渤海油田魚骨刺形多分支孔增產技術現(xiàn)場試驗

蘇 建，竇 蓬,2，崔國杰，祝國偉，鐘 聲

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，北京 102249；3.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術公司，天津 300459）

渤海油田渤中區(qū)塊的潛山氣藏具有巨大的勘探開發(fā)潛力，是未來渤海油田穩(wěn)產的重要支撐點[1]。該區(qū)塊建井周期長、成本高，少井高產是該區(qū)域的主要開發(fā)方式。借鑒渤海油田淺層儲層的開發(fā)經驗，該區(qū)塊潛山氣藏在勘探開發(fā)階段開展了壓裂、酸化、酸壓等增產技術的研究與實踐[2-3]，但由于儲層埋藏深、地層溫度壓力高、裂縫發(fā)育，難以精準增產，同時隨壓裂、酸化、酸壓施工規(guī)模增大，投資會大幅增加。因此，有必要探索新型增產方式，提高單井產能，降低開發(fā)成本。

通過技術調研可知[4-10]，魚骨刺形多分支孔增產技術所用工具結構精單、施工可行性強、無需用額外的設備和工具，并且可以精確控制增產層位。鑒于此，中海石油（中國）有限公司天津分公司引進了魚骨刺形多分支孔增產技術，并在渤中19-6氣田進行了試驗，試驗井比采氣指數(shù)提高29%以上，單井日產氣量提高20%以上。筆者介紹了魚骨刺形多分支井增產技術的關鍵工具和基本原理，以渤中區(qū)塊某探井為例介紹了實施魚骨刺形多分支孔增產措施的關鍵環(huán)節(jié)，并提出了技術改進建議，以期推動該技術在渤海油田的推廣應用。

1 渤中區(qū)塊概況

1.1 儲層工程地質特征

渤海油田渤中區(qū)塊西南環(huán)帶天然氣儲量規(guī)模巨大，鉆井過程中面臨多項挑戰(zhàn)[11]：主力目的層位為孔店組和太古界潛山，屬高溫高壓氣藏；孔店組非均質性砂礫巖膠結致密，抗壓強度高達227.7 MPa，可鉆性極差；深部潛山花崗片麻巖地層抗壓強度高達276.0 MPa，研磨性強；潛山儲層基質滲透率為11.81 mD，裂縫發(fā)育段孔隙度可達12.5%～12.8%。對于該區(qū)塊潛山油氣藏，裂縫既是油氣儲集空間，又是主要的滲濾通道，因此，有效溝通裂縫是提高單井產氣量的主要手段。

1.2 常規(guī)增產措施的局限性

渤海油田常規(guī)的增產措施以酸化、壓裂為主[12-17]。對于渤中區(qū)塊裂縫性儲層，酸化壓裂存在以下主要難點：1）目的層溫度可達180 ℃以上，對井下工作液在高溫下的緩蝕、緩速、降阻性能提出了挑戰(zhàn)；2）工作液用量大，而低孔低滲儲層承受外來流體傷害的能力弱；3）儲層埋深在4 500 m以深，注入工作液時沿程摩阻大，受管線耐壓能力和鉆井平臺注入泵排量的限制，難以將工作液注入地層造出人工裂縫，且難以精準預測裂縫走向；4）海上平臺空間位置不足，壓裂作業(yè)需要動用專業(yè)船舶，作業(yè)易受天氣因素影響，作業(yè)成本很高。

因此，該區(qū)塊進行增產作業(yè)需滿足以下條件：入井工具結構簡單、耐溫性強，滿足高溫環(huán)境長時間作業(yè)要求；鉆井平臺現(xiàn)有設備滿足作業(yè)要求，無需額外動用船舶，工具占用甲板面積小，便于作業(yè)；實施后可有效溝通裂縫，提高井筒周圍地帶的導流能力，從而提高油氣井產量。

2 魚骨刺形多分支孔增產技術

2.1 魚骨刺形多分支孔增產原理

多分支井一般需要進行“主井眼—分支井眼—主井眼”的多次交替鉆進，之后根據(jù)油氣藏條件和生產要求進行不同等級的分支井完井作業(yè)。雖然多分支井的增產效果已被證明[18-22]，但該技術的防砂工藝復雜、管理難度大、修井成本高，海上油田推廣應用的條件尚未成熟。

魚骨刺形多分支孔增產技術是在儲層中一次性鉆成大量分支孔眼的多分支井，相比于常規(guī)多分支井需分多次鉆成，魚骨刺形多分支孔具有作業(yè)時間短、分支井眼多的優(yōu)勢。該技術可以噴射出多個微型鉆頭，并攜帶合金管鉆入儲層，通過鉆井液驅動渦輪帶動鉆頭旋轉，并持續(xù)推動鉆頭向前鉆進，在主井筒徑向上鉆成大量分支孔眼，溝通遠離井筒儲層內的天然裂縫，顯著增大泄油面積，使地層供液能力大大增強，產能得到充分釋放。同時，可根據(jù)儲層情況有選擇地配置多個魚骨刺分支接頭，成倍地增加分支孔眼數(shù)量，如圖1所示。

2.2 魚骨刺形多分支孔增產工具

魚骨刺形多分支孔增產工具主要由多組分支接頭、裸眼錨定器和觸動引鞋組成。

多分支接頭是魚骨刺形多分支孔增產工具的核心部件，通過絲扣與套管相連接，殼體上安裝有分支井眼導向孔和生產單流閥。分支井眼導向孔上安裝有密封件，對鉆頭的出射角度和方位進行導向。多分支接頭配有9組生產單流閥，確保油氣通過后進入井筒內。多分支接頭內裝有3組分支裝置，每組分支裝置由渦輪、鈦合金管和鉆頭等3部分構成（見圖2）。作業(yè)期間，鉆井液驅動渦輪高速轉動，帶動連接在渦輪上的鈦合金管高速旋轉，為鉆頭提供鉆壓和破巖扭矩，鉆井液通過中空的鈦合金管噴射出鉆頭，一面攜帶分支孔內的巖屑，同時潤滑分支管柱、冷卻鉆頭，渦輪隨著分支孔鉆進在套管內下行直至到達限定位置，完成分支孔鉆進。

圖1 魚骨刺形多分支孔的增產原理示意Fig.1 Stimulation principle of fishbone multi-branch hole

當魚骨刺形多分支孔增產工具下至設計位置后，通過井口憋壓啟動錨定器坐封（觸動壓差6 MPa），避免后續(xù)作業(yè)期間其上下活動。錨定器內徑95.0 mm，初始外徑142.9 mm，加壓后其外徑最大可膨脹至158.9 mm，坐封完畢后最大抗拉強度可達1 500 kN以上。

觸動引鞋連接在魚骨刺形多分支孔增產工具的最下部，其內部有一破裂盤。為防止魚骨刺形多分支孔增產工具下入期間遇阻，在觸動引鞋上堆焊硬質合金顆粒，與可旋轉尾管懸掛器配合以小轉速旋轉通過遇阻點。當錨定器坐封后，繼續(xù)加壓擊破引鞋內的破裂盤（破裂壓差約10 MPa），然后提高排量，進行魚骨刺形多分支孔的鉆進作業(yè)。

3 現(xiàn)場試驗

圖2 多分支接頭分支裝置內部示意Fig.2 Internal structure of multi-branch joint branching device

3.1 地面試驗

魚骨刺形多分支孔增產技術自2015年首次在北海Smorbukk油田應用以來，已經在美國、挪威和中東等多個國家和地區(qū)的低孔低滲儲層中進行了應用，取得了較好的增產效果。但該技術是首次在渤海油田進行應用，因此，首先需要根據(jù)地面試驗結果，分析裂縫性硬地層巖石的可鉆性和分支孔眼軌跡的可控性。

取鄰井同層位的4塊巖心進行巖石可鉆性試驗，試驗采用臺式鉆機，孕鑲金剛石DT-CG型鉆頭，鉆壓控制在400 N，轉速控制在1 450 r/min，采用清水對鉆頭進行冷卻，結果見表1。從表1可以看出，用DT-CG型鉆頭鉆4塊巖心的機械鉆速為2.9～8.5 m/h，按照最低機械鉆速2.9 m/h計算，12 m長鈦合金管完全延伸至地層最多需要4.1 h。

表1 巖石可鉆性試驗結果Table 1 Rock drillability test results

由于潛山花崗巖地層裂縫發(fā)育，分支孔眼鉆進期間存在沿裂縫偏斜的風險，因此在含人造裂縫水泥石中進行了分支井功能性試驗。分支管外徑8.0 mm，內徑7.2 mm，出射角度設定為36°，作業(yè)排量1 200～1 600 L/min時壓耗7～10 MPa，高速射流起到了明顯的輔助破巖效果，12 m長的分支管進入地層，分支井眼可以沿設計方位鉆進，鉆遇人造裂縫后井眼軌跡未發(fā)生偏移。

考慮實際作業(yè)中潛山裂縫性地層的壓力窗口窄、管串下入期間摩阻扭矩大和開泵循環(huán)存在漏失風險，利用Landmark軟件對各工況下的扭矩及循環(huán)壓耗進行了預測，結果為：在鉆井液排量500 L/min、轉速5 r/min下，管串以3 m/min速度下放時的扭矩為4.56 kN·m；套管及鉆桿內充滿鉆井液、頂驅不旋轉時的下放懸重為1 948 kN，上提懸重為1 965 kN；在鉆井液排量500 L/min、轉速10 r/min下，套管及鉆桿內充滿鉆井液，管串以3 m/min速度下放時的下放懸重為1 869 kN，上提懸重為1 880 kN；管串下至φ177.8 mm尾管鞋處，鉆井液排量為500 L/min時，地面泵壓10.8 MPa，引鞋處壓降4.0 MPa，尾管壓降5.2 MPa；管串下至井底，鉆井液排量為500 L/min時，地面泵壓11.4 MPa，引鞋處壓降4.0 MPa，尾管壓降5.5 MPa。模擬管串為引鞋+φ114.3 mm尾管+魚骨刺形增產工具+錨定器+φ88.9 mm鉆桿+φ139.7 mm鉆桿，裸眼及套管段的摩阻系數(shù)根據(jù)實際鉆進參數(shù)反算，分別為0.25和0.30，鉆井液密度為1.17 kg/L。

校核結果表明，管串下入和循環(huán)期間鉆井設備的能力滿足可能出現(xiàn)的最大極限，同時破裂盤、尾管懸掛器等不存在提前啟動的風險。此外，為保證增產效果，根據(jù)完鉆后測井解釋成果確定產層、設計管柱，產層間的非生產層使用φ114.3 mm尾管進行封隔，確保分支孔眼正對產層。

3.2 井下試驗

魚骨刺形多分支孔增產技術在渤海油田渤中區(qū)域某井進行了試驗，該井四開φ215.9 mm井眼鉆進太古界潛山頂部風化殼層位，下入φ177.8 mm尾管，五開采用φ152.4 mm鉆頭鉆至井深5 529.00 m完鉆，裸眼段長453.00 m。為確認原始地層產能，五開完鉆后進行常規(guī)的測井和測試作業(yè)[23]，隨后在裸眼內隨后下入22組多分支接頭進行多分支孔鉆進后再次進行測試，通過對比2次的測試結果，分析魚骨刺形多分支孔增產技術的增產效果。該井鉆魚骨刺形多分支孔后的井身結構如圖3所示。

第一次測試結束后，采用大尺寸穩(wěn)定器進行通井，使井眼通暢，以確保魚骨刺形增產工具順利下入。在井口連接魚骨刺形增產工具、尾管、錨定器及φ114.3 mm尾管懸掛器總成，下至需要進行增產作業(yè)的裸眼層位。

魚骨刺形多分支孔增產作業(yè)施工過程分為以下5個階段：

圖3 魚骨刺形多分支孔實施后的井身結構Fig.3 Casing program after fishbone multi-branch hole technology implemented

1）坐封錨定器，打破破裂盤。接通頂驅后開泵，將排量升至200 L/min進行循環(huán)，待返出正常后將排量提至650 L/min，泵壓升至6.00 MPa后，將排量提至800 L/min，泵壓最高升至9.15 MPa，泵壓較低，與計算出的泵壓有一定差距，判斷破裂盤提前破裂。

2）尾管懸掛器坐掛、脫手、剪切球座。井口投球，以300 L/min排量送球入座。憋壓至11.70 MPa，穩(wěn)壓5 min，下放鉆具并下壓300 kN，確認懸掛器坐掛。憋壓至18.80 MPa，穩(wěn)壓5 min，上提鉆具確認送入工具脫手成功；下放鉆具并下壓30 kN，憋壓至20.85 MPa，憋通球座并建立循環(huán)。

3）鉆穿保護套?？焖匍_泵將排量提至1 100 L/min，泵壓快速升至23.00 MPa，此時管柱內壓差可以輔助坐封錨定器。驅動渦輪啟動，在壓差作用下開始鉆保護套；排量維持1 100 L/min，泵壓由23.00 MPa降至18.00 MPa，確認保護套已經鉆穿；魚骨刺接頭開始分流，鉆頭開始鉆進地層。

4）魚骨刺形分支孔鉆進階段。初期推薦排量1 100～1 200 L/min，使鉆頭穩(wěn)定鉆入地層；當排量提至1 200 L/min以上時，全部魚骨刺分支孔均已經開始鉆進。

5）魚骨刺形分支孔快速鉆進階段。將排量提至1 400 L/min，快速鉆進分支孔，隨著分支孔增多，泵壓呈緩慢降低趨勢。鉆進期間泵壓出現(xiàn)2個小峰值（見圖4），顯示魚骨刺形分支孔分2批延伸到位。待排量和泵壓趨于穩(wěn)定、循環(huán)測后效氣量，確認井控安全后起鉆，進行測試作業(yè)。

圖4 魚骨刺形多分支孔鉆進施工曲線Fig.4 Drilling construction curve of fishbone multi-branch hole

3.3 增產效果評價

試驗井鉆魚骨刺形多分支孔前后的測試結果如表2所示。從表2可以看出，試驗井實施魚骨刺形多分支孔增產措施后，比采氣指數(shù)提高29%以上，日產氣量提高20%以上。這表明，實施魚骨刺形多分支孔增產措施可以提高地層的供氣能力和單井的產氣量。

4 結論與建議

1）魚骨刺形多分支孔增產技術具有設備結構簡單、施工便捷、用液量少的特點，可一次性鉆成大量分支孔，適合海上油田潛山地層增產作業(yè)，有助于釋放單井產能。

表2 鉆魚骨刺多分支孔前后試驗井的測試結果Table 2 Test results of a well before and after fishbone multi-branch hole technology implemented

2）對分支孔走向與巖石裂縫的空間位置關系的研究不夠深入，建議對兩者的關系進行深入研究，以提高分支孔鉆進方向的可控性和可跟蹤性。

3）目前通過泵壓變化判斷分支孔的延伸程度，但其受作業(yè)條件干擾大，建議開展定量化精準評價方法研究。

4）鈦合金管與分支孔的環(huán)空小，生產期間環(huán)空氣液流動復雜，建議進一步研究油、氣在各分支孔眼中的流動特性，為優(yōu)化工具結構和生產制度提供依據(jù)。