新疆油田SAGD魚骨狀水平井鉆井技術(shù)

林　晶， 王　新， 于洋飛， 張寶龍， 胡新興

(1.中國石油西部鉆探工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田分公司開發(fā)公司，新疆克拉瑪依 834000)

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新疆油田SAGD魚骨狀水平井鉆井技術(shù)

林晶1， 王新1， 于洋飛2， 張寶龍1， 胡新興1

(1.中國石油西部鉆探工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田分公司開發(fā)公司，新疆克拉瑪依 834000)

為有效增加油層裸露面積，提高稠油油藏儲層吸收蒸汽的效果，從而提高稠油井的產(chǎn)量及采收率，新疆油田將SAGD水平井與魚骨狀水平井技術(shù)相結(jié)合，以SAGD成對水平井為基礎(chǔ)，利用SAGD磁定位導(dǎo)向技術(shù)與魚骨狀分支井眼軌跡控制技術(shù)，在注汽井水平段鉆若干魚骨狀分支井眼，形成了可有效增加儲層裸露面積的SAGD魚骨狀水平井鉆井技術(shù)，并鉆成了SAGD魚骨狀水平井FHW3043井組。FHW3043井組的順利鉆成證明了SAGD魚骨狀水平井鉆井技術(shù)的可行性，為該技術(shù)在稠油油田的應(yīng)用積累了經(jīng)驗。

蒸汽輔助重力泄油；水平井；魚骨狀水平井；井身結(jié)構(gòu)；井眼軌跡；新疆油田

目前，SAGD水平井技術(shù)作為稠油資源開發(fā)的重要技術(shù)手段，在國內(nèi)外稠油開采中得到廣泛應(yīng)用[1-3]。新疆油田在成功開展SAGD水平井技術(shù)先導(dǎo)試驗的基礎(chǔ)上[4]，將該技術(shù)在稠油開采中進(jìn)行了推廣應(yīng)用，截至2014年底已完成百余對SAGD水平井。魚骨狀水平井是在一個主水平井眼側(cè)鉆出多個分支井眼作為泄油通道，增加油層裸露面積及擴(kuò)大蒸汽驅(qū)范圍，來提高原油采收率[5-8]。為進(jìn)一步提高稠油開采綜合效益，新疆油田將SAGD水平井技術(shù)與魚骨狀水平井技術(shù)相結(jié)合，在風(fēng)城稠油油藏進(jìn)行了我國首次SAGD魚骨狀水平井試驗。SAGD魚骨狀水平井以SAGD成對水平井為基礎(chǔ)，在位于上方的注汽井水平段鉆出若干魚骨狀分支井眼，以增加油層裸露面積，通過蒸汽腔在儲層中的擴(kuò)展實現(xiàn)提高儲層蒸汽吸收效果的目的。目前，新疆油田已完成SAGD魚骨狀水平井FHW3043井組的鉆井施工。該井組正在進(jìn)行注蒸汽循環(huán)預(yù)熱，具備投產(chǎn)條件后即轉(zhuǎn)入SAGD生產(chǎn)。

1　工程設(shè)計

1.1井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

新疆油田SAGD成對水平井中采油井、注汽井的井身結(jié)構(gòu)均為：一開，采用φ444.5 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ339.7 mm表層套管固井；二開，采用φ311.1 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ244.5 mm技術(shù)套管并采用加砂水泥漿固井；三開，采用φ215.9 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ177.8 mm篩管懸掛在φ244.5 mm技術(shù)套管內(nèi)，重疊段30.00 m。考慮目前國內(nèi)魚骨狀水平井的技術(shù)水平，SAGD魚骨狀水平井分支井眼采用裸眼方式完井。因此，SAGD魚骨狀水平井中采油井采用與常規(guī)SAGD成對水平井中采油井相同的井身結(jié)構(gòu)；注汽井二開以上井段采用與常規(guī)SAGD成對水平井中注汽井相同的井身結(jié)構(gòu)，水平段主井眼下入φ177.8 mm篩管作為完井管柱，魚骨狀分支井眼采取裸眼完井(見圖1，圖中Z1、Z2、Z3和Z4為4個分支井眼的編號)。

圖1　SAGD魚骨狀水平井井身結(jié)構(gòu)Fig.1　Casing program for SAGD fishbone horizontal well

SAGD魚骨狀水平井中采油井的井身結(jié)構(gòu)與常規(guī)稠油水平井井身結(jié)構(gòu)相同，屬于成熟技術(shù)，因此，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵在于注汽井水平主井眼完井管柱能否安全順利下入。雖然同樣是下入φ177.8 mm篩管完井，但由于魚骨狀分支井眼條件與常規(guī)SAGD水平井、魚骨狀水平井均有不同，因此，完井管柱的下入有一定的難度和風(fēng)險，難度和風(fēng)險的大小主要取決于分支井鉆完井工藝和井眼軌跡光滑程度。因此，下入管柱前應(yīng)做好調(diào)整完井液潤滑性能、通井等準(zhǔn)備工作。

1.2井眼軌道設(shè)計

SAGD魚骨狀水平井與常規(guī)SAGD水平井相比，主要是魚骨狀水平井井眼軌道不同：一方面作為SAGD注汽井，為保證與SAGD采油井水平段的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，必須采用磁定位導(dǎo)向技術(shù)精確控制主井眼井眼軌跡的水平、垂直偏移；另一方面，必須保證在主井眼設(shè)計位置快速側(cè)鉆出分支井眼，并確保后續(xù)主井眼鉆進(jìn)中不會誤入分支井眼。更為重要的是，分支井眼的分布、長度、走向均直接關(guān)系到鉆井能否順利實施及投產(chǎn)后的開采效果，涉及到地質(zhì)目的的實現(xiàn)與工程技術(shù)能力的對接。因此，確定了魚骨狀水平井井眼軌道設(shè)計的主要參數(shù)：水平段設(shè)計左右各2個分支井眼，分支井眼長度設(shè)計為100.00 m，分支井眼采用上翹方式，分支側(cè)鉆點與分支井眼末端垂差為5.00 m，偏離主井眼最大水平距為15.00 m。采油井水平段、注汽井水平段主井眼的井眼軌跡控制在以入靶點A為中心(高1.00 m×寬2.00 m)和以終靶點B為中心(高1.00 m×寬2.00 m)的靶體內(nèi)。另外要求嚴(yán)格控制注汽井水平段主井眼與采油井水平段井眼軌跡垂向間距為5.00±0.50 m，水平間距為±1.00 m。

井眼軌道設(shè)計除滿足鉆達(dá)地質(zhì)目標(biāo)外，還需要考慮SAGD水平井開采對井眼軌跡的要求：采油井水平段以上垂深20.00～30.00 m的井段要求井斜角小于60°；采油井斜井段要留有約20.00m的穩(wěn)斜段或增斜段(井眼曲率不大于3°/30m)。此外，設(shè)計井眼軌道還需要重點考慮以下因素：1)SAGD井組內(nèi)采油井與注汽井入靶前需控制井眼軌跡以防止相碰，一般兩井的距離由井口20.00 m左右逐漸減小，至入靶點達(dá)到5.00 m；2)注汽井魚骨狀分支井眼應(yīng)盡快偏離主井眼；3)注汽井魚骨狀分支井眼軌道必須滿足后續(xù)主井眼、分支井眼鉆進(jìn)及完井管柱順利下入的要求；4)水平段定向鉆進(jìn)作業(yè)的安全與效率。采油井FHW3043P井和注汽井FHW3043I井的井眼軌道設(shè)計結(jié)果見表1、表2和表3。

表1　采油井FHW3043P井的井眼軌道設(shè)計

表2　 注汽井FHW3043I井主井眼的井眼軌道設(shè)計

表3　注汽井FHW3043I井魚骨狀分支井眼的井眼軌道設(shè)計

1.3魚骨狀水平井水平段施工關(guān)鍵技術(shù)

SAGD魚骨狀水平井與常規(guī)SAGD水平井相似，為確保投產(chǎn)后能夠形成理想形態(tài)的蒸汽腔，需要嚴(yán)格控制魚骨狀水平井水平段主井眼與采油井水平段垂向、水平向上的相對距離，因此，水平段主井眼施工過程中仍然需要采用磁定位導(dǎo)向技術(shù)以確保水平段主井眼滿足井眼軌跡控制精度的要求[4]。分支井眼軌跡控制過程中，由于受到已鉆成且下入篩管采油井的磁性干擾，無法采用常規(guī)定向儀器進(jìn)行精確測量。同時，受目前磁定位技術(shù)能力的限制，也無法應(yīng)用磁定位技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)，因此，4個分支井眼的軌跡控制主要是通過選擇合適彎角的螺桿和工具面角，并采取合理的技術(shù)措施，實現(xiàn)各分支井眼快速偏離主井眼的目標(biāo)。

考慮到主井眼完井管柱順利下入的要求，注汽井水平段采用前進(jìn)式鉆進(jìn)方案：按照各分支井眼分支點在主水平井眼上的先后位置依次施工，每次先鉆一段主井眼，當(dāng)鉆至分支井眼的分支處時，先鉆完分支井眼，然后起鉆至分支井眼的分支處，接著鉆主井眼的下一段，直至完成全部分支井眼和主井眼的鉆進(jìn)工作。

綜上所述，SAGD魚骨狀水平注汽井FHW3043I井水平段的具體施工工序為：注汽井中完后，在采油井中利用修井機(jī)、小尺寸鉆桿或油管將磁探測儀下至A點以下30.00 m處；注汽井每鉆進(jìn)10.00 m，測量一次與采油井的相對位置(垂向與軸向距離)；根據(jù)測量數(shù)據(jù)及時調(diào)整注汽井水平段的井眼軌跡；鉆進(jìn)30.00 m后停止鉆進(jìn)，將采油井中的磁探測儀下送30.00 m；采用上述方式鉆至井深549.00 m(即第一分支點)后，調(diào)整工具面，全力增斜扭方位鉆至第一分支井眼完鉆井深，將防膨液替入到分支井眼，保證已完成分支井眼穩(wěn)定；起鉆至分支點處，采用磁定位技術(shù)繼續(xù)鉆水平段主井眼，鉆至下一個分支點位置，重復(fù)上述過程，直至完成整個水平段，起鉆，更換成通井鉆具組合對水平段主井眼進(jìn)行通井，調(diào)整鉆井液性能，下入φ177.8 mm篩管完井。

2　現(xiàn)場施工

2.1FHW3043P井

SAGD魚骨狀水平井中采油井與常規(guī)稠油水平井鉆井工藝相同。FHW3043P井實鉆井身結(jié)構(gòu)為：一開，采用φ444.5 mm鉆頭鉆至井深181.00 m，φ339.7 mm表層套管下至井深180.37 m，水泥漿返至地面；二開，采用φ311.1 mm鉆頭鉆至井深543.00 m(靶點A)，φ244.5 mm技術(shù)套管下至井深540.88 m，采用高強(qiáng)度加砂水泥漿固井，水泥漿返至地面；三開，采用φ215.9 mm鉆頭鉆至井深954.00 m完鉆，φ177.8 mm 篩管下至井深953.00 m，懸掛于井深503.67 m處完井。FHW3043P井所用鉆具組合為：一開，φ444.5 mm鉆頭+φ177.8mm 鉆鋌×4根+方鉆桿；二開，φ311.1 mm鉆頭+φ197.0mm螺桿(2.25°)+φ127.0 mm無磁承壓鉆桿×1根+φ165.1 mm MWD短節(jié)+φ127.0 mm無磁承壓鉆桿×1根+φ127.0 mm加重鉆桿×40根+φ127.0 mm斜坡鉆桿；三開，φ215.9 mm鉆頭+φ172.5 mm螺桿(1.50°)+φ127.0 mm無磁承壓鉆桿+φ165.1 mm MWD短節(jié)+φ127.0 mm無磁承壓鉆桿+φ127.0 mm斜坡鉆桿+φ127.0 mm加重鉆桿。

2.2FHW3043I井

2.2.1一開及二開

FHW3043I井一開，采用φ444.5 mm鉆頭鉆至井深182.56 m，φ339.7 mm表層套管下至井深181.06 m，水泥漿返至地面；二開，采用φ311.1 mm鉆頭鉆至井深519.00 m(靶點A)，φ244.5 mm技術(shù)套管下至井深516.68 m，采用高強(qiáng)度加砂水泥漿固井，水泥漿返至地面。

2.2.2水平段主井眼及分支井眼

水平段主井眼及分支井眼采用的鉆具組合為：φ215.9 mm鉆頭+φ172.0mm強(qiáng)磁短節(jié)+φ172.0 mm螺桿+φ127.0 mm無磁鉆桿+MWD短節(jié)+φ127.0 mm無磁鉆桿+φ127.0 mm鉆桿+φ127.0 mm加重鉆桿。

1) 主井眼及第1分支井眼Z1。在FHW3043P井中下入磁導(dǎo)向儀，對FHW3043I井進(jìn)行磁定位導(dǎo)向鉆進(jìn)，同時利用MWD的工具面參數(shù)以滑動和旋轉(zhuǎn)復(fù)合鉆進(jìn)相結(jié)合的方式控制注汽井井眼軌跡位于采油井正上方5.00 m左右。該井主井眼導(dǎo)向鉆至井深549.00 m時，增斜扭方位開始鉆第1分支井眼，鉆至井深650.00 m，第1分支井眼完鉆，將防膨液替入到第1分支井眼內(nèi)。該段主井眼長33.00 m，第1分支井眼長101.00 m。

2) 主井眼及第2分支井眼Z2。起鉆至井深549.00 m開始側(cè)鉆主井眼，側(cè)鉆至井深565.00 m，確認(rèn)側(cè)鉆成功后，加壓進(jìn)行主井眼磁定位導(dǎo)向鉆進(jìn)，鉆至井深618.00 m時，增斜扭方位開始鉆第2分支井眼，鉆至井深720.00 m，第2分支井眼完鉆，將防膨液替入到第2分支井眼內(nèi)。該段主井眼長69.00 m，第2分支井眼長102.00 m。

3) 主井眼及第3分支井眼Z3。起鉆至井深619.00 m開始側(cè)鉆主井眼，側(cè)鉆至井深630.00 m，確認(rèn)側(cè)鉆成功后，加壓進(jìn)行主井眼磁定位導(dǎo)向鉆進(jìn)，鉆至井深688.00m時，增斜扭方位開始鉆第3分支井眼，鉆至井深790.00 m，第3分支井眼完鉆，將防膨液替入到第3分支井眼內(nèi)，起鉆換鉆頭。該段主井眼長69.00m，第3分支井眼長102.00 m。

4) 主井眼及第4分支井眼Z4。下鉆至井深688.00 m側(cè)鉆主井眼，側(cè)鉆至井深703.00 m，確認(rèn)側(cè)鉆成功后，加壓進(jìn)行主井眼磁定位導(dǎo)向鉆進(jìn)，鉆至井深759.00 m時，增斜扭方位開始鉆第4分支井眼，鉆至井深860.00 m，第4分支井眼完鉆，將防膨液替入到第4分支井眼內(nèi)。該段主井眼長71.00 m，第4分支井眼長101.00 m。

5) 最后一段主井眼。起鉆至井深759.00 m側(cè)鉆主井眼，側(cè)鉆至井深774.00 m，確認(rèn)側(cè)鉆成功后，加壓進(jìn)行主井眼磁定位導(dǎo)向鉆進(jìn)，鉆至井深930.00 m，主井眼完鉆，該段主井眼長171.00 m。

2.2.3完井

為保證篩管順利下入，完鉆后起鉆取下測量儀器，甩掉螺桿，下入單穩(wěn)定器鉆具組合通井，下鉆到底后采用大排量充分洗井。FHW3043I井篩管順利下至井底，投球坐掛懸掛器，倒扣丟手，并坐封管外封隔器，起鉆，完成該井的完井作業(yè)。完井管串組合為φ177.8 mm全鋼引鞋+φ177.8 mm篩管×37根+φ177.8 mm套管×3根+φ244.5 mm×φ177.8mm懸掛器+φ244.5 mm×φ177.8mm耐高溫封隔器+送入管柱。

3　結(jié)論與建議

1) SAGD魚骨狀水平井FHW3043井組的鉆成證明了SAGD魚骨狀水平井鉆井技術(shù)的可行性，為稠油開采提供了一個新技術(shù)手段。

2) 從理論上看，SAGD注汽井水平段引入魚骨狀分支井眼，可以增加油層裸露面積，促進(jìn)蒸汽腔擴(kuò)展，提高儲層吸收蒸汽效果，從而提高稠油油藏開發(fā)效果。目前已完成的SAGD魚骨狀水平井FHW3043井組還在循環(huán)預(yù)熱階段，尚未投產(chǎn)，其開采效果還有待于投產(chǎn)后的生產(chǎn)情況驗證。

3) SAGD魚骨狀水平井FHW3043井組的分支井眼長度均為100.00 m，且受目前水平段井眼軌跡控制工具與工藝的限制，其偏離主井眼的距離有限。為提高分支井眼的長度及偏離主井眼的距離，需要開展魚骨狀水平井分支井眼軌跡控制技術(shù)研究。

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[編輯劉文臣]

Drilling Technology of the SAGD Fishbone Horizontal Well in the Xinjiang Oilfield

LIN Jing1, WANG Xin1, YU Yangfei2, ZHANG Baolong1, HU Xinxing1

(1.DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute,CNPCWesternDrillingEngineeringCo.Ltd.,Karamay,Xinjiang，834000，China; 2.CNPCXinjiangOilfieldDevelopmentCompany,Karamay,Xinjiang，834000，China)

To effectively increase the exposed area of oil reservoirs, to improve the steam absorption effects of heavy oil reservoirs and to raise productivities and recovery ratios of heavy oil wells, the Xinjiang Oilfield combined SAGD horizontal well technology with a fishbone horizontal well technology to drill several fishbone branch holes in the horizontal section of steam injection wells by using SAGD magnetic localization guidance and fishbone branch hole trajectory control technology on the basis of SAGD paired horizontal wells. The SAGD fishbone horizontal well drilling technology could effectively increase the exposed area of the reservoir and it was used to drill FHW3043 well group of SAGD fishbone horizontal wells. Successful completion of the FHW3043 well group had proved the feasibility of SAGD fishbone horizontal well drilling technology and accumulated experiences for the application of the technology for heavy oil development.

steam assisted gravity draining; horizontal well; fishbone horizontal well; casing program; well trajectory; Xinjiang Oilfield

2015-12-31；改回日期：2016-05-04。

林晶(1972—)，女，黑龍江海倫人，1996年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院機(jī)械制造工藝與設(shè)備專業(yè)，高級工程師，主要從事鉆井工藝技術(shù)研究及鉆井設(shè)計工作。E-mail: LinJ2007@cnpc.com.cn。

doi:10.11911/syztjs.201604002

TE243+.9

A

1001-0890(2016)04-0007-05

?鉆井完井?