多分支井技术研究进展

魏振峰

摘 要：多分支井具有一井眼多用的特点，大幅度提高了采油效率，降低了油气藏钻井成本。欧美一些国家在多分支井钻井技术方面的研究起步比较早，近年来，我国多分支井钻井技术得到了飞跃式发展。

关键词：多分支井；系统；技术；研究

多分支井是指在一口主井眼（直井、定向井、水平井）的基础上，钻出两个及多个进入油气藏的多分支井眼，也指在一个垂直井中侧钻出新的井眼。多分支井主要以反向双多分支井、鱼骨状水平井、叠加式分支水平井为主。多分支井可以节省井场占地面积、在利用主井眼的基础上，免除了钻机、套管等设备的搬迁安装，不会产生主井钻井形成的垃圾处理等费用，多分支井对主井眼的重复利用，基本上可以节约出开发一个新井的费用，同时节省了大量人力。分支钻井技术已经成为高效开发油气藏的理想井型。

1 前言

早在20世纪30年代，就有专家提出了多分支井的概念，直到20世纪50年代，才展开了多分支井钻探技术的研究，20世纪90年代多分支井钻井技术在国外获得井喷式的迅速发展。目前，全世界已完成几千口多分支井钻探，分支最多的井有十几个分支。

2 国外多分支井技术研究进展

上世紀50年代，涡轮钻具在前苏联得到应用，钻成一口十多分支井，使原井产量增加了16倍，20世纪60年代至80年代期间，多分支井钻探技术在前苏联得到广泛应用，二三十年间共钻了100多口多分支井，300多个多分支井眼，钻探总长度达17万多米，包括57口开发井，36口探井，8口救援井，这些多分支井的费用只占直井投入的30%-80%。发现了多分支井的经济优势后，上世纪80年代后期，前苏联又在一些油气田主攻老井侧钻进行多分支井开发，有数百口5～10个分支，长80～300m的多分支井，同期进行了其他类型的多分支井技术的应用开发。20世纪末，美国Marathon石油公司和Baker Hughes Inteq公司对多分支井进行了联合开发，研究得到了一种用于多分支井的注水泥尾管完井的井下系统。该钻探系统主要利用一个定向短节将钻井工具或完井工具引入适当井眼。具体实施方法为：完成第一个多分支井眼钻探后，测井，下尾管固井，180°旋转定向短节，钻第二个多分支井眼，测井，下尾管固井，这种分流系统能减少10%～20%海上钻井费用。美国Bechtel公司开发出了一种高效的超短半径分支水平井钻井系统，该系统主要包括一台1176KW功率、84.4MPa额定压力的压裂泵，一台常规修井机，一台盘管车，水力破岩钻头、ERW钻管、扩眼器，斜向器，高压导引和控制机构等。20世纪末，加拿大开发出一种预开窗多分支井钻探系统，并完成了全尺寸样品的研制，加拿大Shell公司首次用该系统在Midale油田钻成一口对称双多分支井，裸眼完井，该系统由套管开窗接头、可回收式斜向器、多分支井段悬挂器、下送工具安装管柱四个部分构成，目前，该系统仍作为较成熟的多分支井钻井完井技术在生产中得到应用。法国埃尔夫公司开发出一个三孔分眼器，配合其他组件，利用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，完成其它多分支井眼的钻探工作，利用该装置钻成一口三分支井，钻探成本是普通井的2倍，但是该三分支井的产量比其它井增长了5倍。20世纪90年代，欧美国家的多分支井技术得到了整体迅速的发展，包括多分支井设计、钻井工艺、完井及采油配套技术，甚至相关配套工具、仪器的水平均得到飞跃式发展，以至超过了当时在多分支井数量上占优势的前苏联。欧美国家的一些石油公司，凭借多分支井钻探方面的技术优势，占领了世界范围内的大多数多分支井市场。伴随钻探施工中技术的不断总结、完善，欧美国家的多分支井钻探技术得到了快速发展。20世纪末期，美国石油巨头康纳柯菲利普斯和委内瑞拉国有石油公司的Petrozuata合作项目就是最具代表性的多分支井钻井技术项目。近年来，国外对多分支井完井系统的研究比较多。Halliburton、Baker Hughes、Weatherford 、Sperryrite、Smith /Sperry-Sun、尼奥等知名公司均对多分支井钻探系统进行了大量研究，这几种多分支井完井系统均侧重对分支井眼与主井眼的机械回接、液压封隔和选择性再进入并能实现一井分采方面的研究，完井水平可达到TAML3～5级。

3 国内多分支井技术研究进展

20世纪60年代，我国就开始了多分支井钻井技术的开发尝试，直到20世纪90年代才取得一定的钻探成果。胜利油田、辽河油田、地矿部第六普查勘探大队和海洋石油总公司渤海石油公司等单位对多分支井钻探技术进行了生产转化，进行了现场试验。我国第一口双分支裸眼完井多分支井是由新疆克拉玛依油田于1998年9月在Baker Hughes的协助下完成的。2000年、2001年辽河油田先后完成了两口下套管固井多分支井，并于2001年完成了一口三分支井的钻探，一口套管内开窗侧钻双分支水平井也于2003年完成。2000年、2001年，胜利油田先后完成了国内第一、第二口双分支水平井的钻探工作。通过地震、地质、测井、油藏、工程多学科紧密协作和共同努力，我国第一口多分支井CFI井于2002年9月在渤海公司的绥中油田成功投产，分析发现CFI井的日产油量是周边常规井平均产量的3.6倍。CFI井钻探技术开辟了一条新的开发稠油油田的技术途径。总结成功的经验，渤海公司又相继设计了两口推广试验井，分别是2C25hf井和C26hf井，平均日产油量大约为130m3和90m3，是周边井平均产量的3.3倍和2.3倍。我国第一口12个多分支井眼羽状多分支水平井（DNP02井）由山西亚美大宁能源有限公司与中原油田钻井三公司合作完成，采用了大量前沿的钻井技术，如顶部驱动和欠平衡钻井等。近年来，我国多分支井钻探系统的研究取得了较大的成果，定向回接系统由胜利油田钻井工艺研究院完成开发，实现了开窗侧钻和分支井眼的再进入；膨胀管定位多分支井技术，实现了各种工具均能根据井下膨胀坐挂定位装置进行定位并作业；预开孔定向悬挂分支井完井系统成功地解决了分支井眼和主井眼的贯通以及回接问题；主套管窗口液压密封技术实现了窗口连接处的液压密封性能以及后期投产施工时分支井眼的选择性再进入。我国多分支井技术转化初期，我国完井的多数分支井回接系统难以实现主、分支井眼处的水力隔离和压力完整性，导致完井风险高，耗时多，钻探行业对窗口密封技术的研究的需求十分迫切。新型窗口密封劑开发及应用得到了我国石油行业专家的特别重视，2001年西南石油局应用的窗口密封剂，密封压力达到了12MPa。紧接着辽河石油勘探局工程技术院开发了一种新型的抗高温的窗口密封剂，该密封剂抗压能力强，并且可以满足热采井窗口密封的要求。2010年长江大学完成了韧性有机密封胶的研究，与水泥石相比，具有更加良好的抗冲击能力，使主、分支井眼连接处固结结构完美链接，犹如一体，能承受更大的负荷，更好得保证了分支导流井分支口回接系统的稳定性。2011年，长城钻探工程有限公司开发出一种采用预制成型的基于记忆合金的分支井分叉工具，通过改工具对分支井窗口进行密封，进一步提高了窗口密封效果。

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