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特殊工艺井开采特殊油气藏技术进展 I 国 油 集 团 长 城 钻 探 工 程 有 限 公 司 工 程 技 术 研 究 院 钻 井 所 摘要目 前我国的一些老油区， 低渗透、 稠油、断块等特殊油气藏已逐渐成为主力接替区块， 依靠常规直井、水平 井技术难以对其经济有效开发。以分支水平井为代表的特殊工艺井技术可实现一个井口对应多个地下井眼、多个储层同时 开发的 目的， 显著增加储层裸露面积， 提高油气采收率和储层的动用程度。文章在简要列举了特殊油气藏开发的难点之后， 对特殊工艺井的安全钻井技术、井眼轨迹控制技术、特殊X - 艺井完井技术、储层保护技术等配套技术的研究情况进行了详 细介绍，并明确表示他们依靠特殊工艺井钻完井配套工艺， 完成了各类分支井近8 0口， 其中鱼骨分支井6 0 余 口，钻完井成 功率为 1 0 0 ％，固井优质率达9 0 ％以上，实现了特殊油气藏的经济高效开发，为同类特殊油气藏开发提供了宝贵的经验。 关键词特殊工艺井特殊油气藏分支井鱼骨井套管开窗储层保护 一 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 0 2 x ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 0 5 随着我国现有大部分油气 田陆续进入中后期开 采，产量 自然递减和综合递减加快，易开采储量 日益 枯竭 ，潜 山 、稠 油 、低 渗透 、深 层 、滩海 、小断 块等 特殊油气 藏 已成 为今后油 气开发 的接替 主力 区块 。采 用常规直 井 、定 向井 、水 平井技 术开采这 些难采 区块 时 ，存在钻完井成本高、采油效率低下 、储层动用程 度不高等问题 ，无法实现经济高效开发。 随着勘探开发技术的发展及钻完井工艺水平的提 高 ，以分支井 、鱼骨井为代表的特殊工艺井技术等逐 步成 为国 内外 油气 田开发 的重 要方 向。该技术 可实现 在一个主井眼中钻出若干分支井眼深入油气藏 ，实现 多个 目标层位同时开发，进而从一 口井 中获得最大的 总水平位移 ，在相同或不同方 向上钻穿不同深度的多 套油气层 ，有效降低油 田开发成本。 1 特殊油气藏开发难点 在我国，潜山、稠油、低渗透、边际、断块、深层 等特殊油气藏将逐步成为油田开发的重点。但特殊油气 藏存在诸多开发难点，例如，潜山油气藏埋藏较深，且 地质年代跨度大，以混合花岗岩为主，裂缝孔洞发育， 压力体系复杂，可钻性较差，钻采成本高；稠油油藏埋 深变化大、层位多、原油黏度大、地层敏感性强、供液 差、产能低且下降快 ；低渗透油藏天然能量不足、油层 孔隙度小 、渗透率低，注水开发效果差，产量递减快； 断块油藏构造复杂 、断层多 、各层差异大 ，大多情况下 含油层系多且层薄 ，剩余油难以充分动用。以上各油藏 往往不同程度的存在底水气顶的情况，开发过程中易出 现锥进而影响最终的采收率。由于这些油藏地质条件复 杂 ，储层非均质性较强 ，直井甚至水平井开发时裂缝钻 遇率相对较低，投产初期有一定产能，但递减较快，累 计产量较低 。此外 ，注水开发时往往收效差 ，油井见水 后含水率上升快， 常规的直井 、定向井 、水平井开发效 率低下，有效动用程度不高 ，开采速度和采收率低。 2 特殊工艺井钻完井综合配套技术研究 针对特殊油气藏的开发难点 ，我们深入开展了地 质精细描述和优化布井研究 ，优化特殊工艺井的井身 剖面设计 、轨迹设计和钻具 、钻井参数。优化完井管 柱 ，加强事故预防，以保证水平井段在储层中最大限 度延伸 ，实现精确的轨迹控制和全过程的油气层保护。 2 ． 1 地质精细分析及优化布 井技术 以特殊油气藏成藏理论为指导，结合构造精细解 作者简介邓旭，1 9 7 6 年生， 硕士，毕业于长江大学机械设计及理论专业，主要从事多分支井技术及完井工具方面的研究。E ma i l d x _O 0 1 t o m．c o m 培 微 坛 2 0 1 ， 车 2 。 。 。 。 | -- 。 释技术 、储层岩性识别及空间组合技术对储层进行精 确描述。运用动态分析 、物质平衡和数值模拟等方法 对剩余油分布规律深入研究 ，从横 向和纵 向上进行产 能分析和预测 ，为难采储量开发动用提供指导性依 据。以直井认识储集岩发育段，利用分支井、鱼骨井 等特殊工艺井技术提高储层裂隙钻遇率和泄油面积 ， 形成 纵 向分层 段 、平 面跨 断块 的 布井方 式 。 2 _ 2 特 殊 工 艺 井 井 身 剖 面 优 化 设 计 技 术 针对特殊油气藏地质构造 复杂 、层系较多 的特 点 ，纵向上根据油层具体厚度，分段部署。结合油藏 裂缝展布方向和形状特点 ，按照上 、中、下分段分层 叠置 式部署剖 面结构 。特殊工 艺井 的主井 眼取 向应 尽 量与主裂缝的走向垂直，或与最大水平主应力方向垂 直 ，保证 钴遇更 多 的裂缝 。鱼 骨分支 的设计采 用增一 稳二段制，使分支井眼上翘 ；根据地质情况合理设计 分布各分支井眼，尽量采用低造斜率的轨迹设计，有 效降低摩阻与扭矩 ，保证井眼曲率平滑，确保 电测和 各层套管的顺利下入。 2 ． 3 长 距 离 复 杂 轨 迹 控 制 工 艺技 术 根据特殊油气藏的特点 ，综合分析工具造斜能 力 ，合理 匹配钻具组合 和钻井参数 。 采用 MwD／ L WD随钻测量 ，精确控制井眼曲率 ，提高油层钻遇 率 和 轨迹 精 度 。采 用 变 曲 率 分 次定 向技术 ，保 证 井 眼轨迹 圆滑 。在造斜过程 中 ，做好井底轨迹 预测 ， 以实 现 入 靶 点“ 软 着 陆 ”为 目标 进 行 待 钻 井 眼设 计 ，确保 准 确入 靶 。在 打 到 预定 分 支井 眼入 口前 3 0 i n处 ，必须调整好轨迹 ，包括井斜 、方位及所处靶 框 的位 置 。 2 ． 4 井壁稳定及井眼清洁工艺技术 根据岩层 的变化及 时调整钻 井液 的密度 、黏度 和 失水，使其始终保持 良好的动力 、静切力和流变性 ，保 证井壁 的稳定 。针对上覆 地层 易漏 、易塌 、易喷 的特 点 ，采用分段下多层技术套管的办法 ，封隔砂泥岩剖 面 。钻井 液要具有 良好 的流变性 和携岩 能力 ，有 效提 高润滑性，防止发生钻具偏磨现象。斜井段和水平分 支段采用无 固相钻井液 ，及时进行短起下钻和通井 ， 避免遇阻遇卡现象的发生 。 2 ． 5 分支 井套 管开 窗及 打捞 工艺技术 研究深井硬地层、大斜度井段 、厚壁套管开窗技 邓 旭 特 殊 工 艺井 开 采特 殊 油气 藏 技 术进 展 术 ，提高开窗效率。利用小铣锥打领眼、大小铣锥复 合开窗的硬地层套管开窗工艺解决厚壁套管 、硬地层 开窗铣锥消耗多的问题。控制合适的钻压 ，减小铁屑 尺寸 ，降低作业扭矩 ，提高窗 口质量。注意分析砂样 中的铁屑、岩屑的形状 、数量，及时了解开窗进程，并 根据铁屑的大小和形状及时调整作业参数。研制新型 打捞母锥 ，结合中 OT L 打捞方式 ，形成多种打捞工艺 ， 提高深井打捞成功率。 2 ． 6 鱼 骨 分 支 侧 钻 工 艺 技 术 在分支侧钻过程中，将成熟 的悬空侧钻技术与复 合井眼技术结合 ，先选用设计尺寸钻头钻至分支点 ， 然后选用定向钻具加欠尺寸钻头进行分支井眼钻进 。 完成后 ，再选用设计尺寸钻头悬 空侧钻下一段 主井 眼 ，利 用钻头 直径差 在分支侧 钻点 处造 台阶 ，解 决硬 地层悬空侧钻难题。钻分支井眼时，尽可能选择保径 能力强的钻头 ，送钻均匀 ，工具面稳定，确认新眼形 成 后开 始正 常钻 进 。 2 ． 7 油 藏 保 护 工 艺 技 术 针对潜山裂缝性油藏物性差的特点，在揭开油层 前 ，采用密度较轻的无固相卤水钻井液替换大密度钻 井液，确保没有固相颗粒进入油藏，有效保护油层。钻 井时可结合欠平衡钻井充气技术更好地保护和发现油 气藏 ，提高产能。完井时可在每个分支井眼或主井眼 完井后 采用低 密度油 层保护 剂或柴 油替 出井眼 内钻井 液，使油层伤害降到最低程度 。 3 应用实例 目前 ，中 国石油 长城钻探 工程有 限公 司以分支井 为代表的特殊工艺井技术 日益成熟完善 ，已推广应用 于稀油、稠油、超稠油 、深层油气藏 、潜山油藏 、断 块及低渗透薄层等多种特殊油气藏 ，累计在辽河 、新 疆、四川、大庆、吉林等油田实施各类分支井近 8 0口。 其中，套管开窗分支井 三级以上分支井 1 6 V I 、鱼 骨分支井 6 0 余 口，而且有 6 Im l 井为多层次复合分支水 平井。已完成钻井中，钻完井成功率为 1 0 0 ％，固井优 质率达 9 0 ％以上，单井产量是同区块直井的2 ～l 5 倍， 有效降低了吨油开发成本 ，提高了油气藏采收率，实 现难采区块的经济高效开发 ，在保持油 田稳产方面体 现 出了 巨大 的优 势 。 。 糕鞲 l l 201 2 3 。 1 多层次复杂结构井开发潜山油藏 沈采边 台区块井 位于沈 阳大 民屯 凹陷边 台一法 哈 牛构造带的北部 ，储层岩性主要为混合花岗岩 、黑云母 斜长片麻岩 ，平均孔隙度 为 3 ． 2 ％ ～ 3 ． 7 ％，平均渗透率 为3 ． 7 5 ～ 4 ． 8 7 m D， 油藏埋深1 7 5 0 ～ 2 8 0 0 m， 呈多层块状分 布，高凝油油质。该区块地层的岩石研磨性极强，平均 机械钻速较低 ，采用单口直井或水平井进行开发时存 在投入高、产出低的矛盾。通过部署分支水平井 ，在平 面上利用鱼骨水平井眼来提高微裂缝钻遇率，纵向上 利用双水平段实现不同油层的同时开发 ，既增加了井 筒泄油面积，又实现了单井控制储量的最大化 表 1 o 例如边台Hl 1 z 井， 该井第一主井眼为定向井， l 5 ． 9 m m裸眼下 0 1 3 9 ． 7 m m筛管悬挂完井。第一主井眼实质为 导眼，以获取准确的地质资料 ，为第二主井眼的鱼骨分 支水平井做精细的地质分析。套管开窗点在 2 0 4 8 ～2 0 5 3 ． 0 8 m，窗口连接处采用D F 一 1 分支井系统实现。第二分支 共包含 5 个直径为 2 0 0 m m、长约 2 0 0 m的鱼骨井眼，鱼骨 井眼裸眼完井；主井眼为 1 5 ． 9 ra m，下0 1 3 9 ． 7 m m筛管完 井 。该井利用 分支井 技术对 深层水平 井导 眼进 行 了保 留，较大程度提高了潜山储层的泄油面积。该井投产初 期 日产油近4 0 t ，现日产油2 7 ． 5 t ，是邻井的7 ．6 倍。应用 多层次复合分支井技术 ，较大 幅度提高了潜 山储层 的单 井产量 ，吨油开发成本 比直井 、水平井更经济 图 1 。 开窗点 2 0 4 8 ～ 2 0 5 3 ． 0 8 m 蛆3 9 ． 7 筛管 一 _ 1 主眼 3 0 9 0 m Z2 2 7 7 5 m Z 429 6 2 m 导眼 2 6 9 3 m 图 1 边 台 H1 1 Z井身结构 图 3 ． 2 鱼 骨 井 开发 潜 山 稠 油 油藏 静 5 2 一 H1 z井位于辽河油区沈阳静安堡潜山构造， 含油层位为太古界 ，岩性为含石英混合花岗岩，潜山 面埋藏深度为 2 6 8 5 m，储层裂缝发育程度低 ，物性差， 为低 渗透 储层 稠油 油藏 。 静 5 2 - H1 Z井采 用 了在一个 主井 眼上侧钻 2 0个鱼 骨分 支井 眼 的方式 ，极 大 地增加 了储 层 的裸露 面积 ， 总进尺7 5 8 7 r n ，储层内总有效进尺4 5 6 7 m，总水平段长 4 3 4 4 m，主水平段长 1 0 0 0 m。该井是我国目前分支数量 最多、储层 内水平段总进尺较长的一口潜山储层高凝 油油藏鱼骨分支水平井。目前，该井 日产原油 3 0 t ，为 同一区块直井 产量 的 3～8 倍 。 图 2静 5 2 一 H1 Z井完井结构 示意图 3 ． 3 双 分 支 水 平 井开 发 深 井气 藏 长深 D平 1 井是国内第一口开发深层火成岩气藏 的双分 支水平井 ，填补 了深层 油气开发 领域空 白。该 井砂岩储层埋藏深度大，成岩作用强 ，储集空间以次 生孔隙为主，属于孔隙型储层 ，裂缝不发育 ，岩心分 析孑 L 隙度为 2 ． 1 ％～ 7 ． 1 ％，渗透率为0 ．0 8 ～ 7 ． 3 m D ，为低 孔低渗储层。为提高开发效果 ，采用双分支开发 ，第 一 分支的完钻井 深为 4 2 8 8 m，水平段长 5 9 2 m； 第二分支 的完钻井深 4 0 2 5 m，水平段长 3 3 7 m。井身结 构见 图 3 。 该井技术套管为0 2 4 4 ． 5 m m、 P l l 0 钢级、 壁厚 1 1 ．9 9 m m 。 第一分支采用 0 2 4 4 ． 5 mm X 1 3 9 ． 7 mm悬挂封隔器悬挂 1 3 9 ． 7 m m筛管完井，悬挂点在 3 3 4 8 m；第二分支采用 表 1 边 台区块 多层次 复合 结构 井基 本情 况 序 号 井 号 井 基 本 结 构 主 分 支 数及 鱼骨 分 支 数 产 量 情 况 1 边台 H 3 Z 2 主支 5 6 1 1 鱼骨 现 日产油 6 0 ． 5 t ，是邻井产量的 1 6倍 2 边台 H1 0 Z 2主支 3 3 6鱼 骨 现 E l 产油 2 3 ． 8 t ，是邻 井平 均产 量的 6 ． 5倍 3 边 台 H2 Z 2主支 4 4 8鱼骨 现 E l 产油 2 3 ． 3 t ，是邻 井平 均产量 的 6． 5倍 4 边台 H 4 Z 2 主支 4 3 7 鱼骨 投产初期 日产油 1 3 t ，现 日产油 5 ． 6 t ，是邻井单井产量的3倍 5 边台 H 1 1 z 2 主支 0 5 5 鱼骨 现 日产油 2 7 ． 5 t ，是邻井产量的7 ． 6 倍 6 边台 H1 2 Z 2主支 5 5 1 0鱼骨 现 日产油 1 2 t ，是邻 井产 量 的 3倍 耐 坛 2 0 1 ， 车 2 | ， ． 图 3长 深 D平 1井井身 结构 图 1 5 ra m分支井悬挂器 1 9 3 ． 7 m m 预开孔套管 1 7 7 ． 8 m m 丢手工具 1 7 7 ． 8 m m 1 3 9 ． 7 ra m 旋转密封装置 1 3 9 ．7 ra m 筛管完井。由于该气藏 中含有 C O 气体 ，在两个分支 施工完成后 利用 防腐套管 对主井 眼进行 回接 以保 护 主 井眼技术套管 ，两个井眼混合开采。 3 ． 4 双分 支水 平 井开 发 断块 边底 水 薄层 油藏 小 3 5 一 H 1 井所 属区块构造类 型为岩性 边底水边 际 断块油藏。储层非均质性较强，物性较差，直井开发 效率低。利用分支井技术实现了一口双分支水平井对 两个断块 、多个薄油层的同时开发。该井井身结构见 图4 ，第一个分支所钻油藏垂深在 2 6 9 5 ～2 7 9 5 m，井眼 尺寸为 1 5 ． 9 m m， 完钻井深为 3 8 3 7 ． 7 5 m， 反 向双台阶阶 梯型井眼轨迹 ，水平段最大井斜 1 0 1 ． 7 。 ，整体呈上翘趋 势 ；设 计水 平段 长 8 5 0 m，人靶 点与 完钻点 垂 深相差 1 0 0 m。第二分支所钻油藏垂深 2 7 5 2 m，井深 3 2 4 0 m。该 井五开井身结构、4 层套管层系、5 种套管尺寸，井身 结构及轨迹复杂 ，安全高效钻完井及储存保护技术难 度大 ，双分支水平井较好解决 了上述技术难题 。小 3 5 一 Hl z投产初期 日产油气 当量达 1 4 0 t ，是 同区块直井 的 6～8 倍 ，开发效果显著。 4 结论 以分支水 平井为代 表 的特殊 工艺井 技术大 幅度降 低了开采成本，提高了单井产量 ，使一些边际难采区 块、低产老油气区块的经济开采成为可能，为开发各类 油气藏提供了技术保障。实践表明，长城钻探工程有限 公司分支井技术既可用于老井侧钻，又可用于新油气田 邓 旭 特殊工艺井开采特殊油气藏技术进展 图 4小 3 5一 H1井井身结构 图 开发，可实现 “ 少井高产”的目标，对于高效开发难采 区块及老区挖潜增产 ，提高储层动用程度和采收率具有 极大应用价值 ，发展前景广阔。该技术服务价格仅为国 外同类技术的 1 ／ 4～1 ／ 3 ，具有较强的价格优势。 【 参考文献 】 [ 1 ] 祝金利， 姜汉桥， 梁春梅． 多分支井技术在辽河稠油油 藏中的应用U ] ． 西安石油大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 8 ， 2 3 2 5 5 5 7 ． [ 2 】 王君 ， 范毅． 稠 油油藏 的开采技 术和方 法【 J 1 _ 西部探矿 3 - 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