(shè)計(jì)目標(biāo)垂深 靶心坐標(biāo) 允許誤差范圍 層位 靶點(diǎn)(地面)(m)縱坐標(biāo)(X)橫坐標(biāo)(y)(m)一分支 垂深±1 孔二2 2208井底 左右±5井口至井底方位：6 51。，水平位移；360 40 m裹4 二分支井

11、眼地質(zhì)設(shè)計(jì)目標(biāo)垂深 靶心坐標(biāo) 允許誤差范圍層位 靶點(diǎn)(地面)(m)縱坐標(biāo)(x) 橫坐標(biāo)(n(m)二分支垂深±1 孔二2 2205井底 左右±5井口終點(diǎn)方位：1392。，水平位移：568 46 rtl3井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì) 依據(jù)井眼地質(zhì)要求設(shè)計(jì)如下井跟軌跡曲線見圖4和圖5。俐黼圖4垂直投影圖該井位于構(gòu)造邊緣，在主井眼水平段上施工兩個(gè)分支水平井主井眼水平段長(zhǎng)39865m，一分支水平段長(zhǎng)14944m，二分支水平段長(zhǎng)150 19m。兩個(gè)分支井之間有一個(gè)斷550500。450-4P0350300250-200150100-50一圖5水平投影圖層，第一個(gè)分支以及主井眼作為開發(fā)油層的主力采油

12、段，第二個(gè)分支探明構(gòu)造情況使用。主 井眼造斜率為772。30m，一分支井眼造斜率為15r30m，二分支井眼造斜率為10。30m。4井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具體井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)如表5所示。表5井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表鉆頭尺寸 井段 套管尺寸 套管下深 水泥封固井段 開鉆次數(shù)(mm) (m)(ram)(m)(m)一開 444 5 0261 339 7 260 地面260 二開 311 1 2161 244 5 2158 11 502158 三開 2159 2726 33 篩管經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，技術(shù)套管下入難度較大，井眼最大造斜率在198057232768m處， 其造斜率為772。30m。保守的計(jì)算2445mm套管可下入

13、井眼曲率為：P110鋼級(jí)9 59。30m，N80鋼級(jí)697。30m。故理論上P110鋼級(jí)2445ram套管繞度不會(huì)影響下套管。5井眼軌跡控制優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)于魚骨型分支井難度較大的地方在于水平段以及各分支水平井眼鉆具組合的設(shè)計(jì)，尤其對(duì)于常規(guī)IVIWD加導(dǎo)向鉆井施工更是如此，要進(jìn)行周密強(qiáng)度計(jì)算分析，對(duì)于造斜率高的 分支井可采用小一級(jí)鉆具組合施工。1)主井眼水平段鉆具組合215 9鉆頭+171導(dǎo)向馬達(dá)+欠尺寸扶正器+165LWD+12718。S135鉆桿+127加重鉆 桿+165震擊器+127加重鉆桿+127鉆桿。T602)一分支井眼鉆具組合1524鉆頭+120導(dǎo)向馬達(dá)+欠尺寸扶正器+120LWD+8

14、9鉆桿+12718。$135鉆桿+127加重鉆桿+127震擊器+127加重鉆桿+127鉆桿。3)二分支井眼鉆具組合2159鉆頭+171導(dǎo)向馬達(dá)+欠尺寸扶正器+165LWD+12718。$135鉆桿+127加重鉆 桿+165震擊器+127加重鉆桿+127鉆桿。主井眼、一分支井眼、二分支井眼鉆具強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果分別見表6、表7和表8，選用 ZJ45鉆機(jī)能夠安全實(shí)施。表6主井眼計(jì)算結(jié)果表井深 起鉆載荷下鉆載荷 滑動(dòng)鉆進(jìn)載荷 旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)載荷靜止載荷 旋轉(zhuǎn)鉆井扭矩 鉆柱重量(m)(kN)(kN)(kN)(kN)(kN)(kN·m) (kN)2726 33821 2679 5555 2681 8761

15、 88 721066 69表7 一分支井眼計(jì)算結(jié)果表井深 起鉆載荷 下鉆載荷 柑動(dòng)鉆進(jìn)載荷 旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)載荷靜止載荷 旋轉(zhuǎn)鉆井扭矩 鉆柱重量(m)(kN)(kN)(kN)(kN)(kN)(kN·m) (kN)249744785 1722 5658 8728 5758 54 88955 38表8 =分支井眼計(jì)算結(jié)果裹井深 起鉆載荷 下鉆載荷滑動(dòng)鉆進(jìn)載荷 旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)載荷 靜止載荷 旋轉(zhuǎn)鉆井扭矩 鉆柱重量(m)(kN) (1dq) (kN)(kN)(kN)(kN·m) (kN)2691 19813 6 6778518 5 678 7 75869 921055 46從上述鉆具強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

16、數(shù)據(jù)可看出，應(yīng)用常規(guī)ZJ45鉆機(jī)即可實(shí)現(xiàn)該井的施工。6鉆井液設(shè)計(jì) 為了保護(hù)油層，水平段應(yīng)用無(wú)固相KCI聚合物鉆井液進(jìn)行施工，具體配方如下：清水+10 oA12KCl+04-06增粘劑XC+03o6PACSL+12FT一1+04o6KPAM+02o4水基潤(rùn)滑劑RH一4+23NH4HPAN+23聚合醇+23SMP+NaCl。根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程摩阻系數(shù)大小或活動(dòng)鉆具拉力情況及時(shí)增加潤(rùn)滑劑加量，保證施工安全。 斜井段鉆進(jìn)中用好固控設(shè)備，及時(shí)清除鉆井液中的鉆屑和有害固相，保持鉆井液的無(wú)固 相，及時(shí)補(bǔ)充水基潤(rùn)滑劑及磺化瀝青、腐鉀等處理劑，保持體系良好的穩(wěn)定性?？刂沏@井液 含砂量小于03。鉆進(jìn)過(guò)程中每鉆進(jìn)200m

17、短起下鉆，破壞并清除巖屑床，以保證井服通 暢。鉆進(jìn)時(shí)每班對(duì)鉆井液進(jìn)行全面分析，根據(jù)分析結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)情況補(bǔ)充相應(yīng)的處理劑，大分 子聚合物類處理劑的添加配制成膠液，建議采用細(xì)水長(zhǎng)流的方式補(bǔ)充，保證鉆井液性能滿足 安全施工需要。7先期篩管完井設(shè)計(jì) 對(duì)于魚骨型分支井主井眼一般應(yīng)用割縫篩管完井，各分支井眼采用裸眼完井。 該井應(yīng)用139 7ram割縫篩管完井，完井管柱原則2445mm與1397mm完井管柱要有161封隔器分隔懸掛完井，23072317m之間地層穩(wěn)定處裝1個(gè)裸服封隔器隔開地層。2497，892541 35m之間泥巖段處裝兩個(gè)裸眼封隔器隔開地層，23272721m除裸眼封隔 器、附件、必須的套管

18、外，均為割縫篩管。應(yīng)用割縫篩管設(shè)計(jì)軟件對(duì)割縫篩管的縫分布以及強(qiáng)度進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，確保割縫篩 管安全下人，起到有限防砂的目的，這一點(diǎn)至關(guān)重要，計(jì)算結(jié)果如下。篩管尺寸為：1397mm套管，鋼級(jí)N80，壁厚917mm。 縫分布參數(shù)：縫寬：05mm(依據(jù)地層砂粒度中值進(jìn)行設(shè)計(jì))；縫形：矩形縫；縫分布：平行分布；縫長(zhǎng)：80 InlTl；縫間的軸向距離：20mm；過(guò)流面積：縫寬：05ram；過(guò)流面積：12800 mm2m?？p密度：320條m。 強(qiáng)度校核：外徑：139，7mm套管；磨阻：173kN；扭矩：5800N·m； 縫寬：05ram；最大拉應(yīng)力：448MPa；最大壓應(yīng)力：一943MPa。

19、 最大應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于N80鋼材許用應(yīng)力5513 MPa，在上述工況下，最小安全系數(shù)為57，滿足應(yīng)用要求。三、家1-12魚骨型分支井現(xiàn)場(chǎng)施工家H2水平魚骨分支井于2004年10月20日搬遷，2004年10月25日11：00一開，2004年10月28日13：00二開，2004年12月1日14：00三開，2004年12月15日14：30 完鉆。1井身結(jié)構(gòu)(1)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)：54445mm x 261m+3397mmx 260m+11 lmmx 2161m+犯445mmx2158m+2159mmx 272633m。實(shí)際井身結(jié)構(gòu)：j14445ram x 260m+邸397mm x 2593m+船111m

20、m x 2171m+鯉445mmx216788m+妲159mm×2658m。2油層情況 (1)二開油層情況19602060m； (2)一分支23692450m油層至2488m泥巖，油層進(jìn)尺81m； (3)二分支25682574m油層至2593m泥巖，油層進(jìn)尺6m； (4)主井眼23272575m油層至2658m泥巖，油層進(jìn)尺248m。3鉆井液體系 (1)一開：膨潤(rùn)土漿。鉆井液性能：密度1059cm3，粘度40s。 (2)二開：聚合物鉆井液。鉆井液性能：密度1121139cm3，粘度3342s，失水小于10，泥餅小于08，pH值810，含砂小于0 5。(3)三開：無(wú)固相KCl聚合物鉆井

21、液。鉆井液性能：密度1131159cm3，粘度3855s，失水小于6，泥餅小于02，pH值810，含砂小于03。4實(shí)際施工鉆具組合以及井眼軌跡(1)井眼尺寸：2159mm。(2)鉆具組合：2159mmPDC鉆頭+172mm 1 5。導(dǎo)向馬達(dá)+5194mm欠尺寸穩(wěn)定器+165mm浮閥+172mmLWD總成+127mm無(wú)磁加重鉆桿+127mm鉆桿x15柱+127mm加 重鉆桿+127mm鉆桿。一162(3)井眼尺寸：1524mm。 (4)鉆具組合：1524鉆頭+120導(dǎo)向馬達(dá)+欠尺寸扶正器+120LWD+89鉆桿+12718。$135鉆桿+127加重鉆桿+127震擊器+127加重鉆桿+127鉆桿。

22、 如圖6所示，從實(shí)際井眼軌跡水平投影圖可以看出，第二個(gè)分支井眼施工施工較短，是由于地質(zhì)構(gòu)造在該處沒(méi)有油層，這充分說(shuō)明了，該井正位于構(gòu)造的邊界處。OUU"450。帥0。380。省一-300- j 芑250一星3200150一100。50一West()Fast(十)()圖6 實(shí)際井眼軌跡水平投影圖5油層完井水平段下入帶膨脹式封隔器割縫篩管，造斜段下人兩組膨脹式封隔器，實(shí)現(xiàn)對(duì)造斜段卡 封。第一分支完鉆后，用完井液替出泥漿，裸眼完井，在主水平段(第一分支開H后端)下 入膨脹式分隔器，實(shí)現(xiàn)對(duì)第一分支的合采或分采。第二分支完鉆后，用完井液替出泥漿，裸 眼完井。主水平段完鉆后，首先用洗井液將井內(nèi)泥漿替出，然后用酸液將泥餅解除，溝通油 流通道，最后膨脹各組封隔器，實(shí)現(xiàn)完井。(1)外管：完井尾管管柱組合(自下而上)。5M”引鞋+5蟛”割縫篩管(1根)+5巧”洗井回壓閥+5”割縫篩管+5M”套管(2根)+5“”