魚骨型水平分支井在渤海油田的應用研究*

劉鵬飛 王昆劍 李 進 劉漢杰 龔 寧

(中海石油(中國)有限公司天津分公司海洋石油高效開發國家重點實驗室 天津 300459)

魚骨型水平分支井因井眼形態像“魚骨型”而得名，屬于多底分支井的一個亞類，由一個水平段主井眼和其左右兩邊分散呈“魚骨型”對稱分布的多個分支井眼組成[1-4]。魚骨型水平分支井同時具有水平井和分支井的技術優勢，如擴大泄油面積、提高單井產能、實現少井高產和提高油田采收率等。同時與新鉆多口調整井相比，魚骨型水平分支井可高效利用主井眼井筒，大幅節省鉆完井投資成本[5-9]。目前，魚骨型水平分支井已在勝利油田、遼河油田、大港油田等陸地油田得到了應用和推廣；2002年，魚骨型水平分支井首次在渤海綏中36-1油田試驗成功，目前處于規模化推廣應用階段[1]。

渤海油田勘探開發至今，部分老油田逐漸進入開發中后期，因儲層污染、高含水、出砂等原因導致的低產、低效井或關停井數逐年攀升，有效治理低效井是渤海油田實現增產目標的關鍵[10-13]。目前，利用老井眼側鉆調整井是低產低效井治理和老油田剩余油挖潛的有效手段[14-20]，但側鉆調整井存在開發成本高、單井產能受限等缺點。本文以認識渤海油田X區塊開發現狀及地質油藏特征為基礎，系統分析了魚骨型水平分支井鉆完井技術的實施難點和關鍵技術，并以X4H1井為例分析了魚骨型水平分支井的應用效果。本文研究結果可為魚骨型水平分支井在渤海油田低產低效井治理和老油田挖潛中的推廣應用提供一定的借鑒。

1 魚骨型水平分支井鉆完井實施難點

渤海油田X區塊位于渤海西部沙壘田凸起東塊東南端，緊鄰渤中凹陷，整體上為發育在潛山基底之上的披覆背斜構造。X3H2和X4H1這2口魚骨型水平分支井鉆探的主力砂體位于東營組Ⅱ油組上段，地層為披覆于潛山頂面之上的背斜構造，發育局部高點，含油面積內不發育斷層。東營組Ⅱ油組為帶氣頂的層狀構造邊水油藏，儲層橫向分布穩定，縱向上發育不穩定物性夾層，無明顯韻律性，儲層平均厚度10 m，平均孔隙度和滲透率分別為21.5%和150 mD，屬于中孔隙度、中-低滲透率儲層，原始地層壓力系數1.01，地溫梯度2.95 ℃/100 m，屬于正常壓力、溫度系統。分析認為，東營組Ⅱ油組實施魚骨型水平分支井主要存在4個難點。

1) 首次使用ATK-eXact井下旋轉導向工具，雖然理論造斜率高達12°/30 m，但缺乏實鉆案例和應用經驗，實鉆過程中造斜率不足可能導致垂深不滿足油藏需求、分支井眼起始井段無法滿足后續側鉆需求、扭方位能力低導致分支井眼與主支井眼分離距離小等問題。因此，保證高造斜率是該技術實施的重點和難點。

2) 魚骨型水平分支井需采用裸眼懸空側鉆技術側鉆主井眼，在后續作業中，鉆具在通過懸空側鉆井段容易發生遇阻。同時，為了防止生產過程中出砂，設計在主井眼下入防砂篩管。保障篩管能順利進入主井眼而非各分支井眼面臨著挑戰。

3) 在魚骨型水平分支井作業工程中，主井眼與分支井眼之間的“褲衩狀”夾壁墻是側鉆成功與否的關鍵，側鉆開窗過程中夾壁墻存在失穩坍塌的風險。

4) 由于魚骨型水平分支井屬于復雜井軌跡，施工工藝特殊，對鉆井液的井眼清潔、潤滑防卡、攜巖洗井、降低摩阻和扭矩及儲層保護性能提出了較高的要求。

2 魚骨型水平分支井鉆完井技術

2.1 鉆進方式的選擇

魚骨型水平分支井鉆進方式分為前進式、后退式2種[1-2]。前進式鉆進(圖1)的主要步驟包括：①鉆進至著陸點a，然后下套管進行固井作業；②下一開次鉆進至第一個側鉆點c，側鉆完成分支井眼c—d；③完鉆后，循環、倒劃眼短起至套管鞋位置，下鉆至井底，分支井眼替換為新的鉆井液以保護儲層；④隨后鉆進至c—e井段至第2個側鉆點e；⑤側鉆完成分支井眼e—f；⑥完鉆后，循環、倒劃眼短起至套管鞋位置，下鉆至井底，分支井眼替換為新的鉆井液以保護儲層；⑦采用與分支井眼c—d和e—f作業相類似的方式，依次完成分支井眼g—h、j—k的鉆進作業，最后再鉆進至點b，完成整個魚骨型水平分支井的鉆進作業。后退式鉆進方式與前進式鉆進方式作業順序相反，首先鉆進至主井眼點b，然后依次實施分支井眼j—k、g—h、e—f，最后鉆分支井眼c—d。

圖1 魚骨型水平分支井示意圖Fig.1 Schematic diagram of fishbone horizontal branch well

分析認為，前進式鉆進方式適用于主井眼需要防砂的情況，有利于防砂篩管的順利下入；后退式鉆進方式適用于不防砂井，主井眼和各分支井眼均以裸眼生產。渤海油田X區塊按照防砂設計要求，分支井眼采用裸眼完井，主井眼a—b需要下入防砂篩管完井，因此選用前進式鉆進方式。

2.2 裸眼懸空側鉆技術

裸眼懸空側鉆主井眼需按照劃槽作業、造臺階作業和控時側鉆步驟進行。劃槽作業的目的是為了在側鉆主井眼前造臺階，為側鉆主井眼作業做準備。劃槽作業過程中，需要觀察扭矩、工具肋板轉速和近鉆頭井斜的變化：如果扭矩值波動幅度變小、肋板轉速變快，說明井眼已擴大，需收肋板繼續劃槽；如果井斜已降低0.5°～1°，則停止劃槽。控時側鉆過程中，觀察近鉆頭的井斜變化，實時調整側鉆速度和井段長度，如果近鉆頭井斜比分支井眼相同深度的井斜低約3°則認為側鉆完成，同時根據實鉆造斜率情況靈活調整指令和鉆井參數，每鉆進一柱，采用倒劃眼方式修整井壁，以保證井眼光滑。

在分支井眼鉆進前，首先進行造“駝峰”作業，作業過程中要根據實鉆造斜率調整指令和鉆井參數以保障增斜率。“駝峰”效果直接影響主井眼和分支井眼夾壁墻的穩定性，“駝峰”越大則分支井眼越容易與主井眼分離，分離越快則夾壁墻越厚越短，夾壁墻坍塌風險越小。

鉆進過程中往往需要通過多次起下鉆來達到清潔井眼、保障后續篩管順利下入的目的。鉆具在通過懸空側鉆井段時容易發生遇阻，可以通過減少起下鉆次數的方式減小鉆具阻卡風險，一旦發生遇阻，則應參照原鉆進時的深度，使用原鉆進指令，嘗試用中低參數劃眼下鉆，下放速度高于原鉆進速度，預防新井眼的出現。

2.3 井眼軌跡控制技術

為了保障高造斜率并打造“駝峰”，首先在設計階段應預留足段長的主分支井眼分離點，選用可監測近鉆頭測斜工具，實鉆過程中通過加密測斜等方法掌握工具狀態，從而實現鉆進過程中的井眼軌跡控制。作業過程中選用AutoTrakTM旋轉導向鉆井系統，可以通過3個獨立的肋板保持連續的比例轉向矢量與地層接觸面積增加，提供恒定的推靠力，同時通過增大接觸面積消除點托壓現象；系統的雙缸持續推出肋板，推出響應平穩及時，效果更好，可獲得更好的造斜率；劃眼工作模式下的近鉆頭井斜更加準確。

實鉆過程中的造斜率同時受地層巖性、地層傾角方向和井眼清潔等因素的影響。為了保障高造斜率，工程上通常采用優選鉆頭的方式提高鉆頭定向能力，這種鉆頭(圖2)具有專利切削齒、后傾角設計，可降低鉆頭扭矩，提高鉆頭攻擊性，同時采用主動規徑設計，增強了鉆頭的側向切削攻擊力和保徑效果。

圖2 魚骨型水平分支井的鉆頭結構Fig.2 Structure of bit for fishbone horizontal branch well

2.4 鉆井液工藝技術

為了滿足魚骨型水平分支井特殊施工工藝對鉆井液性能的要求，采用具有渤海油田特色的EZFLOW無固相儲層鉆井液體系。該鉆井液體系是一種可逆弱凝膠體系，儲層保護性能良好；特殊結構形成的單向、強封堵、反向易膨脹濾餅具有薄而韌的特點，可在確保井壁穩定性的同時，有效阻止流體進入地層，避免長時間浸泡下的井壁失穩；通過原子鍵相互纏繞，形成空間網架結構，具有結構可逆、靜切力恢復迅速、動塑比高、靜態懸砂和動態攜砂能力強的特點。EZFLOW鉆井液良好的流變性可以有效克服水平井或大斜度井段攜砂難、易形成沉砂床的問題，防止低泵速或靜止條件下巖屑床的形成。

現場應用時，通過鉆井液性能維護而適當地提高增黏提切劑配比，使得鉆井動切力始終保持在14 Pa以上；低剪切速率不低于20 000 mPa·s，以減少井眼巖屑床的形成；鉆進過程中持續補充因固控消耗的超細碳酸鈣，以確保鉆井液良好的封堵能力，從而達到穩定井壁、確保篩管順利到位的目的。

2.5 主井眼防砂完井技術

按照X3H2井和X4H1井設計，主井眼需下入機械防砂篩管實現防砂完井。因此，保障篩管順利進入主井眼成為作業成功的關鍵，可以采取井眼軌跡優化設計和防砂管柱下入模擬的主要技術措施。

1) 主、分支井眼軌跡優化設計。

以X4H1井為例。X4H1井設計2個分支井眼，分別為X4H1Ma和X4H1Mb，分支側鉆點位置的實鉆井眼軌跡見表1，分支井眼側鉆點位于2 583 m和2 717 m處，主井眼垂深較分支井眼更深、方位角變化小、狗腿度更小，篩管在重力作用下會貼著垂深更深的主井眼下入，同時分支井眼的方位角和狗腿度也能有效避免篩管進入分支井眼。因此，井身軌跡設計時應將主井眼軌跡設計在各分支井眼的下方，通過主井眼與分支井眼的垂深、方位角和狗腿度等軌跡參數設計，防止篩管進入分支井眼。此外，為了保障實鉆過程中篩管的順利下入，分支段造斜工具面應控制在井眼高邊左右30°～45°內。

表1 X4H1井側鉆點井眼軌跡數據Table 1 Sidetrack data of well X4H1

2) 防砂管柱下入懸重模擬。

在方案設計階段，采用不同的摩阻系數模擬X4H1井主井眼防砂管柱下入懸重(圖3)。實鉆階段，根據現場起下鉆情況反演摩阻系數，得到套管內摩阻系數α=0.30和裸眼段摩阻系數β=0.35。結合防砂管柱下入懸重模擬結果和摩阻系數反演結果可知，防砂管柱下入至井底2 791 m深度剩余懸重為867.1 kN，大于大鉤及游車自重400 kN，防砂管柱可順利下入到位。

圖3 X4H1井防砂管柱下入懸重模擬Fig.3 Simulation of sand control string running in well X4H1

3 現場應用

X4H1井身設計軌跡與實鉆參數見表2，三開主井眼和2個分支井眼均采用215.9 mm裸眼完鉆，實鉆主井眼進尺273 m，實鉆分支井眼X4H1Ma和X4H1Mb進尺分別為171 m和51 m，主井眼下入168.275 mm機械防砂篩管完井，2個分支井眼采用裸眼完井。

表2 X4H1井身設計軌跡與實鉆參數對比 Table 2 Comparison between trajectory design parameters and actual drilling parameters of X4H1 m

X4H1井的產能分析采用魚骨型分支井產能預測模型[21-22]。預測結果表明，在相同壓差條件下，魚骨型分支井與單個井筒的水平井相比，產能指數由13.92 m3/(d·MPa)提高至16.72 m3/(d·MPa)，增產效果顯著。從實際投產情況來看，X4H1井的投產產量均超過配產，截至2021年5月已累計增油15 208.22 m3，增油效果顯著，同時有效節省了平臺槽口。

由此可見，魚骨型分支井可以有效增大儲層滲流面積；與壓裂裂縫相比，由于分支井眼尺寸遠大于裂縫尺寸，因此導流能力更高、流動阻力更小、增產效果更明顯；分支井能夠按照井眼軌跡設計而鉆遇多個“甜點”，這也是魚骨型分支井能夠大幅提高產量的關鍵。

4 結束語

本文結合渤海油田X區塊開發現狀、地質油藏要求及特點，深入分析了魚骨型水平分支井鉆完井實施技術難點，研究形成了分支井鉆進方式、裸眼懸空側鉆技術、井眼軌跡控制技術、鉆井液工藝技術、主井眼防砂完井技術等多項關鍵技術，有效保障了現場作業的順利實施。現場應用表明，魚骨型水平分支井可有效提高單井產能、實現少井、高產的目的，同時可高效利用主井眼井筒，節省平臺槽口，大幅節省鉆完井投資，在渤海油田低產低效井治理和老油田剩余油挖潛中具有廣闊的應用前景。