海上某氣田懸空側(cè)鉆水平分支井技術(shù)及應(yīng)用

賈 雍，和鵬飛，袁則名，孫永樂，張子明

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300450）

E 海地區(qū)氣藏資源主要以中低滲、特低滲為主，占比達(dá)93%。低滲、特低滲氣藏有效開發(fā)是E 海地區(qū)目前主要攻關(guān)方向，應(yīng)用水平井分支井可有效提高常規(guī)低滲氣藏單井產(chǎn)能［1］，未來可能將規(guī)模應(yīng)用水平分支井開發(fā)低滲氣藏。因此，通過E 海地區(qū)氣田已實(shí)施的水平分支井，深入總結(jié)研究水平分支井鉆井技術(shù)既可以提高作業(yè)時(shí)效，又為大力開發(fā)E 海地區(qū)氣田提供必需的技術(shù)前提。本文以E 海地區(qū)X氣田水平分支井應(yīng)用為例，介紹了水平分支井側(cè)鉆技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

1 氣田概況

1.1 儲(chǔ)層特征

根據(jù)最新已鉆井實(shí)鉆結(jié)果，證實(shí)氣田南部H4～H6（垂深3400～3650 m）氣藏油氣潛力較大。初步評(píng)價(jià)H4d 層探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量約25×108m3，控制+預(yù)測(cè)天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量 15×108m3，H5 層探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量約60×108m3。

X 氣田HG 組上段儲(chǔ)層孔隙度分布在3%～19.8%，平均13.2%；滲透率分布在0.046～244 mD，平均16.8 mD。HG 組下段儲(chǔ)層孔隙度分布在2.1%～13%，平均8.5%；滲透率分布在0.0167～1.96 mD，平均0.25 mD，氣田整體為低滲氣田。

1.2 已鉆完井情況

X 氣田已鉆完2 口水平井，3 口水平分支井。水平井X1H、X4H；水平分支井：主支X5M、分支X5Ma；主支 X6M、分支 X6Ma、分支 X6Mb；主支X9M、分支X9Ma、分支X9Mb。已鉆完井主要數(shù)據(jù)見表1。

表1 X 氣田已鉆完井主要數(shù)據(jù)Table 1 Main data of the completed wells in the X gas field

2 水平分支井的鉆井工藝

懸空側(cè)鉆法鉆水平分支井在E 海油氣田應(yīng)用較多。水平分支井鉆井關(guān)鍵技術(shù)是懸空側(cè)鉆技術(shù)和軌跡控制技術(shù)［2］。

懸空側(cè)鉆技術(shù)：首先將重力工具面擺在井筒低邊，依靠工具重力，在低邊鉆個(gè)新井筒。有了新井筒后，再通過改變方位，使其與原井筒分離，最后再按照新的軌跡，繼續(xù)鉆進(jìn)。2 個(gè)井筒的徹底分離，標(biāo)志著懸空側(cè)鉆作業(yè)成功完成［3］。

軌跡控制技術(shù)：使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具或者馬達(dá)和LWD 工具等實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)。使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測(cè)井工具，結(jié)合東海已鉆井軌跡控制經(jīng)驗(yàn)，水平分支井軌跡控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟。本文重點(diǎn)介紹水平分支井的裸眼側(cè)鉆（懸空側(cè)鉆）工藝。

2.1 分支井的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1.1 分支井鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）增加井眼在油藏中的長度，擴(kuò)大泄油面積，提高采收率。

（2）提高低孔滲油氣藏產(chǎn)能及采收率。

（3）改善油流動(dòng)態(tài)剖面，減緩錐進(jìn)速度，提供重力泄油途徑，提高油氣層縱向動(dòng)用程度。

（4）提高裂縫油氣藏裂縫鉆遇率，經(jīng)濟(jì)開采邊際油氣藏和重質(zhì)原油油藏，可重復(fù)利用上部井段，降低鉆井成本。

（5）地面井口或海上井槽的減少，降低了平臺(tái)的建造費(fèi)用、油井管理和環(huán)境保護(hù)等費(fèi)用。

2.1.2 分支井鉆井技術(shù)的缺點(diǎn)

（1）分支井分支再進(jìn)入存在難度。

（2）水平分支井分支井段一般常使用裸眼完井，生產(chǎn)中存在井塌風(fēng)險(xiǎn)。

（3）水平分支井側(cè)鉆點(diǎn)應(yīng)力集中，井壁穩(wěn)定性較差。

（4）水平分支井要求鉆井液具有更好的潤滑和防塌功能，對(duì)井口凈化裝置有更高的要求［4］。

2.2 水平分支井懸空側(cè)鉆工具的選擇

馬達(dá)等指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的造斜原理是利用彎角，使鉆頭在不對(duì)稱情況下切削地層，逐漸產(chǎn)生井斜；推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向是通過工具自身向井壁施加一個(gè)作用力，工具在反作用力的作用下達(dá)到控制井斜的目的。推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向多用于直井作業(yè)，水平分支井側(cè)鉆作業(yè)則優(yōu)選指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向［5］。

2.3 水平分支井懸空側(cè)鉆鉆頭的選擇

側(cè)鉆效率高低取決于鉆頭的側(cè)向切削能力。水平分支井懸空側(cè)鉆時(shí)選擇具有側(cè)向切削齒、側(cè)向切削能力較強(qiáng)的鉆頭［5］。

2.4 水平分支井懸空側(cè)鉆點(diǎn)的選擇

（1）側(cè)鉆點(diǎn)的選取要考慮容易側(cè)鉆并利于控制井眼軌跡。

（2）側(cè)鉆點(diǎn)應(yīng)兼顧地層穩(wěn)定性和可鉆性，以中軟砂巖地層最佳。

（3）側(cè)鉆點(diǎn)最好在增斜段，且新老井眼方位角相差較大的井段。

2.5 水平分支井懸空側(cè)鉆工藝

軌跡預(yù)留，劃槽，造臺(tái)階，控時(shí)鉆進(jìn)［6］是提高E海油氣田水平分支井作業(yè)的重點(diǎn)。

2.5.1 軌跡預(yù)留

在分支井鉆進(jìn)至側(cè)鉆點(diǎn)附近，使用高邊工具面和100%的力度全力造斜（可帶方位），人為制造一個(gè)大的局部“狗腿”以利于側(cè)鉆主支。一般局部“狗腿”在 5°/30 m 以上，段長 20 m 左右。鉆完分支井段，上提鉆具至側(cè)鉆點(diǎn)后轉(zhuǎn)入側(cè)鉆主支作業(yè)。

2.5.2 劃槽

鉆具配長保證側(cè)鉆的連續(xù)性。劃槽時(shí)以快速上提、緩慢下放為原則，且下放位置不得超過側(cè)鉆點(diǎn)，劃槽時(shí)間1～2 h。

2.5.3 造臺(tái)階

定點(diǎn)造臺(tái)階，循環(huán)時(shí)間1 h。

2.5.4 控時(shí)鉆進(jìn)

控時(shí)鉆進(jìn)就是控制機(jī)械鉆速?？貢r(shí)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)分支井眼正常鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速，地層壓實(shí)程度等方面綜合考慮。

2.6 水平分支井新井眼和老井眼隔墻的計(jì)算

水平分支井懸空側(cè)鉆作業(yè)主要靠工具重力實(shí)現(xiàn)新老井眼的分離，井斜的變化是影響新老井眼分離的主要原因［7］。計(jì)算新老井眼隔墻時(shí)，如公式（1）和公式（2），可以忽略方位的影響，僅從井斜上近似計(jì)算分離程度。

式中：D——偏移距，m；L——新井眼鉆進(jìn)的長度，m；α——老井眼與新井眼井斜的差值，rad。

式中：H——新老井眼隔墻厚度，m；d——鉆頭直徑，m。

當(dāng)偏移距等于鉆頭直徑時(shí)，鉆頭完全進(jìn)入新井眼，此時(shí)隔墻厚度為0 m；適當(dāng)加快控時(shí)鉆進(jìn)的速度，隔墻不足半個(gè)鉆頭直徑時(shí)嚴(yán)禁加壓，以防加壓時(shí)臺(tái)階面破裂［8］。當(dāng)隔墻厚度達(dá)到半個(gè)鉆頭直徑以上時(shí)可提高參數(shù)正常鉆進(jìn)。新井眼形成后，為防止重新進(jìn)入老井眼，要隨時(shí)監(jiān)測(cè)軌跡［9-16］。

3 水平分支井在E 海X 氣田的應(yīng)用

X 氣田已鉆3 口水平分支井，共計(jì)5 個(gè)分支井的側(cè)鉆施工作業(yè)。5 個(gè)分支側(cè)鉆作業(yè)當(dāng)中，均使用水平分支井懸空側(cè)鉆技術(shù)，共計(jì)實(shí)施6 次懸空側(cè)鉆作業(yè)，其中5 井次側(cè)鉆均一次成功，1 井次側(cè)鉆失敗。

以X6Mb 分支井側(cè)鉆主支作業(yè)中涉及2 次側(cè)鉆（第一次失敗，第二次成功）為例并結(jié)合其余4 口井水平分支井側(cè)鉆作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，分析了水平分支井側(cè)鉆技術(shù)在E 海油氣田的應(yīng)用。

3.1 X 氣田 X6Mb 分支 側(cè)鉆 X6M 主支概 況

表2 X6M 水平分支井基本數(shù)據(jù)Table 2 Basic data of horizontal branch well X6M

圖1 X6M 水平分支井水平投影Fig.1 Horizontal projection of horizontal branch well X6M

施工程序：首先鉆進(jìn)主支至4010 m，繼續(xù)鉆進(jìn)分支X6Ma 至完鉆井深4588 m。然后起鉆至4010 m 進(jìn)行懸空側(cè)鉆主支，順利完成側(cè)鉆后，再鉆分支X6Mb 至完鉆深度5033.35 m。起鉆至4248 m（砂巖段），側(cè)鉆主支X6M，失敗后側(cè)鉆點(diǎn)下移至4300 m（泥巖段），完成側(cè)鉆后，再鉆主支至4845 m 完鉆。

3.2 X 氣田X6Mb 分支側(cè)鉆X6M 主支現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

3.2.1 X6Mb 第一次側(cè)鉆X6M 主支作業(yè)概況

鉆具配長，保證可以連續(xù)側(cè)鉆2 個(gè)單根。X6Mb分支井段完鉆后起鉆至4248 m 準(zhǔn)確校深。

（1）軌跡預(yù)留情況：X6M 井 4248～4258 m 井斜88.49°～89.62°，局部“狗腿”度3.5°（沒有人為提前制造一個(gè)較高的局部“狗腿”），側(cè)鉆點(diǎn)附近巖性為砂巖。

（2）劃槽：排量 1950 L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速 100 r/min，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向 Xceed 設(shè)置為（L168，100%），4002～4010 m 向下劃槽速度20 m/h（快速上提），劃槽3 h。

（3）造臺(tái)階：排量1950 L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速100 r/min ，4248 m 處定點(diǎn)循環(huán) 1 h。

（4）控時(shí)鉆進(jìn)，進(jìn)程控制如表3 所示。

4240～4248 m 劃槽 3.5 h 后，測(cè)點(diǎn) 4248 m 井斜降至 88.25°，比老井眼小 0.24°，方位變化不明顯，劃槽雖有一定效果，但井斜降幅不明顯?？貢r(shí)鉆進(jìn)期間井斜差值先漸大后漸小，最后基本與老井眼一致。確認(rèn)側(cè)鉆失敗后，下移側(cè)鉆點(diǎn)繼續(xù)側(cè)鉆X6M 主支。

表3 X6Mb 側(cè)鉆主支X6M 第一次側(cè)鉆進(jìn)程（側(cè)鉆點(diǎn)4248 m）Table 3 First side tracking of the main hole X6M from the branch X6Mb (side tracking kick-off point at 4248m)

3.2.2 X6Mb 第二次側(cè)鉆X6M 主支作業(yè)概況

4248 m 側(cè)鉆失敗后，下移側(cè)鉆點(diǎn)至X6Mb 分支井段的軌跡預(yù)留段，再次側(cè)鉆。鉆具配長，保證可以連續(xù)側(cè)鉆2 個(gè)單根，4300 m 準(zhǔn)確校深。

（1）軌跡預(yù)留情況：X6Mb 井 4294～4312 m 主動(dòng)造高“狗腿”，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向Xceed 指令設(shè)置為（R24，100%），井斜由 89°增至 91.31°，方位由 31.85°增至34.18°，局部“狗腿”7°/30 m。

（2）劃槽：排量 2100 L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速 100 r/min，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向指令設(shè)置為（L168，100%），4292～4300 m 劃槽，下放速度 20 m/h（快速上提），每次下放不超過側(cè)鉆點(diǎn)，劃槽4 h。

（3）造臺(tái)階：排量2100 L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速100 r/min，4300 m 處定點(diǎn)循環(huán) 2 h。

（4）控時(shí)鉆進(jìn)，進(jìn)程控制如表4 所示。

4292～4300 m 劃槽 3 h 后，測(cè)點(diǎn) 4299.81 m，井斜降至 89.07°，比老井眼小 1.03°；方位增至 31.35°，比老井眼大0.5°，劃槽效果比較理想。

表4 X6Mb 側(cè)鉆主支X6M 第二次側(cè)鉆進(jìn)程（側(cè)鉆點(diǎn)4300 m）Table 4 Second side tracking of the main hole X6M from the branch X6Mb (side tracking kick-off point at 4300m)

控時(shí)鉆進(jìn)至測(cè)點(diǎn)4302.86 m，井斜降至88.9°，比老井眼小 1.58°；方位降至 31.48°，比老井眼小 1.21°。控時(shí)鉆進(jìn)鉆壓明顯增大，說明鉆頭已經(jīng)鉆入新地層?？貢r(shí)鉆進(jìn)至測(cè)點(diǎn)4315.05 m，井斜降至86.7°，比老井眼小 4.88°；方位降至 30.61°，比老井眼小 3.81°。該處預(yù)算4320.23 m，井斜85.9°左右，與老井眼分離間距0.7 m，確認(rèn)側(cè)鉆成功。

3.3 X 氣田水平分支井應(yīng)用實(shí)踐分析

3.3.1 X6Mb 第一次側(cè)鉆X6M 主支作業(yè)失敗原因分析

（1）側(cè)鉆失敗主要原因?yàn)閭?cè)鉆點(diǎn)附近局部“狗腿”較小，不在軌跡預(yù)留段。

（2）局部“狗腿”較小，導(dǎo)致劃槽造臺(tái)階效果不好，劃槽結(jié)束后井斜比老井眼僅小0.24°。

（3）局部“狗腿”較小，劃槽及控時(shí)鉆進(jìn)期間“上翹大狗腿井段”不能起到良好的支點(diǎn)作用。

3.3.2 X6Mb 第二次側(cè)鉆X6M 主支作業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）側(cè)鉆成功主要原因?yàn)閭?cè)鉆點(diǎn)在軌跡預(yù)留段的局部“狗腿”較大處。

（2）局部“狗腿”較大劃槽造臺(tái)階效果較好，劃槽結(jié)束后井斜比老井眼小1.03°，方位比老井眼大0.5°，劃槽效果較理想。

（3）局部“狗腿”較大，劃槽及控時(shí)鉆進(jìn)期間“上翹大狗腿井段”能起到良好的支點(diǎn)作用，利于低邊盡快形成臺(tái)階并快速側(cè)鉆出新井眼。

（4）軌跡預(yù)留在泥巖段，適當(dāng)增加懸空側(cè)鉆技術(shù)措施用時(shí)利于側(cè)鉆的實(shí)施。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）懸空側(cè)鉆點(diǎn)應(yīng)選取軌跡預(yù)留段，避免在穩(wěn)斜段，在增斜井段進(jìn)行低邊側(cè)鉆更有利于新井眼的井壁穩(wěn)定。低邊側(cè)鉆時(shí)能夠起到支點(diǎn)作用，便于進(jìn)行懸空側(cè)鉆。側(cè)鉆點(diǎn)在方位選擇上應(yīng)同時(shí)滿足新老井筒有效分離和側(cè)鉆井眼軌跡的容易控制。

（2）控時(shí)鉆進(jìn)如遇突發(fā)情況，需慢提慢放，保持連續(xù)側(cè)鉆，防止破壞臺(tái)階。同時(shí)為保證側(cè)鉆成功率，還需相應(yīng)增加進(jìn)尺。

（3）成功側(cè)鉆形成新井眼后，為避免因管柱震動(dòng)或水力沖刷而造成隔墻破壞，應(yīng)適當(dāng)降低鉆井參數(shù)。側(cè)鉆成功后及時(shí)調(diào)整指令，避免局部“狗腿”過大影響后續(xù)完井作業(yè)。

（4）該技術(shù)的成功實(shí)施有效增加了泄油面積及采收率，同時(shí)也節(jié)約了一部分建造成本。但該技術(shù)在具體實(shí)施中部分關(guān)鍵點(diǎn)存在經(jīng)驗(yàn)不足，需要在后續(xù)作業(yè)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高側(cè)鉆成功率。