分支井钻完井技术在高石梯-磨溪地区的适应性分析

2018-06-13周柏年孟鐾桥沈欣宇

钻采工艺 2018年3期

周柏年，孟鐾桥，沈欣宇

(中国石油西南油气田公司工程技术研究院)

高石梯-磨溪地区(以下简称高-磨地区)龙王庙组储层纵向厚度变化大、横向非均质性强，现有的大斜度井、水平井不能完全满足气藏高效开发的需要[1]。近年来，分支井钻完井技术作为提高油气开采综合效益的有效技术手段在国内外得到迅速发展，这也促使在高-磨地区发展分支井钻完井技术。高-磨地区龙王庙组气藏地质情况复杂，工程难度大，先前浅井钻探开展过分支井钻完井先导试验，但未在深井钻探中应用。在能够解决分支井钻完井难题的前提下，分支井钻完井技术可以实现降低总体开发井数，缩减井场占地，降低地面建设费用以及总体开发成本，从而提高油气井开发综合经济效益。

一、国内外分支井钻完井技术概况

1.国内外分支井钻完井技术现状

分支井钻井技术主要包括套管开窗锻铣侧钻、预设窗口、裸眼侧钻、膨胀管定位侧钻等方法。分支井完井技术关键主要集中在主井眼与分支井眼接口处,其技术水平体现在接口支撑、密封及支井重入三个方面。根据这三个特性确立分支井的分类体系,即TAML分级，分支井完井技术水平分为1～6s级，如表1所示[2]。

表1 各级别分支井技术水平总表

近年来国外分支井技术发展迅速，旋转导向和地质导向技术的成熟应用使分支井钻井方面难度降低。技术难点主要集中在完井方面，其中成熟的完井系统主要有Halliburton公司的3000型分支井完井系统、BakerHughes公司的ROOT分支井钻完井系统、Weatherford公司的SRS分支井完井系统等，这几种完井系统考虑了分支井眼与主井眼的机械回接、液压封隔和选择性重入等问题，完井技术水平可达到TAML3～5级[3-4]。

国内分支井技术主要通过裸眼侧钻和套管开窗侧钻完成，工程技术与井下工具跟国外有很大差距。近几年随着国外各大油服公司地质导向和旋钻导向工具的引入，在钻井技术方面能满足分支井钻井工程需要。完井方面初期主要使用国外油服多分支完井系统，后期各大油田公司也自主研发了多套分支井完井系统，均达到了TAML4级完井水平，在现场应用方面取得了很好的效果[5]。

2.国内外分支井技术应用情况

塔里木油田分支井开发目的层为裂缝-溶洞型碳酸盐地层，纵向发育在潜山面以下150m范围。TK908DH井采用双反向分支水平井，第一分支井深5 234.55m，第二分支井深5 239.88m，是迄今为止国内最深的分支井，取得了很好的经济效益[6]。

哈萨克斯坦肯基亚克油区是世界上公认的难开采区块之一，该区块单井控油面积小，通过钻探分支井解决该区块的技术难题，H8309井第1分支完钻井深4 940m，第2分支完钻井深4 850m，该井开窗点深度3 724m，克服深井高温高压顺利完钻[7]。

塔里木油田、肯基亚克油区分支井钻探目的层与高-磨地区龙王庙组气藏特征最为相似，其分支井技术的成功应用也为高-磨地区开展分支井技术提供一定的参考。

二、高-磨区块地质特征及工程难点分析

1.高-磨区块地质特征分析

高-磨地区地面出露地层为侏罗系上统遂宁组或者中统沙溪庙组沙二段。自上而下依次揭穿侏罗系、三叠系、二叠系、奥陶系、寒武系、震旦系。中上部地层沙溪庙组-珍珠冲组地层易垮塌，下部地层长兴组-栖霞组易漏易涌。其主力产层为龙王庙组，沉积相以局限台地相和半局限台地相为主[8]。储层厚度一般在80～100m左右，储集岩类为砂屑白云岩、残余砂屑白云岩和细-中晶白云岩，储层具有低孔、低渗特征，需后期进行增产改造，储集类型总体上为裂缝-孔洞型[9-11]。气藏储集较为分散，纵向上厚度变化大，横向上非均质严重，且具有断续带状分布等特征，气藏储集有一定的方向性，大斜度井、水平井单井开发方位走向受限，丛式井又会增加钻井成本，如利用分支井技术开发能更好地控制分散气藏，同储层开发能增加钻进延伸方向，增大后期增产改造面积，减少井位布置，降低钻井成本。

图1 高-磨地区已钻井Ø311.2 mm井段井径对比图

2.钻完井技术难点分析

该区块已钻MX9井、MX11井、GS10井、GS12井井径对比如图1所示，阴影面积段井径扩大明显，此段地层是沙溪庙组到自流井组，井壁失稳垮塌，后期固井质量难以保证，若在此段Ø244.5mm套管内采用Ø215.9mm钻头开窗侧钻，水泥胶结问题会影响开窗位置的连接密封性。二叠系以下地层可钻性差，机械钻速缓慢，选择龙王庙上部地层侧钻分支井眼，钻时慢，造斜困难，轨迹控制难度大，还会增加钻头使用数量，导致分支井段起下钻次数增多，新钻头、扶正器对窗口位置的反复拉划，易造成窗口位置的损坏，影响钻具的重复进入。

龙王庙组为高温、高压含硫气藏，气藏中部温度在137.19℃～147.70℃之间，平均值141.39℃，压力系数1.63左右，已钻井龙王庙组温度压力情况如图2所示。高温高压对固井水泥浆性能产生影响，导致分支井眼接口处水泥胶结质量差，连接处的机械支撑性、力学完整性难以保证。龙王庙组储集层含硫，会对液压类或含橡胶件等完井工具的正常使用造成一定影响，无法顺利完井。后期进行压裂等增产作业井筒内压力较高，分支井连接口处承压能力不足，容易发生变形，后续生产受阻。

图2 高-磨地区龙王庙组气藏温度压力情况

三、分支井钻完井技术在高-磨地区的适应性分析

龙王庙组气藏平均埋深都在4 700m左右，对钻完井工程提出了很高的要求，需结合高-磨地区已钻井分支井技术应用情况，提出适合的分支井钻完井方案。

1.四川浅层分支井钻完井技术应用效果分析

四川盆地先期在安岳和广安地区开展了双分支井钻完井技术现场试验。钻成Y101-Z56与HC001-Z45两口双分支井，目的层均为须家河组须二段。Y101-Z56井主井眼井深2 750.32m，分支井眼井深2 610.05m，产层压力系数1.53；HC001-Z45井主井井深2 733.39m，分支井眼2 593.46m，产层压力系数1.25。两井均采用常规套管井身结构，如图3和图4所示。

图3 HC001-Z45井井身结构图

一开采用Ø444.5mm钻头钻至300m，下入Ø339.7mm表层套管，二开采用Ø311.2mm钻头钻穿沙一段地层50m左右，下入Ø244.5mm技术套管，三开主井眼采用Ø215.9mm钻头钻至完钻井深，悬挂Ø139.7mm尾管完井；分支井眼开窗点选在主井眼尾管悬挂器以上30m左右，采用Ø215.9mm钻头钻至完钻井深，悬挂Ø139.7mm尾管完井。双分支走向呈180°，稳斜段为45°。HC001-Z45与Y101-Z56是全部采用自主知识产权的国产钻完井工具完成的第一批TAML4级分支井，作为先导性试验，分支井眼连接处实现了机械支撑，主分支井眼实现了后期的选择性重入，达到了TAML4级分支井完井要求，双分支井钻完井试验应用取得成功。

图4 Y101-Z56井井身结构图

2. 分支井钻完井技术初步方案

通过四川浅层分支井钻完井技术应用效果分析，四川盆地具有钻成TAML4级双分支井的成功经验，但龙王庙气藏埋深更深，地质情况复杂，目前高-磨地区龙王庙组气藏开发以大斜度井和水平井为主，钻完井过程遇到的井下复杂情况较多，为安全高效开发龙王庙组气藏，可探索双分支水平井钻完井模式。

2.1 双分支水平井钻完井方案一

龙王庙组气藏开发井成熟应用常规四开井身结构。优先考虑此套管层序列进行分支井井身结构设计。主井眼Ø339.7mm表层套管下至500m左右，封固上部地层，Ø244.5mm技术套管下至嘉二3中部云岩地层3 200m左右，封隔上部相对低压、漏失、垮塌层，为下部高密度钻进创造条件，三开采用Ø215.9mm钻头钻至龙王庙组斜深150m，下入Ø177.8mm悬挂技术套管固井，四开采用Ø149.2mm钻头降密度钻完目的层，下入Ø127mm尾管固井射孔完成，钻完目的层后回接Ø177.8mm套管至井口。分支水平井眼在Ø177.8mm套管内龙王庙组上部斜井段开窗，采用Ø149.2mm钻头钻完目的层，下入Ø127mm尾管，预开孔悬挂系统坐挂于Ø177.8mm套管窗口底端。主井眼采用“直—增—稳”剖面，分支井眼采用“直—稳—增—稳”剖面，受斜井段开窗限制两支水平井井眼设计走向在90°以内，参考开发井实钻情况设计水平段长1 000m；钻井液方面上部井段选择聚合物钻井液，中下部选择聚磺钻井液，进入龙王庙组选用保护储层钻井液；钻井提速方面主要是采用“个性化PDC钻头+螺杆”的模式，针对不同地层优选出不同的钻头型号，造斜段和水平段主要依靠旋转导向技术。此方案井身结构简单，钻井配套成熟，但是开窗点位置选择在斜井段，龙王庙组垂厚100m，造斜段长有限，水平井段走向受限，不能满足任意地质靶区要求。

2.2 双分支水平井钻完井方案二

开窗位置上移至Ø244.5mm套管内，下部预留两层套管，实现龙王庙组低密度钻井，若主井眼Ø244.5mm套管内分支悬挂Ø177.8mm套管后，主井眼Ø177.8mm套管无法回接。考虑采用非标四开井身结构，主井眼Ø365.1表层套管下至500m左右，Ø273.05mm技术套管至嘉二3中部云岩地层3 202m；三开采用Ø241.3mm钻头钻至龙王庙组顶5m，悬挂Ø219.08mm技术尾管；四开采用Ø190.5mm钻头低密度钻至完钻井深，悬挂Ø168.3mm油层尾管。分支水平井眼在Ø219.08mm套管内茅口组中下部开窗，用Ø190.5mm钻头钻至龙王庙顶部，下入Ø168.3mm套管，预开孔悬挂系统座挂于Ø219.08mm套管窗口底端，用Ø139.7mm钻头低密度钻至完钻井深，悬挂Ø114.3mm尾管。最后回接主井眼Ø219.08mm套管。主井眼采用“直—增—稳”剖面；分支井眼采用“直—稳—增—稳”剖面，两支水平井井眼设计走向呈180°，设计水平段长1000m。此方案采用非标井身结构，钻井成本相比方案一有所增加，但主井眼与分支井眼走向不受限制，能够满足地质靶区要求，避免了高密度钻进龙王庙组，降低井漏风险。