國內(nèi)外分支井五級(jí)完井技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

陳 杰，武廣璦，左 凱，曹硯鋒，閆 偉，柴龍順，趙金成

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.中海油研究總院，北京 100029)

分支井技術(shù)作為水平井技術(shù)的延伸和發(fā)展，可增加單井的泄油面積，能夠有效挖掘剩余油潛力，提高采收率，改善油田開發(fā)效果，已經(jīng)成為油氣田開發(fā)的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國原油儲(chǔ)量主要分布在陸相沉積儲(chǔ)層中，其中 90%采用水驅(qū)開發(fā)，經(jīng)過多年注水，陸相沉積儲(chǔ)層中油、水接觸關(guān)系異常復(fù)雜，對(duì)于繼續(xù)開采剩余原油，提高采收率，提出了新的挑戰(zhàn)。原有直井軌跡在儲(chǔ)層空間上存在局限性，對(duì)于分散的原油難以收集，因此產(chǎn)量急劇降低[3-5]。研究表明，分支井技術(shù)在國內(nèi)老油田剩余油挖潛方面效果顯著[6-8]。

1 分支井五級(jí)完井技術(shù)

多分支井技術(shù)主要受完井技術(shù)限制，而完井關(guān)鍵技術(shù)主要集中在分支井眼與主井眼的分支接口處，其技術(shù)水平主要體現(xiàn)在接口支撐、接口密封和支井重入3個(gè)方面。接口支撐是指各分支井眼的完井管柱都要和主井眼的套管相連接，其聯(lián)接處要具有機(jī)械上的整體性，以解決井壁穩(wěn)定和儲(chǔ)層出砂等問題；接口密封是指將各分支井眼不同壓力系統(tǒng)的油氣流分隔開，解決分采問題；支井重入是指各分支井都要與主井眼貫通，實(shí)現(xiàn)從主井眼向任一分支井眼重入，滿足采油和修井作業(yè)的要求。

1.1 分支井完井技術(shù)分級(jí)

為了給多分支井技術(shù)的發(fā)展指出一個(gè)更加統(tǒng)一的方向，1997年春，英國Shell公司Eric Diggins組織在阿伯丁舉行了多分支井的技術(shù)進(jìn)展論壇，并按復(fù)雜性和功能性建立了分級(jí)體系，即TAML (Technology Advancement Multi Laterals)分級(jí)。TAML是按多分支井的連通性 (Connectivity) 、隔離性(Isolation) 、可達(dá)性 (Accessibility) 3個(gè)特性來評(píng)價(jià)其技術(shù)和分級(jí)的。多分支井完井方法TAML分級(jí)體系[9-10]如圖1所示。

圖1 多分支井完井技術(shù)TAML分級(jí)體系

一級(jí)完井：主井眼和分支井眼都是裸眼，完井作業(yè)不對(duì)不同產(chǎn)層進(jìn)行分隔，也不對(duì)層間壓差進(jìn)行任何處理。

二級(jí)完井：主井眼下套管并注水泥完井，分支井裸眼完井或只放篩管而不注水泥。

三級(jí)完井：主井眼和分支井眼都下套管，主井眼注水泥而分支井眼不注水泥。

四級(jí)完井：主井眼和分支井眼都在連結(jié)處下套管并注水泥。

五級(jí)完井：具有三級(jí)和四級(jí)分支井連接技術(shù)的特點(diǎn)，還增加了可在分支井襯管和主套管連接處提供壓力密封的完井裝置，主井眼全部下套管且連接處是水力隔離。

六級(jí)完井：連接處壓力整體性連接部壓力與井筒壓力一致，是一個(gè)整體性壓力，可通過下套管取得，而不依靠井下完井工具。

各級(jí)別的多分支井在接口支撐、接口密封、支井重入和生產(chǎn)方式等方面達(dá)到的技術(shù)水平如表1所示[11]。

表1 各級(jí)別多分支井技術(shù)水平

1.2 五級(jí)完井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

分支井和原井再鉆能夠大幅提高油氣井的效益、降低噸油開采成本、提高單井產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)少井高產(chǎn)，有利于提高最終采收率。五級(jí)分支井技術(shù)是利用已有井上部開窗側(cè)鉆，無需挪動(dòng)井位，可增加儲(chǔ)層裸露面積，極大提高了油氣采收率。與1～4級(jí)分支井技術(shù)相比，五級(jí)分支井技術(shù)還具備3種技術(shù)優(yōu)勢(shì)[12-15]：分支井五級(jí)完井技術(shù)采用機(jī)械支撐，建立主、分支井眼連接通道；實(shí)現(xiàn)液力密封；對(duì)于分支井眼，后續(xù)還可選擇性再進(jìn)入[16]。

2 五級(jí)完井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

分支井完井技術(shù)的難點(diǎn)在于主井眼與分支井眼的連接技術(shù)，該技術(shù)為分支井技術(shù)所特有，其中密封問題在分支井完井作業(yè)時(shí)技術(shù)難度最大。因此，分支井完井技術(shù)研究主要集中在分支井完井中的主、支井眼連接技術(shù)。

2.1 國外發(fā)展?fàn)顩r

自1990年以來，國外油服公司在分支井技術(shù)領(lǐng)域展開了大量技術(shù)研究，并積累了一定經(jīng)驗(yàn)[4,17]。世界上第 1口TAML5級(jí)多分支井，是Shell公司1998年在巴西近海Voador油田從半潛式鉆井平臺(tái)上鉆的1口反向雙分支井[12]。到目前為止，國外各大油服公司都擁有自己成熟的五級(jí)分支井系統(tǒng)，并得到了商業(yè)化應(yīng)用。其中，以斯倫貝謝RapidX系統(tǒng)、哈里伯頓公司FlexRite 系統(tǒng)和貝克休斯HOOK系統(tǒng)為主要代表。

斯倫貝謝公司的RapidX系統(tǒng)為TAML5級(jí)分支井完井系統(tǒng)，依靠RapidX模板和連接器相互配合，可實(shí)現(xiàn)分支井眼與主井眼之間機(jī)械連接及液壓隔離；在RapidX模板中下入導(dǎo)向器即可實(shí)現(xiàn)分支井眼重入。RapidX系統(tǒng)核心是RapidX模板和RapidX連接器；模板上設(shè)有軌道槽，連接器上設(shè)有凸臺(tái)與之榫接配合。連接器下行過程中，沿模板軌道進(jìn)入分支井。連接器凸臺(tái)嵌入模板槽后，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度連接及密封。其優(yōu)點(diǎn)是窗口處連接強(qiáng)度高；缺點(diǎn)是連接器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封可靠性差。如圖2所示。

哈里伯頓公司的FlexRite系統(tǒng)為TAML5級(jí)分支井完井系統(tǒng)，通過FlexRite 柔性懸掛系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)主井眼與分支井眼之間機(jī)械連接及液壓隔離；在懸掛器中下入導(dǎo)向塊即可實(shí)現(xiàn)主井眼與分支井眼選擇性重入。FlexRite系統(tǒng)核心是柔性懸掛系統(tǒng)。柔性懸掛系統(tǒng)上部為“Y”形懸掛器，下部有兩根分叉管，分別可進(jìn)入主、分支井眼，其中，進(jìn)入分支井眼的分支管具有較大柔性。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)分支井機(jī)械連接及密封。其優(yōu)點(diǎn)是窗口處連接強(qiáng)度高，密封可靠；缺點(diǎn)是主、分支井眼通徑小。如圖3所示。

圖2 斯倫貝謝公司RapidX系統(tǒng)連接器

圖3 哈里伯頓公司FlexRite系統(tǒng)連接器

貝克公司利用HOOK系統(tǒng)結(jié)合雙管完井系統(tǒng)，形成TAML5級(jí)分支井完井系統(tǒng)。HOOK系統(tǒng)核心是HOOK Hanger鉤式懸掛系統(tǒng)和Lateral Entry Guidance System重入系統(tǒng)。Hook系統(tǒng)依靠Hook Hanger懸掛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分支井眼與主井眼之間機(jī)械連接，利用分別安裝在分支井、套管窗口上、下方的3個(gè)隔離封隔器來實(shí)現(xiàn)連接處液壓密封，利用分支井重入系統(tǒng)工具實(shí)現(xiàn)主、分支井眼重入。其優(yōu)點(diǎn)是主、分支井眼通徑大；缺點(diǎn)是分支井進(jìn)入系統(tǒng)復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)高。如圖4所示。

圖4 Hook系統(tǒng)連接器

三大油服公司TAML5級(jí)完井系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體技術(shù)特征對(duì)比如表2所示。

表2 三大油服公司TAML5級(jí)完井系統(tǒng)技術(shù)特征對(duì)比

2.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

我國多分支井主要分布在渤海彎盆地、勝利油田、遼河油田，以及新疆等地[18-19]，大多采用1～4級(jí)完井技術(shù)。其中，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分支井完井系統(tǒng)主要有遼河油田工程技術(shù)研究院設(shè)計(jì)的DF- 1多分支井完井系統(tǒng)；勝利油田鉆井工藝研究院開發(fā)的尾管懸掛器定向回接系統(tǒng)和預(yù)開窗分支井完井裝置。中石油勘探開發(fā)研究院開發(fā)的膨脹管定位多分支井系統(tǒng)。

2001年，中石化西南石油局采用遼河油田工程技術(shù)研究院DF- 1多分支井系統(tǒng)，在川西地區(qū)新淺90井分支井，成功實(shí)施了國內(nèi)第1口TAML5級(jí)分支井[20-22]。其井身結(jié)構(gòu)和完井管柱如圖5所示。

圖5 新淺90分支井井身結(jié)構(gòu)和完井管柱示意

2011年，勝利油田鉆井工藝研究院聯(lián)合斯倫貝謝公司，采用尾管懸掛器定向回接系統(tǒng)和預(yù)開窗分支井完井裝置，在河3-斜36區(qū)塊實(shí)施了一口TAML5級(jí)完井的雙分支試驗(yàn)井——河3-支平1井[23-24]。如圖6所示。

圖6 河3-支平1井井身結(jié)構(gòu)和完井管柱示意

3 結(jié)論

1) 分支井技術(shù)在降低鉆井成本、采用特殊油藏開采模式、提高新老油田采收率等方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。五級(jí)完井技術(shù)具有降低鉆井綜合成本等諸多優(yōu)點(diǎn)，可作為開發(fā)稠油油藏、邊際油藏或中后期油藏、天然裂縫和致密油藏、斷塊油藏等有效手段。

2) 國內(nèi)老油田隨著水驅(qū)開發(fā)時(shí)間的積累，儲(chǔ)層已進(jìn)入高含水期。各大油田都在圍繞著提高采收率，挖掘剩余零散油藏等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，五級(jí)完井技術(shù)將是此次攻關(guān)的核心領(lǐng)域。

3) 國外公司經(jīng)過多年的開發(fā)，在五級(jí)完井技術(shù)，特別是在五級(jí)完井的核心技術(shù)——連接器方面，已經(jīng)取得了一系列成果。國內(nèi)在五級(jí)完井技術(shù)研究方面與國外存在較大差距，應(yīng)該盡快投入力進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，尋求突破。