杏平水平多分支鉆井技術(shù)

1、杏平1水平多分支井鉆井技術(shù)趙業(yè)榮 譚 平 李 欣 藺志鵬 王文斌（長慶石油勘探局）內(nèi)容摘要 : “杏平 1 水平多分支井鉆井技術(shù)”是中國石油天然氣集團(tuán)公司重點科研攻關(guān)項 目油田最大儲層有效進(jìn)尺鉆完井技術(shù)現(xiàn)場試驗的一個子項目。其目的是通過水平多分 支井眼大大增加油藏的泄流通道，增大驅(qū)油面積，進(jìn)行油藏最大儲層有效進(jìn)尺鉆完井技術(shù)現(xiàn)場 試驗，為低滲透油田的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)探索一條新的技術(shù)途徑。該項目的成功實施,鉆成了國內(nèi)石油、天然氣的第一口 7 分支水平多分支井。關(guān)鍵詞： 水平分支井 鉆井 鉆井液 固井 側(cè)鉆分支井是當(dāng)今國內(nèi)外鉆井技術(shù)領(lǐng)域的高新技術(shù)之一， 是一項集油藏地質(zhì)、 鉆井、 完井和采油于一體的油氣

2、開采技術(shù)。隨著水平井技術(shù)、開窗側(cè)鉆技術(shù)的成熟 , 水平 分支井技術(shù)在國外得到了發(fā)展，國內(nèi)近幾年也開始了研究與試驗。該技術(shù)主要針對 低滲、稠油、低產(chǎn)的油氣層及煤層氣，達(dá)到開發(fā)低豐度油氣藏、提高采收率、降低 總體開發(fā)成本的目的。長慶安塞油田是一典型特低滲的低產(chǎn)油田，要靠大型壓裂、油藏改造、超前注 水以及高密度的布井來開發(fā)生產(chǎn)，成本較高。針對這一現(xiàn)狀，根據(jù)水平多分支井的 技術(shù)特點，結(jié)合安塞油田杏北長 6 油層的地質(zhì)特征，中國石油部署了一口重點試驗 井杏平 1 水平多分支井。其目的是通過水平多分支井眼大大增加油藏的泄流面 積及通道，進(jìn)行儲層最大有效進(jìn)尺的鉆井完井技術(shù)現(xiàn)場試驗，為低滲透油田的經(jīng)濟(jì) 有效開

3、發(fā)探索一條新的技術(shù)途徑。杏平 1 井位于安塞油田杏河區(qū)的東北部，位于陜西省延安地區(qū)志丹縣境內(nèi)，安塞油田的西南部，屬黃土源地貌。地表為 100200m厚的第四系黃土覆蓋，地形復(fù) 雜，溝壑縱橫，梁峁參差。地面海拔11001580m地表高差較大（約150250m。 主力油層長612埋藏深度1350多米，平均有效油層厚度46m孔隙度9.9 %,滲透 率0.6 X 10-3卩m，壓力系數(shù)0.70.8，是一典型特低滲低壓砂巖儲層。鉆水平多分 支井實現(xiàn)儲層最大有效進(jìn)尺（裸眼完井 , 不改造直接投產(chǎn)）現(xiàn)場試驗成功，對低壓 低滲油田的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。杏平1井設(shè)計主水平井眼方位東南方向（方位 112）、長

4、度10001500m在 主水平段間隔100150m的平面上與主水平井眼成3040夾角，采用倒打方式 鉆7個分支水平井眼，東北方向和西南方向依次隔開，其單個長度300500m如圖1是杏平1水平分支井設(shè)計示意圖。主水平井眼和分支井眼均采用直徑215.9mm鉆頭鉆進(jìn)。主水平井采用直一增一穩(wěn)一增一平五段式井斜剖面，分支井采用增一穩(wěn) 二段式方位剖面。圖1杏平1分支水平井示意圖一、主要技術(shù)難點根據(jù)地質(zhì)方案、及水平分支井鉆井工藝要求，杏平1水平分支井在鉆井過程中主要存在以下技術(shù)難題。1、 設(shè)計主水平及分支井眼長（主水平井眼 10001500米，分支井段長300 500 米），而且靶區(qū)范圍小，要求精度高（半靶

5、高2米，寬20米），軌跡控制難度大。2、在無懸空側(cè)鉆水平分支井及鉆具重入老井眼實踐經(jīng)驗的情況下，采用怎樣 的技術(shù)及措施有效完成該工序施工，是該水平多分支井成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一。3、水平及分支井段長且多，井眼成三維結(jié)構(gòu)，鉆具在井內(nèi)的摩阻、扭矩大。 如何使鉆井完井液潤滑性能達(dá)到最優(yōu)，降低摩阻、扭矩，是確保這口水平分支井安 全快速鉆井的技術(shù)保障。4、該水平多分支井油層暴露面積大，施工周期長，浸泡時間長，使用什么樣 的水基鉆井完井液技術(shù)，把鉆井過程中對油層的傷害降至最低程度，確保該口井完 成后在無改造前提下多出油，是這口水平多分支井施工的主要目的之一。5、為了水平及分支井眼的順利施工，設(shè)計 244.5m

6、m技術(shù)套管下至窗口，在沒 有311.1mm大井眼定向-造斜-入窗的施工經(jīng)驗的情況下，如何有效、精確控制井 眼軌跡以及解決好244.5mm技術(shù)套管順利下入和確保良好固井質(zhì)量（也是生產(chǎn)套管）的技術(shù)難題。二、施工概況杏平1水平多分支井于2006年5月1日開鉆，8月10日完鉆。一開井眼直徑 444.5mm,二開井眼直徑311.1mm,直徑244.5mm技術(shù)套管下至窗口，三開水平及 分支井眼215.9mm，每完成一支井眼施工注原油裸眼完井。完成鉆井進(jìn)尺5068米,主水平井眼長1203米，水平位移1574米，比垂深多214米，是垂直井深的1.16倍。 完成與主水平井眼成3040度水平夾角，長度300422

7、米的7個分支井眼（實鉆 分支井眼軌跡水平投影如圖2）。水平井眼總進(jìn)尺 3503米，平均油層鉆遇率達(dá)到 87.7%Surrey 1 Survey #1 （杏平L丿I：/水呼分枝IJ井身結(jié)構(gòu)見表1表1杏平1井井身結(jié)構(gòu)鉆井 井段井眼 尺 寸套管備注鉆頭Mm井深m井段m方位O井斜角O管徑mm下深m一開444.50 1571570339.7157二開311.115710008430244.51561.23直井段995156557011190斜井段三開215.915651806241111 115.388.3792.24裸眼主水平井段215.91706 2026320112.778.285.92 92.3

8、4第二分支井段215.91806 2768962111 115.388.3792.24主水平井段215.92308 2625317110.6 147.288.02 91.36第七分支井段215.92182 2482300111.75 76.388.3792.24第六分支井段215.92036 2458422111.7 147.388.0790.09第五分支井段215.91938 2238300111.88 75.085.4 92.24第四分支井段215.91820 2161341112.46 145.886.13 92.9第三分支井段215.91588 1888300111.6 147.087

9、.06 93.11第一分支井段三、主要技術(shù)的應(yīng)用及效果根據(jù)杏平 1 水平分支井在鉆井過程中存在的主要技術(shù)難題，通過大量的資料調(diào) 研、論證分析、研究試驗，形成了可行的工程技術(shù)、鉆井完井液技術(shù)及完井技術(shù)方 案，應(yīng)用于杏平 1 水平分支井的現(xiàn)場施工，收到良好的應(yīng)用效果。、水平多分支井鉆井工藝技術(shù)1、直井段311.1mm大井眼防斜打直快速鉆井技術(shù)采用塔式雙驅(qū)復(fù)合防斜打直快速鉆井技術(shù)，采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、勤劃眼等措施，既控制了井斜，又提高了鉆速。直井段機(jī)械鉆速9.93m/h，最大井斜角1.07 ， 造斜點995m處的井斜0.71 ，視平移6.06m，為下步大尺寸井眼定向造斜奠定了 良好的基礎(chǔ)。2、311

10、.1mm大井眼定向造斜至入窗的軌跡控制技術(shù)合理選擇造斜點：造斜點選在了長 1地層，該井段地層穩(wěn)定，可鉆性好，并 能適合中靶垂深可小幅度調(diào)整的要求；優(yōu)化鉆具組合：針對 311.1mm大井眼斜井段軌跡控制的難點，為提高軌跡 控制質(zhì)量，優(yōu)選出了一套近旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合，斜井段復(fù)合鉆進(jìn)率達(dá)到63%，復(fù)合鉆進(jìn)造斜率達(dá) 3-5 /30m。加強(qiáng)井眼軌跡控制：采用連增剖面，確保軌跡平滑，控制造斜率，増多斜井 段復(fù)合鉆進(jìn)井段，既有利于快速鉆進(jìn)，又保證了軌跡控制精度。平均造斜率 4.7 /30m。最大造斜率8.89 /30m，入窗段造斜率3.26.3 /30m，在長慶油田首次 實現(xiàn)了311.1mm大井眼定向-造斜-

11、入窗的成功，并確保了244.5mm技術(shù)套管的 順利下入。入窗靶區(qū)控制精度：靶點 1（入窗點） 縱 距:上 0.67 m 偏 移 距:右邊 1.60 m3、長水平段鉆井工藝技術(shù)主水平段長1203m平均機(jī)械鉆速6.57m/h。在滿足地質(zhì)導(dǎo)向鉆進(jìn)的前提下將 垂深半靶高差控制在 1.98m 以內(nèi) , 剖面符合要求，井眼軌跡優(yōu)質(zhì)。水平位移 1574.22m,水垂比在長慶油田首次突破 1,達(dá)到1.16。滿眼雙扶穩(wěn)斜鉆具組合。優(yōu)選鉆頭：選擇了適合安塞油田地層特性的金屬密封牙輪鉆頭和高效PD占頭，提高了鉆井速度。單只 PDC鉆頭鉆進(jìn)井尺319.57m,機(jī)械鉆速7.35m/h ;金屬 密封牙輪鉆頭平均每只進(jìn)尺

12、294.48m,機(jī)械鉆速6.12m/h。采用LWD隨鉆測井將隨鉆伽瑪測井?dāng)?shù)據(jù)、巖屑錄井資料及全烴值結(jié)合起來 進(jìn)行地層對比分析，及時調(diào)整實鉆井眼軌跡，進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向鉆進(jìn)，達(dá)到提高油層鉆 遇率的目的，主水平段油層鉆遇率 67.7 %。實鉆軌跡與設(shè)計軌跡的對比（如圖3、如圖4）mZ72D p:reVrsTSurvey:杏平1井測斜數(shù)據(jù)（杏平1/水平多分支井軌跡）Vertical Section Angle at 112.00?1200圖3-500Vertical Section m300 壬 400700圖4500 匸 6008009(S60vey400杏平1井測斜數(shù)據(jù)60（杏平01/1水平多）分支（

13、井軌跡1800 ）2000 2200I0 口 10001100120013001400-6004、水平多分支井眼側(cè)鉆工藝技術(shù)根據(jù)主水平井段實鉆軌跡數(shù)據(jù)、隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向WGAMIM測井?dāng)?shù)據(jù)、巖屑錄井資料 及有利于分支井側(cè)鉆作業(yè)的原則，優(yōu)選出了7個分支井的側(cè)鉆點。關(guān)鍵技術(shù) 采用倒打分支井技術(shù)、裸眼懸空側(cè)鉆水平分支井技術(shù)，成功側(cè)鉆出7個分支井眼； 優(yōu)選欠尺寸雙扶雙驅(qū)導(dǎo)向鉆具組合同時實現(xiàn)了分支側(cè)鉆及1趟鉆完成1個水平分支井的目標(biāo)； 優(yōu)選了適合安塞油田地層特點的 PDCW鉆鉆頭，成功側(cè)鉆了第5分支井，單只PDC鉆頭鉆進(jìn)井尺422n,機(jī)械鉆速8 m/h ; 優(yōu)選了適合安塞油田地層特點的金屬密封牙輪鉆頭，成功

14、側(cè)鉆出6個分支井,單只金屬密封牙輪鉆頭平均鉆進(jìn)井尺 313m機(jī)械鉆速6.95m/h。分支井眼實施結(jié)果（如表2）表2分支井眼實施結(jié)果分支 井號井段 （米）段長 （米）分支側(cè)鉆時間 （時）鉆井 時間* （時）鉆速* (m/h)油層 段長 （米）油層鉆 遇率分支21706-202632021:0053:005.4725880.6 %分支7:2308-2625P 31716:0045:006.3726984.9 %分支62182-248230033:3039:006.9422876.0 %分支52036-245842236:0048:308.0039794.5 %分支4：1938-2238:30015

15、:0032:008.4324882.6 %分支31820-216134111:3044:306.9031893.2 %分支1：1588-188830013:3030:308.85300100%注：7個分支井段總長 2300m,油層段總長2018m，油層鉆遇度87.7 %。*均除去了分支側(cè)鉆井段和時間。實鉆分支井眼軌跡水平投影圖（見圖 2）、水平多分支井鉆井完井液技術(shù)針對鉆井完井液必須解決好潤滑降低摩阻和儲層保護(hù)兩大主要技術(shù)難題，首先 對杏河油區(qū)長6儲層儲層特征，儲層敏感性試驗等資料做了較詳細(xì)的收集分析，認(rèn) 為鉆井過程中在壓差作用下鉆井完井液組份進(jìn)入油層，可以多種方式堵塞地層孔隙，造成油層滲透率

16、降低。還對國內(nèi)外鉆分支井的資料進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)合杏 平1井所鉆地層特性、工程工藝、設(shè)備條件等，在水平和分支井眼研究應(yīng)用了 具有無固相、低濾失；良好潤滑性的低摩阻、低傷害無固相鉆井完井液技術(shù)。 其室內(nèi)配方的性能參數(shù)如表3。表3低摩阻低傷害無固相鉆井完井液性能項目性匕匕 厶冃P31.01 g/cmAPI FL 50井段，兩根套管加放一只鋼性螺旋滾柱扶正器；0 a 50井段,兩根套管加放一只彈性雙弧扶正器；居中度計算0-45 （1003.11 米-1289.56 米）,平均居中度：78.34%45o-86 （ 1289.56 米-1561 米）,平均居中度：68.19%四、取得的技術(shù)成果1、在無頂驅(qū)的

17、情況下，成功采用倒打分支井技術(shù)、裸眼懸空側(cè)鉆水平分支井 技術(shù)，成功側(cè)鉆出 7 個分支井眼，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平；掌握了一套懸空側(cè)鉆分支井 的鉆井技術(shù)，形成了一套經(jīng)濟(jì)有效的水平多分支井施工作業(yè)規(guī)范。2、在長慶油田水平井主水平段首次突破了 1200 米，達(dá)到 1203 米，首次在長 慶鉆成了水垂比 1.16 的大位移水平井，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。3、累計水平段總長達(dá) 3503 米，創(chuàng)國內(nèi)陸上油氣田水平段長度記錄。4、在無頂驅(qū)的情況下，采用接雙根法及側(cè)向低邊法側(cè)鉆技術(shù)實現(xiàn)了水平懸空 側(cè)鉆多分支井，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。5、創(chuàng)造了 MWD工具面控制法重入技術(shù)，實現(xiàn)了主水平井眼及分支井眼重入鉆 井，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平

18、。6、研究試驗了具有強(qiáng)抑制頁巖膨脹效果的低摩阻、低傷害無固相鉆井完井液 技術(shù)。7、在長慶實現(xiàn)了“三個第一” 。首次研究成功低摩阻、低傷害無固相鉆井完井 液；第一次在高難度的水平井現(xiàn)場試驗應(yīng)用，并順利完成大位移水平多分支井；第 一次用水基無固相鉆井完井液打開油層。五、結(jié)論與認(rèn)識1. 采用塔式雙驅(qū)復(fù)合鉆井技術(shù)是 311.1mm大井眼直井段防斜快鉆的有效措 施。2. 控制好 311.1mm大井眼斜井段井眼軌跡，低造斜率，井眼平滑，入窗精 確，是確保244.5mm大尺寸技術(shù)套管順利下入的保障。3. 244.5mm大尺寸套管下入窗口，從通井、管串設(shè)計及扶正器加放、下套管 采取的技術(shù)措施 , 為套管順利下入起到了關(guān)鍵作用，為今后大套管下入提供了新思 路。4性能優(yōu)越的防竄高密度及漂珠低密度水泥漿體系，確保了保證現(xiàn)場施工安 全，是提高大套管、大斜度固井質(zhì)量的關(guān)鍵。5. 井眼軌跡的優(yōu)化設(shè)計與精確控制，低摩阻、低傷害無固相鉆井完井液成功 應(yīng)用，有效地降低了長水平段、三維水平分支井的摩阻、扭矩，實現(xiàn)了安全、高效 鉆井。6. 優(yōu)選的金屬密封牙輪鉆頭、PDC鉆頭適合安塞油田水平多分支井鉆井工程的 要求。7. 在常規(guī)鉆井設(shè)備和定向工具條件下，采用接雙根法技術(shù)及側(cè)向低邊法側(cè)鉆 技術(shù)實現(xiàn)了裸眼懸空側(cè)鉆、倒打水平多分支井的工藝。8. 探索了重入技術(shù)，創(chuàng)造了 MW工具面控制法重入技術(shù)，實現(xiàn)了主水平眼（井