海上稠油油藏充填防砂分支井鉆完井設計與應用

王贊，張永濤，賀占國，王攀，陳立強，吳占民，馮偉

1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司（天津 300452）

2.中海石油（中國）有限公司深圳分公司（廣東 深圳 518067）

0 引言

Y-1油田是南海東部開發的第一個普通稠油油田，該油田儲層具有有效厚度薄、物性差、非均質性強、黏土含量高等特點。該油田于2016 年投產，生產過程中存在產能低、遞減快的問題，導致油田開發效益變差，亟需采取措施提高油井產能。

為分析油井產能下降原因，起出原井篩管后發現，篩網被細粉砂堵塞，造成生產壓差增加。通過分析鉆后巖心和測井資料，結合防砂設計標準，需采用礫石充填防砂方式解決篩管堵塞問題。

通過調研，水平分支井可以增加油藏泄油面積，提高單井產能[1-5]。為了解決稠油油田油井產能低和產能下降快的難題，創新提出“分支井+主井眼礫石充填”完井方案。水平分支井作業存在定向井軌跡控制、主井眼重入和井眼連接處充填等難題[6-10]，為解決上述難題，優化設計了定向井軌跡、鉆井液、防砂管柱及施工參數等，保障了分支井主井眼礫石充填作業的順利實施。

1 油田概況及鉆完井技術難點

1.1 油田概況

Y-1 油田儲層埋深1 102.7～1 407.1 m，三角洲沉積類型，以水下分流河道砂體-河口壩沉積為主。目標儲層巖性主要為長石、石英砂巖，顆粒以石英為主；儲集空間類型為孔隙型，以粒間孔為主，孔隙度22.88%，滲透率308×10-3μm2，屬于中、高孔滲儲層，平均黏土含量高達22%，平均儲層厚度3.1 m。

目標儲層屬于常溫常壓油層，地層壓力12.15～13.96 MPa，油層溫度68.1～75.9 ℃；地面原油密度0.941～0.959 g/cm3，地下原油黏度109.89～158.05 mPa·s，屬于重質普通稠油。

為增加油井產能，水平段設計1 個主井眼和3個分支井眼，主井眼長度526 m，每個分支長度210 m，見表1。

表1 分支井設計數據

1.2 鉆完井技術難點

1）儲層厚度薄，平均厚度3.1 m，分支井實施過程中，軌跡控制難度大，側鉆分支井眼時有鉆穿儲層風險或者軌跡復雜而影響完井管柱下入到位。

2）下防砂管柱時存在誤入其他分支井眼的風險。

3）主井眼與分支井眼連接處因劃槽側鉆，會出現嚴重擴徑，采用常規防砂管柱充填，α波充填至擴徑處時，砂丘比控制難度大，易產生砂橋，導致充填失敗，擴徑示意如圖1所示。

圖1 井眼連接處井徑擴大示意圖

4）由于裸眼段長，儲層易漏失，充填時液效低會引發陶粒沉降過快形成砂橋，導致充填失敗。

5）根據充填壓力模擬計算，β波充填時，在最低允許充填排量下，充填至2 267 m 時，井底壓力將大于地層破裂壓力，存在壓漏地層風險。

2 鉆完井設計關鍵點

2.1 鉆井設計

由于儲層厚度薄，且主井眼設計下入防砂管柱進行礫石充填作業，對井眼軌跡、實施順序、鉆具組合及側鉆點間距進行了針對性優化設計。

1）主井眼軌跡盡量設計平滑，設計全角變化率不大于2°/30 m，水平段方位與著陸方位基本一致，且控制垂深變化避免出現大幅波浪形軌跡。同時為提高軌跡平滑性，優化設計分支井眼側鉆點，保證側鉆點上下至少有50 m側鉆空間。

2）根據作業經驗，最后實施的井眼重入風險最低，有利于防砂管柱的下入，所以制定分支井眼實施順序為：分支井眼1→分支井眼2→分支井眼3→主井眼。

3）為了提高水平段軌跡控制能力，優選了Power Drive Archer 型旋轉導向工具，該工具擁有指向式和推靠式復合造斜模式，最大造斜能力15°/30 m，并擁有近鉆頭伽馬和井斜測量能力[11]。在儲層中鉆進時，根據近鉆頭電阻率、伽馬值的變化，可及時判斷油層的厚度和傾角，進而合理調整井眼軌跡[12-14]。

2.2 完井設計

充填時為防止井眼連接處產生砂橋導致提前脫砂，對防砂管柱、充填方式進行了針對性優化設計。

1）增加下入打孔管管串，然后在打孔管內下入防砂篩管的管柱。使用專用丟手工具下入打孔管，可旋轉、循環和上下活動等，處理遇阻復雜情況能力強，更有利于管柱下入主井眼到位。本井使用Φ177.8 mm 打孔管，為提高礫石充填的充填效率，在保證打孔后強度降低不大于20 %的前提下，優化設計了打孔管參數，孔密115 孔/m，孔徑10 mm。

2）為保證篩管居中，提高充填效果，在篩管上設計有螺旋翼大流道扶正器。

3）為避免壓破地層，同時不降低β波充填排量而增加提前脫砂風險，服務管柱設計引入了貝克休斯公司的BBV（BetaBreaker Valve），當壓力ΔP（即P1-P2）＞0.34 MPa 時，BBV 就被激活，通過縮短液體循環回路降低井底壓力。BBV 工作原理如圖2 所示。

2.3 鉆井液體系設計

為降低儲層漏失，引入了暫堵性能強、可液化的無黏土相鉆井液體系(UltraFLO 體系)。該體系形成的泥餅厚度小于0.4 mm，防滲透能力優良，其自清潔能力強，返排啟動壓力小于41 kPa。

鉆井液基本配方如下：海水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+0.5%DualSeal 儲層保護劑+0.5%VIS-B 流型調節劑+2.5%STARFLO 降濾失劑+5%JQWY 超細碳酸鈣+3%KCl+2%JLX-B聚合醇[15]。

3 現場應用

3.1 主要施工步驟

1）二開鉆Φ311.15 mm 井眼，下Φ244.5 mm 套管。

2）三開鉆Φ215.9 mm 井眼，鉆分支井眼1，在側鉆點處增斜扭方位“造包”。

3）起鉆至側鉆點以上10 m 左右，劃槽、造臺階、控時鉆進，側鉆分支井眼2，后續依次鉆完分支井眼3 和主井眼至完鉆井深，短起下鉆，驗證b 主井眼重入性良好。

4）刮管洗井。

5）丟手工具下入Φ177.8 mm打孔管柱，脫手、起鉆。

6）下入Φ101.6 mm 優質篩管防砂管柱，坐封防砂封隔器，礫石充填作業，注入隱形酸完井液解除鉆井液暫堵。

7）下電泵生產管柱，投產。生產管柱示意圖如圖3 所示。充填過程中，泵壓平穩，儲層基本無漏失；BBV 在β波充填至預定階段激活，充填壓力由7.45 MPa 降至3.38 MPa，成功避免壓漏地層。最終注入地層總砂量為26.14 t，按Φ234.95 mm 等效井徑（除去打孔管管體體積）計算，充填效率99%，計算盲管埋高6.5 m，滿足設計要求。

圖3 分支井充填防砂完井管柱示意圖

3.2 應用效果

該井投產2 個月以來，生產狀況正常，地面檢測無砂，產液量66 m3/d，產油量55 m3/d，較同層位常規水平井增油110%，增產效果顯著。

4 結論與建議

1）分支井可以有效增加油藏暴露面積，既使未對分支井眼進行處理，仍能明顯提升普通稠油油藏的油井產能，后續需對該井生產情況進行持續跟蹤，觀察產能變化情況。

2）通過優化軌跡設計、分支井眼鉆井順序、防砂管柱設計及調整施工參數等，可以保證分支井主井眼內防砂管柱順利下入并進行充填防砂，一定程度上減緩了細粉砂堵塞導致產能持續下降的問題，為類似井設計和實施提供了可借鑒經驗。

3）為提高分支井充填防砂完井效果，后續可繼續對分支井主井眼充填防砂完井關鍵設計參數進行優化，如打孔管規格和打孔參數等；同時可對分支井眼下入防砂管柱方式進行研究，對比產能效果。