分支井鉆完井技術(shù)在高石梯-磨溪地區(qū)的適應(yīng)性分析

周柏年， 孟鐾橋， 沈欣宇

(中國(guó)石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院)

高石梯-磨溪地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱高-磨地區(qū))龍王廟組儲(chǔ)層縱向厚度變化大、橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，現(xiàn)有的大斜度井、水平井不能完全滿足氣藏高效開發(fā)的需要[1]。近年來(lái)，分支井鉆完井技術(shù)作為提高油氣開采綜合效益的有效技術(shù)手段在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展，這也促使在高-磨地區(qū)發(fā)展分支井鉆完井技術(shù)。高-磨地區(qū)龍王廟組氣藏地質(zhì)情況復(fù)雜，工程難度大，先前淺井鉆探開展過分支井鉆完井先導(dǎo)試驗(yàn)，但未在深井鉆探中應(yīng)用。在能夠解決分支井鉆完井難題的前提下，分支井鉆完井技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)降低總體開發(fā)井?dāng)?shù)，縮減井場(chǎng)占地，降低地面建設(shè)費(fèi)用以及總體開發(fā)成本，從而提高油氣井開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益。

一、國(guó)內(nèi)外分支井鉆完井技術(shù)概況

1.國(guó)內(nèi)外分支井鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀

分支井鉆井技術(shù)主要包括套管開窗鍛銑側(cè)鉆、預(yù)設(shè)窗口、裸眼側(cè)鉆、膨脹管定位側(cè)鉆等方法。分支井完井技術(shù)關(guān)鍵主要集中在主井眼與分支井眼接口處,其技術(shù)水平體現(xiàn)在接口支撐、密封及支井重入三個(gè)方面。根據(jù)這三個(gè)特性確立分支井的分類體系,即TAML分級(jí)，分支井完井技術(shù)水平分為1～6s級(jí)，如表1所示[2]。

表1 各級(jí)別分支井技術(shù)水平總表

近年來(lái)國(guó)外分支井技術(shù)發(fā)展迅速，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的成熟應(yīng)用使分支井鉆井方面難度降低。技術(shù)難點(diǎn)主要集中在完井方面，其中成熟的完井系統(tǒng)主要有Halliburton公司的3000型分支井完井系統(tǒng)、BakerHughes公司的ROOT分支井鉆完井系統(tǒng)、Weatherford公司的SRS分支井完井系統(tǒng)等，這幾種完井系統(tǒng)考慮了分支井眼與主井眼的機(jī)械回接、液壓封隔和選擇性重入等問題，完井技術(shù)水平可達(dá)到TAML3～5級(jí)[3-4]。

國(guó)內(nèi)分支井技術(shù)主要通過裸眼側(cè)鉆和套管開窗側(cè)鉆完成，工程技術(shù)與井下工具跟國(guó)外有很大差距。近幾年隨著國(guó)外各大油服公司地質(zhì)導(dǎo)向和旋鉆導(dǎo)向工具的引入，在鉆井技術(shù)方面能滿足分支井鉆井工程需要。完井方面初期主要使用國(guó)外油服多分支完井系統(tǒng)，后期各大油田公司也自主研發(fā)了多套分支井完井系統(tǒng)，均達(dá)到了TAML4級(jí)完井水平，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方面取得了很好的效果[5]。

2.國(guó)內(nèi)外分支井技術(shù)應(yīng)用情況

塔里木油田分支井開發(fā)目的層為裂縫-溶洞型碳酸鹽地層，縱向發(fā)育在潛山面以下150m范圍。TK908DH井采用雙反向分支水平井，第一分支井深5 234.55m，第二分支井深5 239.88m，是迄今為止國(guó)內(nèi)最深的分支井，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益[6]。

哈薩克斯坦肯基亞克油區(qū)是世界上公認(rèn)的難開采區(qū)塊之一，該區(qū)塊單井控油面積小，通過鉆探分支井解決該區(qū)塊的技術(shù)難題，H8309井第1分支完鉆井深4 940m，第2分支完鉆井深4 850m，該井開窗點(diǎn)深度3 724m，克服深井高溫高壓順利完鉆[7]。

塔里木油田、肯基亞克油區(qū)分支井鉆探目的層與高-磨地區(qū)龍王廟組氣藏特征最為相似，其分支井技術(shù)的成功應(yīng)用也為高-磨地區(qū)開展分支井技術(shù)提供一定的參考。

二、高-磨區(qū)塊地質(zhì)特征及工程難點(diǎn)分析

1.高-磨區(qū)塊地質(zhì)特征分析

高-磨地區(qū)地面出露地層為侏羅系上統(tǒng)遂寧組或者中統(tǒng)沙溪廟組沙二段。自上而下依次揭穿侏羅系、三疊系、二疊系、奧陶系、寒武系、震旦系。中上部地層沙溪廟組-珍珠沖組地層易垮塌，下部地層長(zhǎng)興組-棲霞組易漏易涌。其主力產(chǎn)層為龍王廟組，沉積相以局限臺(tái)地相和半局限臺(tái)地相為主[8]。儲(chǔ)層厚度一般在80～100m左右，儲(chǔ)集巖類為砂屑白云巖、殘余砂屑白云巖和細(xì)-中晶白云巖，儲(chǔ)層具有低孔、低滲特征，需后期進(jìn)行增產(chǎn)改造，儲(chǔ)集類型總體上為裂縫-孔洞型[9-11]。氣藏儲(chǔ)集較為分散，縱向上厚度變化大，橫向上非均質(zhì)嚴(yán)重，且具有斷續(xù)帶狀分布等特征，氣藏儲(chǔ)集有一定的方向性，大斜度井、水平井單井開發(fā)方位走向受限，叢式井又會(huì)增加鉆井成本，如利用分支井技術(shù)開發(fā)能更好地控制分散氣藏，同儲(chǔ)層開發(fā)能增加鉆進(jìn)延伸方向，增大后期增產(chǎn)改造面積，減少井位布置，降低鉆井成本。

圖1 高-磨地區(qū)已鉆井?311.2 mm井段井徑對(duì)比圖

2.鉆完井技術(shù)難點(diǎn)分析

該區(qū)塊已鉆MX9井、MX11井、GS10井、GS12井井徑對(duì)比如圖1所示，陰影面積段井徑擴(kuò)大明顯，此段地層是沙溪廟組到自流井組，井壁失穩(wěn)垮塌，后期固井質(zhì)量難以保證，若在此段?244.5mm套管內(nèi)采用?215.9mm鉆頭開窗側(cè)鉆，水泥膠結(jié)問題會(huì)影響開窗位置的連接密封性。二疊系以下地層可鉆性差，機(jī)械鉆速緩慢，選擇龍王廟上部地層側(cè)鉆分支井眼，鉆時(shí)慢，造斜困難，軌跡控制難度大，還會(huì)增加鉆頭使用數(shù)量，導(dǎo)致分支井段起下鉆次數(shù)增多，新鉆頭、扶正器對(duì)窗口位置的反復(fù)拉劃，易造成窗口位置的損壞，影響鉆具的重復(fù)進(jìn)入。

龍王廟組為高溫、高壓含硫氣藏，氣藏中部溫度在137.19℃～147.70℃之間，平均值141.39℃，壓力系數(shù)1.63左右，已鉆井龍王廟組溫度壓力情況如圖2所示。高溫高壓對(duì)固井水泥漿性能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致分支井眼接口處水泥膠結(jié)質(zhì)量差，連接處的機(jī)械支撐性、力學(xué)完整性難以保證。龍王廟組儲(chǔ)集層含硫，會(huì)對(duì)液壓類或含橡膠件等完井工具的正常使用造成一定影響，無(wú)法順利完井。后期進(jìn)行壓裂等增產(chǎn)作業(yè)井筒內(nèi)壓力較高，分支井連接口處承壓能力不足，容易發(fā)生變形，后續(xù)生產(chǎn)受阻。

圖2 高-磨地區(qū)龍王廟組氣藏溫度壓力情況

三、分支井鉆完井技術(shù)在高-磨地區(qū)的適應(yīng)性分析

龍王廟組氣藏平均埋深都在4 700m左右，對(duì)鉆完井工程提出了很高的要求，需結(jié)合高-磨地區(qū)已鉆井分支井技術(shù)應(yīng)用情況，提出適合的分支井鉆完井方案。

1.四川淺層分支井鉆完井技術(shù)應(yīng)用效果分析

四川盆地先期在安岳和廣安地區(qū)開展了雙分支井鉆完井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。鉆成Y101-Z56與HC001-Z45兩口雙分支井，目的層均為須家河組須二段。Y101-Z56井主井眼井深2 750.32m，分支井眼井深2 610.05m，產(chǎn)層壓力系數(shù)1.53；HC001-Z45井主井井深2 733.39m，分支井眼2 593.46m，產(chǎn)層壓力系數(shù)1.25。兩井均采用常規(guī)套管井身結(jié)構(gòu)，如圖3和圖4所示。

圖3 HC001-Z45井井身結(jié)構(gòu)圖

一開采用?444.5mm鉆頭鉆至300m，下入?339.7mm表層套管，二開采用?311.2mm鉆頭鉆穿沙一段地層50m左右，下入?244.5mm技術(shù)套管，三開主井眼采用?215.9mm鉆頭鉆至完鉆井深，懸掛?139.7mm尾管完井；分支井眼開窗點(diǎn)選在主井眼尾管懸掛器以上30m左右，采用?215.9mm鉆頭鉆至完鉆井深，懸掛?139.7mm尾管完井。雙分支走向呈180°，穩(wěn)斜段為45°。HC001-Z45與Y101-Z56是全部采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)鉆完井工具完成的第一批TAML4級(jí)分支井，作為先導(dǎo)性試驗(yàn)，分支井眼連接處實(shí)現(xiàn)了機(jī)械支撐，主分支井眼實(shí)現(xiàn)了后期的選擇性重入，達(dá)到了TAML4級(jí)分支井完井要求，雙分支井鉆完井試驗(yàn)應(yīng)用取得成功。

圖4 Y101-Z56井井身結(jié)構(gòu)圖

2. 分支井鉆完井技術(shù)初步方案

通過四川淺層分支井鉆完井技術(shù)應(yīng)用效果分析，四川盆地具有鉆成TAML4級(jí)雙分支井的成功經(jīng)驗(yàn)，但龍王廟氣藏埋深更深，地質(zhì)情況復(fù)雜，目前高-磨地區(qū)龍王廟組氣藏開發(fā)以大斜度井和水平井為主，鉆完井過程遇到的井下復(fù)雜情況較多，為安全高效開發(fā)龍王廟組氣藏，可探索雙分支水平井鉆完井模式。

2.1 雙分支水平井鉆完井方案一

龍王廟組氣藏開發(fā)井成熟應(yīng)用常規(guī)四開井身結(jié)構(gòu)。優(yōu)先考慮此套管層序列進(jìn)行分支井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主井眼?339.7mm表層套管下至500m左右，封固上部地層，?244.5mm技術(shù)套管下至嘉二3中部云巖地層3 200m左右，封隔上部相對(duì)低壓、漏失、垮塌層，為下部高密度鉆進(jìn)創(chuàng)造條件，三開采用?215.9mm鉆頭鉆至龍王廟組斜深150m，下入?177.8mm懸掛技術(shù)套管固井，四開采用?149.2mm鉆頭降密度鉆完目的層，下入?127mm尾管固井射孔完成，鉆完目的層后回接?177.8mm套管至井口。分支水平井眼在?177.8mm套管內(nèi)龍王廟組上部斜井段開窗，采用?149.2mm鉆頭鉆完目的層，下入?127mm尾管，預(yù)開孔懸掛系統(tǒng)坐掛于?177.8mm套管窗口底端。主井眼采用“直—增—穩(wěn)”剖面，分支井眼采用“直—穩(wěn)—增—穩(wěn)”剖面，受斜井段開窗限制兩支水平井井眼設(shè)計(jì)走向在90°以內(nèi)，參考開發(fā)井實(shí)鉆情況設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)1 000m；鉆井液方面上部井段選擇聚合物鉆井液，中下部選擇聚磺鉆井液，進(jìn)入龍王廟組選用保護(hù)儲(chǔ)層鉆井液；鉆井提速方面主要是采用“個(gè)性化PDC鉆頭+螺桿”的模式，針對(duì)不同地層優(yōu)選出不同的鉆頭型號(hào)，造斜段和水平段主要依靠旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)。此方案井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鉆井配套成熟，但是開窗點(diǎn)位置選擇在斜井段，龍王廟組垂厚100m，造斜段長(zhǎng)有限，水平井段走向受限，不能滿足任意地質(zhì)靶區(qū)要求。

2.2 雙分支水平井鉆完井方案二

開窗位置上移至?244.5mm套管內(nèi)，下部預(yù)留兩層套管，實(shí)現(xiàn)龍王廟組低密度鉆井，若主井眼?244.5mm套管內(nèi)分支懸掛?177.8mm套管后，主井眼?177.8mm套管無(wú)法回接?？紤]采用非標(biāo)四開井身結(jié)構(gòu)，主井眼?365.1表層套管下至500m左右，?273.05mm技術(shù)套管至嘉二3中部云巖地層3 202m；三開采用?241.3mm鉆頭鉆至龍王廟組頂5m，懸掛?219.08mm技術(shù)尾管；四開采用?190.5mm鉆頭低密度鉆至完鉆井深，懸掛?168.3mm油層尾管。分支水平井眼在?219.08mm套管內(nèi)茅口組中下部開窗，用?190.5mm鉆頭鉆至龍王廟頂部，下入?168.3mm套管，預(yù)開孔懸掛系統(tǒng)座掛于?219.08mm套管窗口底端，用?139.7mm鉆頭低密度鉆至完鉆井深，懸掛?114.3mm尾管。最后回接主井眼?219.08mm套管。主井眼采用“直—增—穩(wěn)”剖面；分支井眼采用“直—穩(wěn)—增—穩(wěn)”剖面，兩支水平井井眼設(shè)計(jì)走向呈180°，設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)1000m。此方案采用非標(biāo)井身結(jié)構(gòu)，鉆井成本相比方案一有所增加，但主井眼與分支井眼走向不受限制，能夠滿足地質(zhì)靶區(qū)要求，避免了高密度鉆進(jìn)龍王廟組，降低井漏風(fēng)險(xiǎn)。

四、認(rèn)識(shí)與建議

(1)綜合分析高-磨地區(qū)儲(chǔ)層地質(zhì)特征、鉆完井情況，適合采用雙分支井技術(shù)開發(fā)龍王廟組氣藏。

(2)高-磨地區(qū)龍王廟組氣藏可采用雙分支水平井合采模式，初步形成兩套鉆完井方案。

(3)高-磨地區(qū)分支井鉆完井技術(shù)的應(yīng)用還處于探索階段，可為高質(zhì)量、高效率、高效益的開發(fā)龍王廟組氣藏提供新思路，加快實(shí)現(xiàn)四川盆地油氣開發(fā)降本增效的總目標(biāo)。

(4)高-磨地區(qū)深井鉆探尚未采用雙分支井水平井技術(shù)，建議開展雙分支水平井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。

[1]吳月先，鐘水清，陳靈，等.川渝地區(qū)天然氣水平井技術(shù)及發(fā)展對(duì)策[J].鉆采工藝,2008,31(2):16-20.

[2]王光穎.多分支井鉆井技術(shù)綜述與最新進(jìn)展[J].海洋石油,2006(3):100-104.

[3]TravisCavender.SummaryofMultilateralCompletionStrategiesUsedinHeavyOilFieldDevelopment[C].SPE86926.2004.

[4]HoangS,AbousleimanY.TheAnalyticalSolutionforWellboreStabilityinMultilateralJunctionsinNonhydrostaticIn-SituStressField[C].SPE90245,2004.

[5]鄭凱，李明，劉小利，等.多分支井固井完井技術(shù)研究進(jìn)展[J].鉆采工藝,2013,36(6):36-38.

[6]張茂斌，曾文廣，李金其.塔河油田TK908DH分支井完井技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2006(5):13-15.

[7]李虎，王海濤，董孟坤，等.哈薩克斯坦H8309雙分支水平井鉆完井技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2014(2):16-18.

[8]秦自耕，歐陽(yáng)明華，庹先國(guó)，等.四川盆地高磨地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層巖石流體概率識(shí)別技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2015(3):42-49.

[9]馬新華.創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)助推磨溪區(qū)塊龍王廟組大型含硫氣藏高效開發(fā)[J].天然氣工業(yè),2016(2):1-8.

[10]劉樹根，宋金民，趙異華，等.四川盆地龍王廟組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成與分布的主控因素[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(6):657-670.

[11]劉偉，王國(guó)芝，劉樹根，等.川中磨溪構(gòu)造龍王廟組流體包裹體特征及其地質(zhì)意義[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(6):723-732.