水平分支井技術在東海的實踐分析

雷 磊，李 乾，張海山，黃 召

（1. 中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200120；2. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120）

東海中低滲、特低滲油氣藏資源占總資源量的90%以上。低滲、特低滲油氣田有效開發是東海目前主要攻關方向，應用水平分支井可有效提高常規低滲油氣田單井產能，未來將規模應用水平分支井開發低滲油氣田。因此，通過東海已實施水平分支井，深入總結研究水平分支井鉆井技術既可以提高作業時效，又為東海油氣田的大力開發提供可靠的技術保障。本文以XX氣田水平分支井應用為列，介紹了水平分支井鉆井技術在東海氣田的實際應用。

1 水平分支鉆井基礎理論

1.1 水平分支井概述

分支井鉆井能增加井眼在油藏中的長度、擴大泄油面積、提高采收率，其實際上是在定向井、水平井發展基礎上的一種鉆井技術。其包含了定向井、水平井和裸眼側鉆等多種鉆井技術，是當前世界上發展較快的鉆井技術之一，是世界石油開采工業的熱門技術[1]。分支井的鉆井方法有套管開窗鍛銑側鉆、預設窗口、裸眼側鉆、徑向分支井方法、膨脹管定位側鉆和智能分支井。

水平分支井一般使用裸眼側鉆方式（懸空側鉆技術）實現水平分支側鉆主支的目的[2-6]。其軌跡設計中是先設計主支，再設計分支井；在實際作業中，考慮井眼安全，則是先進行分支井鉆進至預定深度后，再撤回懸空側鉆點進行主井眼的側鉆作業。

1.2 水平分支井的設計

水平分支井是水平井和側鉆技術的綜合發展，因此水平分支井的軌跡設計是水平井及側鉆井設計原則的集成，主要考慮因素有以下幾方面：

（1）軌跡方面先設計主井眼，然后從主井眼側鉆分支井眼；

（2）結合鉆完井實際要求，考慮井眼軌跡和地層可鉆性等，選擇合適的造斜點和造斜率；地層自然增斜趨勢較強的地層，使用旋轉導向鉆具時建議分支井段設計狗腿不大于3°/30 m；

（3）要求井眼軌跡相對簡單，鉆進中扭矩、壓耗及井眼清潔等滿足要求。

1.3 水平分支井的鉆井工藝

懸空側鉆法鉆水平分支井在東海油田應用較多。水平分支井鉆井技術關鍵技術是懸空側鉆技術及軌跡控制技術。

懸空側鉆技術：重力工具面擺在井眼低邊或者左右20°范圍內，運用工具重力作用，讓鉆頭在井眼的低邊鉆出一個新井眼。當新井眼形成后，調整方位使井眼軌跡與原井眼快速分開，待有一定的安全距離后，然后再按照設計軌跡，采用正常參數鉆進。待兩個井眼徹底分開后，側鉆作業結束[7]。

軌跡控制技術：使用旋轉導向工具或者馬達和LWD工具等實現定向鉆進。使用旋轉導向和隨鉆測井工具，結合東海已鉆井軌跡控制經驗，水平分支井軌跡控制技術已經非常成熟。

1.3.1 水平分支井懸空側鉆的工具的選擇

馬達及指向式旋轉導向造斜原理均是彎角的存在導致鉆頭不對稱切削地層從而產生井斜（圖1）；推靠式旋轉導向是工具自身給井壁一個作用力，工具在反作用力（側向力）的作用下產生井斜（圖2）。水平分支井側鉆作業優選指向式旋轉導向[8]。

圖1 指向式旋轉導向造斜原理Fig. 1 Principle of directional rotary steerable deflection

圖2 推靠式旋轉導向造斜原理Fig. 2 Principle of pushing type rotary steerable deflection

1.3.2 水平分支井懸空側鉆鉆頭的選擇

側鉆與鉆頭的側向切削能力密切相關。水平分支井懸空側鉆時選擇具有側向切削齒，側向切削能力較強的鉆頭[9]。

1.3.3 水平分支井懸空側鉆點的選擇

（1）側鉆點要考慮易于完井管柱下入；

（2）側鉆點最好選擇在地層穩定可鉆性較好的中軟砂巖地層；

（3）側鉆點最優選擇在增斜井段，一般不推薦在降斜段懸空側鉆，并且老井眼方位與新井眼方位相反的井段。

1.3.4 水平分支井懸空側鉆工藝

（1）軌跡預留

在分支井鉆進至側鉆點附近，使用高邊工具面和100%的力度全力造斜（可帶方位），人為制造一個大的局部狗腿以利于側鉆主支。一般局部狗腿在5°/30 m以上，段長20 m左右。鉆完分支井段，上提鉆具至側鉆點后轉入側鉆主支作業。

（2）劃槽

提前考慮好鉆具配長以保證側鉆的連續性。劃槽以快提慢放，每次下放點不超過側鉆點為原則，劃槽時間1～2 h。

（3）造臺階

定點造臺階，循環時間1 h。

（4）控時鉆進

控時鉆進。控時標準根據分支井眼正常鉆進的機械鉆速，地層壓實程度等方面綜合考慮。

軌跡預留，劃槽，造臺階，控時鉆進[10-11]是提高水平分支井作業時效和成功率的關鍵。

1.3.5 水平分支井新井眼和老井眼隔墻的計算

水平分支井懸空側鉆作業主要靠工具重力實現新老井眼的分離，井斜的變化是影響新老井眼分離的主要原因。計算新老井眼隔墻時，可以忽略方位的影響僅從井斜上近似計算分離程度。

如圖3，偏移距和隔墻厚度的計算公式如下：

圖3 偏移距的計算Fig. 3 Calculation of offset

式中：D為偏移距，m；α為老井眼與新井眼井斜的差值，°；L為新井眼鉆進的長度，m；d為鉆頭直徑，m；H為新老井眼隔墻厚度，m。

當D=sinα×L=d時，鉆頭完全進入新井眼，此時隔墻厚度為0 m；適當加快控時鉆進的速度，隔墻不足半個鉆頭直徑時嚴禁加壓，以防加壓時臺階面破裂。當隔墻厚度達到半個鉆頭直徑以上時可提高正常參數鉆進。新井眼形成后，為防止重新進入老井眼，要隨時監測軌跡。

2 油田概況

2.1 儲層特征

XX氣田主力目的層孔隙度分布在2.1%～13%，平均8.5%；滲透率分布在（0.016 7～1.96）×10-3μm2，平均0.25×10-3μm2，屬于典型的低孔低滲氣田。

2.2 已鉆完井情況

XX氣田實已鉆完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。主要數據見表1。

表1 XX氣田已鉆完井主要數據Table 1 main data of drilled and completed wells in XX gas field

3 水平分支井在東海XX氣田的應用

XX氣田水平分支井側鉆情況統計見表2。XX氣田已鉆3口水平分支井，共計5個分支井的側鉆施工作業。5個分支側鉆作業當中，均使用水平分支井懸空側鉆技術，共計實施6次懸空側鉆作業，其中5井次側鉆均一次成功，1井次側鉆失敗。

表2 XX氣田水平分支井側鉆情況統計Table 2 Statistics of sidetracking of horizontal multilateral wells in XX gas field

以X6Mb分支井側鉆主支作業中涉及2次側鉆（第一次失敗，第二次成功）為例并結合其余4口井水平分支井側鉆作業經驗，分析了水平分支井側鉆技術在東海油氣田的應用。

3.1 XX氣田X6Mb分支側鉆X6M主支概況

X6M井12-1/4″井段鉆進至3 954.00 m，9-5/8″套管下深3 949.50 m，8-3/8″井段鉆進一個主支X6M，兩個分支X6Ma及X6Mb。X6M井水平分支井基本數據見表3。

表3 X6M水平分支井基本數據Table 3 basic data of X6M horizontal multilateral well

施工程序：首先鉆進主支X6M至4 011 m，繼續鉆進分支X6Ma至完鉆井深4 588 m。然后起鉆至4 010 m進行懸空側鉆主支X6M，側鉆成功后繼續鉆進分支X6Mb至完鉆深度5 033.35 m。起鉆至4 248 m（砂巖段），側鉆主支X6M，失敗后側鉆點下移至4 300 m（泥巖段），側鉆成功后，鉆主支X6M至4 846 m完鉆。

3.2 XX氣田X6Mb分支側鉆X6M主支現場作業

側鉆鉆具組合：8-3/8″PDC bit+6-3/4″Xceed（指向式旋轉導向）+6-3/4″EcoScope+6-3/4″Tele-Scope+6-3/4″NMDC+6-3/4″FilterSub+6-3/4″Jar+X/O+5-1/2"HWDP

3.2.1 X6Mb第一次側鉆X6M主支作業概況

鉆具配長，保證可以連續側鉆2個單根。X6Mb分支井段完鉆后起鉆至4 248 m準確校深。

（1）軌跡預留情況：X6M井4 248～4 258 m井斜88.49°～89.62°，局部狗腿度3.5°（沒有人為提前制造一個較高的局部狗腿），側鉆點附近巖性為砂巖。

（2）劃槽：排量1 950 L/min，頂驅轉速100 RPM，旋轉導向XCEED設置為（L168，100%），4 002～4 010 m向下劃槽速度20 m/h（快速上提），劃槽3 h。

（3）造臺階：排量1 950 L/min，頂驅轉速100 RPM，4 248 m處定點循環1 h。

（4）控時鉆進（表4）：

表4 X6Mb分支側鉆X6M主支第一次側鉆進程（側鉆點4 248 m）Table 4 First sidetracking process of X6Mb branch sidetracking X6M main branch

4 240～4 248 m劃槽3.5 h后，測點4 248 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。控時鉆進期間井斜差值先漸大后漸小，最后基本與老井眼一致。確認側鉆失敗后，下移側鉆點繼續側鉆X6M主支。

3.2.2 X6Mb第二次側鉆X6M主支作業概況

4 248 m側鉆失敗后，下移側鉆點至X6Mb分支井段的軌跡預留段，再次側鉆。鉆具配長，保證可以連續側鉆2個單根，4 300 m準確校深。

（1）軌跡預留情況：X6Mb井4 294～4 312 m主動造高狗腿，旋轉導向XCEED指令設置為（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2 100 L/Min，頂驅轉速100 RPM，旋轉導向指令設置為（L168，100%），4 292～4 300 m劃槽，下放速度20 m/h（快速上提），每次下放不超過側鉆點，劃槽4 h。

（3）造臺階：排量2 100 L/min，頂驅轉速100 RPM，4 300 m處定點循環2 h。

（4）控時鉆進（表5）：

表5 X6Mb分支側鉆X6M主支第二次側鉆進程（側鉆點4 300 m）Table 5 Second sidetracking process of X6Mb branch sidetracking X6M main branch

4 292～4 300 m劃槽3 h后，測點4 299.81 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。

控時鉆進至測點4 302.86 m，井斜降至88.9°，比老井眼小1.58°。控時鉆進鉆壓明顯增大，說明鉆頭已經開始吃入地層。控時鉆進至測點4 315.05 m，井斜降至86.7°，比老井眼小4.88°，該處預算4 320.23 m，井斜85.9°左右，與老井眼分離間距0.7 m，確認側鉆成功。

3.3 XX氣田水平分支井應用實踐分析

3.3.1 X6Mb第一次側鉆X6M主支作業失敗原因分析

（1）側鉆失敗主要原因為側鉆點附近局部狗腿較小，不在軌跡預留段。

（2）局部狗腿較小導致劃槽造臺階效果不好，劃槽結束后井斜比老井眼僅小0.24°。

（3）局部狗腿較小，劃槽及控時鉆進期間“上翹大狗腿井段”不能起到良好的支點作用。

3.3.2 X6Mb第二次側鉆X6M主支作業經驗總結

（1）側鉆成功主要原因為側鉆點在軌跡預留段的局部狗腿較大處。

（2）局部狗腿較大劃槽造臺階效果較好，劃槽結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，劃槽及控時鉆進期間“上翹大狗腿井段”能起到良好的支點作用，利于低邊盡快形成臺階并快速側鉆出新井眼。

（4）軌跡預留在泥巖段，適當增加懸空側鉆技術措施用時利于側鉆的實施。

3.3.3 XX氣田水平分支應用總結

（1）水平分支井側鉆作業中，軌跡預留（側鉆點前后10 m范圍內在分支井鉆進期間提前人為制造一個較大的狗腿）是關鍵。

（2）控時鉆進標準是技術保障。

側鉆井段長度、側鉆時間（控時鉆進速度）及井斜降低幅度這三點是相互制約的。控時鉆進作業需根據地層壓實程度、近鉆頭井斜變化以及鉆壓和扭矩的變化情況而定。在泥巖段進行懸空側鉆時，建議劃槽及定點造臺階的作業時間稍長一些，形成一段降斜槽，提高側鉆成功率。

（3）劃槽作業前確認側鉆指令是否發送成功，側鉆期間關注工具面及力度是否與設定一致，工具狀態是否正常。

（4）判斷側鉆成功后，采用小參數（側鉆參數）穩定鉆進一柱，避免鉆頭震動過大破壞隔墻，導致側鉆失敗；側鉆成功后及時調整指令，避免局部狗腿過大影響完井作業。

4 結論

（1）為避免設計側鉆點處可能鉆遇泥巖，軌跡預留段可以提前設計側鉆點20 m左右。

（2）泥巖段低邊側鉆，隔墻穩定性低于砂巖段，應盡量避免在泥巖段側鉆，但如果軌跡預留段在泥巖段，建議仍選擇在泥巖段側鉆；泥巖段低邊側鉆可以采取側鉆成功后短起下時修窗口技術措施以保證起下鉆當中鉆具的再進入能力及完井管柱下入的安全性。

（3）控時鉆進時需要保持側鉆的連續性。調整方余大于兩個單根。控時鉆進時遇到突發情況，必須上提鉆具時的應急措施：慢提慢放，上提至側鉆點5 m以上。下放時控制下放速度，距離側鉆最低點1 m處，繼續放慢下鉆速度，防止臺階被破壞。

（4）根據近鉆頭井斜數據，地層壓實程度、鉆井參數變化等靈活變化控時鉆進的進程。

（5）通過對東海XX區塊地層的水平分支井作業情況可以看出，水平分支井使用旋轉導向側鉆大概需要25～30 h（垂深3 500～3 600 m），軌跡預留局部狗腿至少5°/30 m以上，側鉆長度12～18 m，井斜需要降低2°左右，才能較穩妥地側鉆出去。