多分支井技術研究進展

魏振峰

摘 要：多分支井具有一井眼多用的特點，大幅度提高了采油效率，降低了油氣藏鉆井成本。歐美一些國家在多分支井鉆井技術方面的研究起步比較早，近年來，我國多分支井鉆井技術得到了飛躍式發展。

關鍵詞：多分支井；系統；技術；研究

多分支井是指在一口主井眼（直井、定向井、水平井）的基礎上，鉆出兩個及多個進入油氣藏的多分支井眼，也指在一個垂直井中側鉆出新的井眼。多分支井主要以反向雙多分支井、魚骨狀水平井、疊加式分支水平井為主。多分支井可以節省井場占地面積、在利用主井眼的基礎上，免除了鉆機、套管等設備的搬遷安裝，不會產生主井鉆井形成的垃圾處理等費用，多分支井對主井眼的重復利用，基本上可以節約出開發一個新井的費用，同時節省了大量人力。分支鉆井技術已經成為高效開發油氣藏的理想井型。

1 前言

早在20世紀30年代，就有專家提出了多分支井的概念，直到20世紀50年代，才展開了多分支井鉆探技術的研究，20世紀90年代多分支井鉆井技術在國外獲得井噴式的迅速發展。目前，全世界已完成幾千口多分支井鉆探，分支最多的井有十幾個分支。

2 國外多分支井技術研究進展

上世紀50年代，渦輪鉆具在前蘇聯得到應用，鉆成一口十多分支井，使原井產量增加了16倍，20世紀60年代至80年代期間，多分支井鉆探技術在前蘇聯得到廣泛應用，二三十年間共鉆了100多口多分支井，300多個多分支井眼，鉆探總長度達17萬多米，包括57口開發井，36口探井，8口救援井，這些多分支井的費用只占直井投入的30%-80%。發現了多分支井的經濟優勢后，上世紀80年代后期，前蘇聯又在一些油氣田主攻老井側鉆進行多分支井開發，有數百口5～10個分支，長80～300m的多分支井，同期進行了其他類型的多分支井技術的應用開發。20世紀末，美國Marathon石油公司和Baker Hughes Inteq公司對多分支井進行了聯合開發，研究得到了一種用于多分支井的注水泥尾管完井的井下系統。該鉆探系統主要利用一個定向短節將鉆井工具或完井工具引入適當井眼。具體實施方法為：完成第一個多分支井眼鉆探后，測井，下尾管固井，180°旋轉定向短節，鉆第二個多分支井眼，測井，下尾管固井，這種分流系統能減少10%～20%海上鉆井費用。美國Bechtel公司開發出了一種高效的超短半徑分支水平井鉆井系統，該系統主要包括一臺1176KW功率、84.4MPa額定壓力的壓裂泵，一臺常規修井機，一臺盤管車，水力破巖鉆頭、ERW鉆管、擴眼器，斜向器，高壓導引和控制機構等。20世紀末，加拿大開發出一種預開窗多分支井鉆探系統，并完成了全尺寸樣品的研制，加拿大Shell公司首次用該系統在Midale油田鉆成一口對稱雙多分支井，裸眼完井，該系統由套管開窗接頭、可回收式斜向器、多分支井段懸掛器、下送工具安裝管柱四個部分構成，目前，該系統仍作為較成熟的多分支井鉆井完井技術在生產中得到應用。法國埃爾夫公司開發出一個三孔分眼器，配合其他組件，利用分眼器上方的引導鍵將連通工具和立管柱轉到其它孔眼上，完成其它多分支井眼的鉆探工作，利用該裝置鉆成一口三分支井，鉆探成本是普通井的2倍，但是該三分支井的產量比其它井增長了5倍。20世紀90年代，歐美國家的多分支井技術得到了整體迅速的發展，包括多分支井設計、鉆井工藝、完井及采油配套技術，甚至相關配套工具、儀器的水平均得到飛躍式發展，以至超過了當時在多分支井數量上占優勢的前蘇聯。歐美國家的一些石油公司，憑借多分支井鉆探方面的技術優勢，占領了世界范圍內的大多數多分支井市場。伴隨鉆探施工中技術的不斷總結、完善，歐美國家的多分支井鉆探技術得到了快速發展。20世紀末期，美國石油巨頭康納柯菲利普斯和委內瑞拉國有石油公司的Petrozuata合作項目就是最具代表性的多分支井鉆井技術項目。近年來，國外對多分支井完井系統的研究比較多。Halliburton、Baker Hughes、Weatherford 、Sperryrite、Smith /Sperry-Sun、尼奧等知名公司均對多分支井鉆探系統進行了大量研究，這幾種多分支井完井系統均側重對分支井眼與主井眼的機械回接、液壓封隔和選擇性再進入并能實現一井分采方面的研究，完井水平可達到TAML3～5級。

3 國內多分支井技術研究進展

20世紀60年代，我國就開始了多分支井鉆井技術的開發嘗試，直到20世紀90年代才取得一定的鉆探成果。勝利油田、遼河油田、地礦部第六普查勘探大隊和海洋石油總公司渤海石油公司等單位對多分支井鉆探技術進行了生產轉化，進行了現場試驗。我國第一口雙分支裸眼完井多分支井是由新疆克拉瑪依油田于1998年9月在Baker Hughes的協助下完成的。2000年、2001年遼河油田先后完成了兩口下套管固井多分支井，并于2001年完成了一口三分支井的鉆探，一口套管內開窗側鉆雙分支水平井也于2003年完成。2000年、2001年，勝利油田先后完成了國內第一、第二口雙分支水平井的鉆探工作。通過地震、地質、測井、油藏、工程多學科緊密協作和共同努力，我國第一口多分支井CFI井于2002年9月在渤海公司的綏中油田成功投產，分析發現CFI井的日產油量是周邊常規井平均產量的3.6倍。CFI井鉆探技術開辟了一條新的開發稠油油田的技術途徑。總結成功的經驗，渤海公司又相繼設計了兩口推廣試驗井，分別是2C25hf井和C26hf井，平均日產油量大約為130m3和90m3，是周邊井平均產量的3.3倍和2.3倍。我國第一口12個多分支井眼羽狀多分支水平井（DNP02井）由山西亞美大寧能源有限公司與中原油田鉆井三公司合作完成，采用了大量前沿的鉆井技術，如頂部驅動和欠平衡鉆井等。近年來，我國多分支井鉆探系統的研究取得了較大的成果，定向回接系統由勝利油田鉆井工藝研究院完成開發，實現了開窗側鉆和分支井眼的再進入；膨脹管定位多分支井技術，實現了各種工具均能根據井下膨脹坐掛定位裝置進行定位并作業；預開孔定向懸掛分支井完井系統成功地解決了分支井眼和主井眼的貫通以及回接問題；主套管窗口液壓密封技術實現了窗口連接處的液壓密封性能以及后期投產施工時分支井眼的選擇性再進入。我國多分支井技術轉化初期，我國完井的多數分支井回接系統難以實現主、分支井眼處的水力隔離和壓力完整性，導致完井風險高，耗時多，鉆探行業對窗口密封技術的研究的需求十分迫切。新型窗口密封劑開發及應用得到了我國石油行業專家的特別重視，2001年西南石油局應用的窗口密封劑，密封壓力達到了12MPa。緊接著遼河石油勘探局工程技術院開發了一種新型的抗高溫的窗口密封劑，該密封劑抗壓能力強，并且可以滿足熱采井窗口密封的要求。2010年長江大學完成了韌性有機密封膠的研究，與水泥石相比，具有更加良好的抗沖擊能力，使主、分支井眼連接處固結結構完美鏈接，猶如一體，能承受更大的負荷，更好得保證了分支導流井分支口回接系統的穩定性。2011年，長城鉆探工程有限公司開發出一種采用預制成型的基于記憶合金的分支井分叉工具，通過改工具對分支井窗口進行密封，進一步提高了窗口密封效果。

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