魚(yú)骨狀水平分支井井眼軌道設(shè)計(jì)技術(shù)

張佃賓 耿應(yīng)春

（勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng) 257017）

1 前言

魚(yú)骨狀水平分支井是近年來(lái)興起的一種特殊形式的分支井井型，它充分體現(xiàn)了分支井的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具有最大限度地增加油藏泄油面積、充分利用上部主井眼、節(jié)約鉆井費(fèi)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，魚(yú)骨狀水平分支井已經(jīng)成為高效開(kāi)發(fā)油氣藏的理想井型。近幾年來(lái)，魚(yú)骨狀水平分支井在國(guó)內(nèi)部分油田得到了較大范圍的應(yīng)用，如南海西部油田、冀東油田、渤海油田、大港油田、遼河油田等油田分別進(jìn)行了魚(yú)骨狀水平分支井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2 魚(yú)骨狀水平井分支井眼與主井眼的關(guān)系

魚(yú)骨狀水平分支井的單個(gè)分支井眼的軌道設(shè)計(jì)與普通定向井、水平井相同，可根據(jù)具體情況選定軌道類(lèi)型。但分支井的井眼軌道設(shè)計(jì)絕不是多個(gè)定向井或水平井軌道設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單組合。魚(yú)骨狀水平分支井井眼軌道的設(shè)計(jì)方法與常規(guī)（側(cè)鉆）定向井、（側(cè)鉆）水平井相似。由于魚(yú)骨狀水平分支井的特殊性，則需要采用三維設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行井眼軌道的設(shè)計(jì)。

在油藏地質(zhì)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)部門(mén)常常給出分支井眼與主井眼的夾角，夾角指的是分支井眼的側(cè)鉆點(diǎn)與分支井眼終點(diǎn)的連線(xiàn)與主井眼的直線(xiàn)夾角，而不是側(cè)鉆點(diǎn)方位與分支井眼終點(diǎn)方位的差值。如果側(cè)鉆點(diǎn)記為 A（AN，AE，AH）點(diǎn)，分支井眼終點(diǎn)記為 B（BN，BE，BH）點(diǎn)，B點(diǎn)至主井眼的垂線(xiàn)落點(diǎn)記為 C（CN，CE，CH）點(diǎn)，夾角記為，則有：根據(jù)函數(shù)關(guān)系則有：

可以根據(jù)此式計(jì)算夾角α的大小。

也可以通過(guò)計(jì)算軟件算出B點(diǎn)至主井眼的垂直距離LBC，以及側(cè)鉆點(diǎn)至垂點(diǎn)C的距離LAC，通過(guò)下式計(jì)算夾角α的大小。

根據(jù)以上關(guān)系，進(jìn)行了一些計(jì)算分析，假設(shè)側(cè)鉆點(diǎn)從1950m開(kāi)始，井眼造斜率設(shè)為25°/100m，分支井眼長(zhǎng)度設(shè)為300m時(shí)，計(jì)算分支井眼與主井眼的方位夾角 15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°時(shí)分支井眼變化情況與直線(xiàn)夾角變化情況。

從表1可以看出，隨著分支井眼與主井眼方位夾角的增大，需要的彎曲井段在逐漸增加，彎曲井段終點(diǎn)與主井眼的距離也在逐漸增加，分支井眼終點(diǎn)與主井眼距離也在逐漸增加，分支井眼終點(diǎn)與主井眼的直線(xiàn)夾角也在增加，但是可以看出，隨著直線(xiàn)夾角的增大，所需要的彎曲井段也是在增加的，也可以說(shuō)明直線(xiàn)夾角的增大是隨著彎曲井段的增加而增大的，但從鉆井工程的角度來(lái)講，施工時(shí)井內(nèi)鉆具與井眼摩擦程度也在增加，鉆進(jìn)井眼的風(fēng)險(xiǎn)也在增大。從表中也可以看出隨著直線(xiàn)夾角的增大，分支井眼與主井眼的增大的距離幅度是在逐漸變緩的，因此沒(méi)有必要過(guò)份追求較大的直線(xiàn)夾角。

表1 魚(yú)骨狀水平分支井分支井眼與主井眼的夾角關(guān)系計(jì)算表

表2 “上魚(yú)骨狀”設(shè)計(jì)方式時(shí)工具面20°時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

表3 “下魚(yú)骨狀”設(shè)計(jì)方式時(shí)工具面160°時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

3 魚(yú)骨狀水平分支井分支井眼軌道設(shè)計(jì)技術(shù)

根據(jù)上述分析，油藏地質(zhì)技術(shù)人員與現(xiàn)場(chǎng)施工人員充分結(jié)合，將會(huì)考慮分支井眼與主井眼的合適夾角與分支井眼的長(zhǎng)度，進(jìn)而最終確定魚(yú)骨狀水平分支井分支井眼軌道設(shè)計(jì)剖面。魚(yú)骨狀水平分支井的設(shè)計(jì)有兩種設(shè)計(jì)方式，一種是“上魚(yú)骨狀”，另外一種是“下魚(yú)骨狀”，具體采用哪種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，要根據(jù)完井方式的不同而定。目前，勝利油田常用的魚(yú)骨狀水平分支井分支井眼軌道設(shè)計(jì)剖面常采用“上魚(yú)骨狀”方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 “上魚(yú)骨狀”設(shè)計(jì)

“上魚(yú)骨狀”設(shè)計(jì)基本思路是：分支井眼首先沿井眼高邊，向20（°如表2）或340°方向設(shè)計(jì)一個(gè)單根長(zhǎng)度，使分支井眼的井斜角大于主井眼的井斜角，設(shè)計(jì)值控制在1～2°，方位稍偏離主井眼，使井眼從縱向或橫向偏離主井眼；再設(shè)計(jì)一個(gè)單根長(zhǎng)度，向左或向右全力扭方位，使分支井眼在橫向上盡快偏離主井眼；再沿井眼低邊，向200°或160°方向設(shè)計(jì)一個(gè)單根長(zhǎng)度，將第一根增起的井斜降下；最后將余下井段根據(jù)靶點(diǎn)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，多數(shù)采用圓弧段進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)前三個(gè)單根宜采用較高造斜率進(jìn)行設(shè)計(jì)，后面井段宜采用較低造斜率進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 “下魚(yú)骨狀”設(shè)計(jì)

“下魚(yú)骨狀”設(shè)計(jì)基本思路基本上與“上魚(yú)骨狀”設(shè)計(jì)思路相反：分支井眼首先沿井眼低邊，向 160°（如表 3）或 200°方向設(shè)計(jì)一個(gè)單根長(zhǎng)度，使分支井眼的井斜角小于主井眼的井斜角，設(shè)計(jì)值控制在1～2°，方位稍偏離主井眼，使井眼從縱向或橫向上偏離主井眼；再設(shè)計(jì)一個(gè)單根長(zhǎng)度，向左或向右全力扭方位，使分支井眼在橫向盡快偏離主井眼；再沿井眼高邊，向20°或340°方向設(shè)計(jì)一個(gè)單根長(zhǎng)度，將第一根降低的井斜增起；最后將余下井段根據(jù)靶點(diǎn)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，多數(shù)采用圓弧段進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)前三個(gè)單根宜采用較高造斜率進(jìn)行設(shè)計(jì)，后面井段宜采用較低造斜率進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在運(yùn)用以上兩種設(shè)計(jì)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，第三個(gè)單根以及后面的井段可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

4 應(yīng)用實(shí)例及開(kāi)發(fā)效果

運(yùn)用研究形成的魚(yú)骨狀水平分支井井眼軌道設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)并成功實(shí)施了6口井的魚(yú)骨狀水平分支井的鉆井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了良好的應(yīng)用效果。至2009年9月，勝利油田成功實(shí)施的魚(yú)骨狀水平井已累計(jì)產(chǎn)油18.9741×104t，產(chǎn)氣1818.9×104m3，在提高油氣采收率方面見(jiàn)到了良好的效果。

5 認(rèn)識(shí)與建議

5.1 生產(chǎn)實(shí)踐證明，魚(yú)骨狀水平分支井技術(shù)是一項(xiàng)綜合鉆井技術(shù)，工藝技術(shù)涵蓋了目前世界上大部分鉆井工藝，是多種鉆井技術(shù)與特殊完井的一種結(jié)合。

5.2 形成的魚(yú)骨狀水平分支井井眼軌道設(shè)計(jì)技術(shù)有力地指導(dǎo)了設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工。

5.3 魚(yú)骨狀水平分支井鉆井技術(shù)在勝利油田中的成功試驗(yàn)應(yīng)用，提高了開(kāi)發(fā)成功率和采收率。

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