多分支井技术发展综述

2010-08-15苑珊珊刘启国熊景明

石油石化节能 2010年12期

关键词：井眼分支油藏

苑珊珊刘启国熊景明

(1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室;2.川庆钻探国际工程公司)

多分支井技术发展综述

苑珊珊1刘启国1熊景明2

(1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室;2.川庆钻探国际工程公司)

多分支井技术是通过增大油气藏的泄油面积来提高油气井产量的一项钻井完井新技术,是21世纪钻井领域的重大技术之一。介绍了多分支井的类型、应用适宜条件以及钻井方法和国际 TAML分级,指出了多分支井的技术关键。采用多分支井技术能够提高单井产量、降低成本、提高油田的最终采收率及油田开发的综合经济效益。通过分析国内外多分支井技术的发展现状,可以看出国内多分支井应用技术与世界先进水平相比仍然存在较大差距,但是具有广阔的发展前景,是一项科技创新工程。

多分支井钻井工程完井

1 引言

多分支井是指在1口主井眼的底部钻出2口或多口进入油气藏的分支井眼。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个主井筒内开采多个油气层,实现1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者再钻水平井,所以原井再钻已不再是老井的侧钻技术,在利用已有井眼增加目标靶位、扩大开发范围的同时,还可充分利用油田已有管网、道路、井场、设施等,具有很高的经济效益[1]。

多分支井技术对于油藏开发而言,有助于制定合理的开发方案,以较低的成本有效开发多产层的油藏;从钻井角度看,各分支享有共同的井口及上部井段,因而可以大大降低钻井成本,减少土地占用及有利于环境保护。多分支井技术除了降低总成本外,还能提高生产速度和最终采收率,改善油气藏泄油方式和增加储量,发展前景十分广阔。

2 国内外多分支井技术现状

多分支井的概念起源于20世纪30年代,而世界上首先开展多分支井技术研究的是20世纪50年代初期的苏联。第一批多分支井开始于前苏联的俄罗斯和乌克兰地区,第二批多分支井于1968年开钻于苏联的东西伯利亚地区。20世纪多分支井技术在俄罗斯、北海油田及北美得到广泛应用,并逐步推广到中东、南美、欧洲与亚洲[2]。

世界上第1口 TAML5级多分支井是Shell公司1998年在巴西近海Voador油田从半潜钻井平台上钻的1口反向双分支井,是1口注水井;1998年Shell公司在加利弗尼亚1口陆上井成功地安装了1个6级完井的主分井筒连接部件,该井是Shell公司计划在2001年开发高温高压油气田使用TAML6级完井多分支井的技术准备[3,4]。至1998年全球约有1 000多口分支井,其中约一半是Shell公司钻的,在中东、北美和欧洲北海应用较多。虽然在国外现场应用多分支井技术已经较为普遍,但是多分支井技术仍不十分完善,国外各大公司仍然把多分支井技术作为前沿课题进行攻关。

目前,我国的新疆、辽河、胜利、南海、四川等油田都先后钻成了多分支井。南海西部公司1998年9月用修井机和老井侧钻技术钻成了国内海洋第1口多底井[5],2个井筒用电潜泵合采,产量是斜井单井产量的3倍。新疆油田在1999年钻了1口双分支井。辽河油田2000年4月钻成海14-20三分支井,是国内第1口自行设计、自行施工、具有自主知识产权的侧钻三分支井,完井技术等级为4级。2000年9月胜利油田在其先进的水平井技术的基础上,自行设计和施工完成了该油田第1口双分支水平井,完井技术等级为4级。2000年以来,鱼骨状分支井在国内的应用增长较快[6],2005年4月,大港油田成功地钻成我国陆上油田第一口鱼骨型水平多分支井J H2,填补了我国陆上油田鱼骨型水平多分支井的空白。

3 多分支井的类型及适宜条件

目前所钻的多分支井主要有两种:①以某种类型分支井为完井目的的新钻井;②从现有井中侧钻多分支井[7]。目前世界各国所钻的多分支井主要有:反向双分支井、叠加式双或三水平分支井等10种类型。反向双分支井,一个分支井眼下倾,另一个井眼上倾,并且井眼方向相反;叠加双分支井,用于开采两个不同产层或在一个低渗透阻挡层之上和之下采油;同层多分支井,在一个产层中从一个主井眼钻数个分支井眼;多侧向分支井,从处于一个水平面的一个水平井眼钻数个分支井眼;帚状多分支井,从一个水平井眼数个处于同一垂直面的多分支井。多分支井可以更多地暴露储层和增加产量,在单一的储层采用分支井能提高储层的泄油效率。

多分支井主要应用于老井侧钻,以及开发因水锥等原因造成的死油区。这类分支井井眼较短,大部分是尾管和裸眼完井,一般为砂岩油藏。多分支井技术对于开发多个小块状或透镜体油气层、薄油气层以及低压低渗和高黏度稠油藏具有特别重要的意义,使许多在经济开采限以下的储量得以开发。

目前多分支井主要应用在下列油藏中:

◇小区块或隔离区块油层;

◇阁楼油的聚集区,石油储存在油层中现有最高射孔位置之上,这时可直接在阁楼油的存储位置流出点钻分支井;

◇透镜状油藏,油层为条带排列的透镜体袋状油藏,这种情况钻多分支井能穿过多个透镜体;

◇高定向渗透油藏;

◇垂直重叠的单个油层,油层在垂向上分隔;

◇需要优化压力控制和波及效率高的油藏;

◇渗透率不同需要水驱的油藏;

◇有多组天然裂缝的油藏,假如油层有两套天然裂缝,原水平井仅交叉其中一组,这时新的分支井横穿另一组可更有效地开采油层;

◇未来开采的附加带油藏;

◇在平衡的、产能不均匀的不同产层。

随着多分支井技术的不断完善及井下工具的不断开发,多分支井几乎可以用于开发所有的油气藏。

4 多分支井的优越性

从国内外应用情况看,多分支井技术可以应用于石油天然气资源,地热、煤层气资源和地下水等地下资源的开采。现在较为普遍地应用于石油天然气领域,它可以应用于多种油气藏的经济开采,能够有效地开采稠油油藏、边际油藏或中后期油藏、天然裂缝和致密油藏、断块油藏等。

实践证明,多分支井可以提高单井产量、实现少井高产,有利于提高最终采收率,提高油气井的效率。其优越性主要体现在:

◇增大井眼与油藏的接触面积,提高泄油效率;

◇改善油藏动态流动剖面,降低锥进效应,提高重力泄油效果;

◇提高油气层纵向动用程度;

◇提高裂缝油气藏裂缝钻遇率;

◇减少了设备搬迁、下套管和钻井液费用;

◇大大减少无效井段,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;

◇由于地面井口或海上井槽的减少,降低了相应的地面工程、油井管理费用和平台的建造费用;

◇降低油井管理、环境保护等费用,提高经济效益。

总之,多分支井技术可以较大幅度地降低油气开发成本,充分挖掘油田生产能力,提高油气开发的综合经济效益,是国内外大力开发和应用的一项低成本、高收益的钻井新技术。因此,可认为多分支井开采技术将是油田开发的主要工艺技术之一,具有非常广阔的应用前景。

5 多分支井的钻井、完井技术

多分支井钻井技术是在单一井眼里钻出若干个支井,并且回到单个主井筒的钻井新技术。随着钻井技术的发展,多分支井钻井技术也在不断地改进和创新。膨胀管定位多分支井钻井技术、智能多分支井钻井技术、鱼骨型水平多分支井钻井技术是近几年涌现出的新技术。井下电视技术在多分支井完井中得到应用。在钻井完井方法上,主要包括以下几个部分。

5.1 钻井技术

5.1.1 磨铣套管或开窗侧钻

这种方法对老油田的后期开发特别有效。一般采用两种方法实现侧钻:磨铣一段套管打水泥塞,然后通过磨铣段定向造斜;下入造斜器,磨铣套管开窗,侧钻水平井。

5.1.2 径向分支井方法

径向分支井系统是一种集侧钻、完井于一体的多用途系统。利用它在主井眼和分支井眼钻出后安装回接完井管柱。

5.1.3 裸眼侧钻分支井

此方法一般是在新钻的分支井上实施,在主井眼中下入技术套管并固井后,利用造斜和稳斜钻具组合沿设计方向钻第一翼分支井,然后在该水平段的某点井眼低边侧钻第二翼分支井[8]。

5.1.4 膨胀管定位侧钻

膨胀管定位是我国的创新技术,它解决了用卡瓦定位所带来的技术难题。膨胀管在井下形成了支井的永久定位,实现了对斜向器的可靠定位[9]。

5.1.5 智能分支井

由数家公司开发的集成钻井系统 (IDS)和集成操作系统 (IDO)获得成功,是钻井及操作智能化的体现。智能井技术主要体现在:钻井时,在油藏平面上安置传感器和控制阀,达到一井多用,同采同注;可以通过地面遥控实现单井多层、多分支选择性生产和注入,实时优化各层的流动,随意封隔水气层,防止串流;进行实时连续监测、采集和处理,并实时反馈井下数据、实时优化生产,最终达到优化油藏经营和生产管理、提高采收率的目的。

5.2 完井技术

1997年,世界主要石油公司和专业服务公司的分支井技术专家共同交流经验,指定一个多分支井的分类体系,即 TAML(Technology Advancement Multi Laterals)分级。TAML是按多分支井的3个特性即连通性 (Connectivity)、隔离性(Isolation)、可达性 (Accessibility)来评价其技术和分级的。将多分支井完井方法分为 1～6S级[10],即:

(1)一级完井:主井眼和分支井眼都是裸眼,完井作业不对不同产层进行分隔,也不对层间压差进行任何处理;

(2)二级完井:主井眼下套管并注水泥完井,分支井裸眼完井或只放筛管而不注水泥;

(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;

(4)四级完井:主井眼和分支井眼都在连结处下套管并注水泥;

(5)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;

(6)六级完井:连接处压力整体性连接部压力与井筒压力一致,是一个整体性压力,可通过下套管取得,而不依靠井下完井工具。

(7)6S级 (即六级完井的次级)完井:使用井下分流器或者地下井口装置,基本上是1个地下双套管头井口,把一个大直径主井眼分成2个等径小尺寸的分支井筒。

6 多分支井的技术关键

多分支井的技术关键主要集中在分支井眼与主井眼的分支接口处,其技术水平主要体现在接口支撑、接口密封及支井重入三个方面。接口支撑是指各分支井眼的完井管柱都要和主井眼的套管相连接,其连接处要具有机械上的整体性,以解决井壁稳定和储层出砂等问题。接口密封是指将各分支井眼不同压力系统的油气流分隔开,解决分采问题。支井重入是指各分支井都要与主井眼贯通,实现从主井眼向任一分支井眼重入,满足采油和修井作业的要求。具体内容有:

(1)根据地质、油藏条件和拟用的采油方式,选择TAML分级标准的某级并确定井身结构类型,设计主、分井筒井眼的结构及相应的完井方法,分支井的选择取决于产层特征、开发目的、开采条件、产层厚度及岩性,以及产层上部是否存在需要的密闭层。分支井的井身剖面、分支长度和分支数目等取决于产层的非均质性、地层厚度、岩性、岩石硬度的分布、地层剖面稳定的程度等。选择与设计分支井时应考虑工艺技术水平及多分支井采油、增产措施和修井等技术水平。

(2)多分支井完井工具及工艺技术研究。

(3)使用先进的多分支井开窗技术及轨迹控制技术。

(4)研制密封的、可封隔的、耐高温的连接部件,研究窗口密封技术,研制井下专用工具和管件,研究完井测控安装技术。

(5)研究多分支井能够维护井壁稳定、保护油气层及低摩擦阻力、强抑制、高携屑能力、净化井眼效果好的钻完井技术。

(6)研究多分支井的固井、完井、采油、增产、修井等配套技术及专用软、硬件的开发工作。

多分支井是用钻井手段提高产量和采收率的新兴技术,其技术难度较大,尤其是完井技术。因此,必须在跟踪国外技术的同时,加大研究力度,要有所创新,尽快开发和完善该项技术。