多分支井钻井技术.ppt

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1、2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,1,多分支井钻井技术,赵忠举,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,2,世界钻多分支井情况,据美国HIS能源集团统计，到1999年5月（除沙特阿拉伯和共产主义国家）共打多分支井5779口，其中美国打多分支井3884口，加拿大打多分支井1891口，世界其他地区共打多分支井4口。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,3,多分支井是指在1口主井眼的底部钻出2口或多口进入油气藏的分支井眼（二级井眼），甚至再从二级井眼中钻出三级子井眼。主井眼可以是直井、定向井，也可以是水平井。分支井眼可以是定向井、水平井或波浪式分支井眼。多分支井可以

2、在1个主井筒内开采多个油气层，实现1井多靶和立体开采。多分支井既可从老井也可从新井再钻几个分支井筒或再钻水平井。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,4,多分支井又分为多分支水平井(multilateral)和多分支井(multibranch)。多分支水平井的定义是从一个井场钻一口以上的水平和近似水平的井眼，并将其回接在一个主井眼中。而多分支井是指从一个井场钻一口以上的分支井眼，并回接到主井眼上，分支井可以是直井眼、水平井眼、定向井或三种井眼任意一种的结合。多分支水平井也可以称为多分支井，但多分支井决不能叫多分支水平井。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,5,前苏联的

3、多分支井技术 20世纪50年代初。前苏联工程师格里高扬提出了“生产层中的井眼分叉能够扩大油层的裸露面积，如同一颗树的根露于土壤一样”的理论。著名科学家查偌维奇在格里高扬理论的基础上提出了“在均匀渗透率的产层中的分支井可以提高石油产量，并与分支井的数量成正比”。1952年，在巴什基里亚.卡尔塔什夫油田成功地进行了第一批试验，在66/45井，一些分支井的井底距离达300米，几乎是直接穿透产油层的80%。前苏联的水平井技术主要表现在钻水平分支井方面。到1975年前苏联共钻进了30多口分支井。他们的典型做法是将垂直井打到产层之上，而后使用涡轮钻具或电动钻具，钻5个或6个倾斜成水平的分支井眼，使之在油层

4、中延伸60300米。每口分支井的钻井成本为一口直井钻井成本的1.31.8倍，但其产量增加最高达17倍。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,6,为加速建设这样的系统，前苏联制订并批准了利用水平井和分支井开发油田的新设计。19901995年在11个试验区和油田推广新的工艺系统，认为最有效地利用水平井和分支井的条件是：厚度小的产油层；低渗透和非均质油层；垂向裂缝发育的油层；有底水的油气藏；大陆架区域的油藏；高粘性油藏和天然沥青矿藏。到1990年，前苏联共钻111口分支井（其中开发井57口、探井36口、救险井8口、注入井10口），在这些井中，共有329个倾斜成水平的分支，它们在油层中总长

5、度为175260m。分支井主要分布在巴什基尔、克拉斯诺达尔、乌克兰、古比雪夫、斯达夫洛波兰斯克和乌兹别克斯坦。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,7,1992年，科米石油生产联合体与柏朝拉石油设计院、北方天然气公司、全苏油气工业经济管理研究所等单位共同合作，确定了钻多分支井开发油田的方案。在亚列格油田拉也尔区块，有两个生产层。按上方案，每层布置3口分支井，每口这样的井可代替13口直井。在亚列格1号分支井的钻井过程中，试验了导向钻井工艺和13种钻具组合，其中包括带螺杆造斜器的钻具组合、马达传动轴之间带有弯角的钻具组合、绞接的转盘钻具组合、带柔性件的钻具组合等，平均造斜率达7度/10

6、m，局部井眼造斜率达18.2度/1Om，曲率半径为33m。一口这样的井可代替13口直井。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,8,美国的多分支井技术,美国和其它国家的多分支井钻井是在20世纪90年代以后开始进行的，但发展速度很快。截止到1998年已钻进1000多口多分支井，仅在奥斯汀白垩系地层就钻进了300多口裸眼多分支井。这种裸眼多分支井在美国、加拿大和中东等地区越打越多，并将其视为最有商业价值的工艺技术。达拉斯地区多分支井钻完井技术发展非常迅速，被认为是世界上使用该工艺最为广泛的地区之一。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,9,美国马拉松石油公司和贝克.休斯公司联

7、合开发了一种用于分支井的注水泥尾管完井的井下系统。该系统利用一个定向短节将钻井工具引人适当井眼。第一个分支井筒钻成后测井，下尾管固井。然后将定向短节旋转180o朝相反方向钻第二个分支井筒，完钻测井后下尾管固井。两个分支井筒作为独立的井眼，用一个带分流心轴悬挂器的专用井口装置分别通过一个生产管柱。1993年在美国怀俄明州的Garland油田两口井上成功地试用了该系统。这种双分流系统能使海上钻井费用减少10%-20%，而且还不包括因减小钻井平台而节省的费用。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,10,Bechtel公司采用超短半径分支水平井技术取得了显著的经济效益，该技术采用高压水力射

8、流破岩形成水平井眼。到1987年已在加利福尼亚和洛杉矶油田钻成径向分支井600余口，井眼直径101.6mm，水平段长3060m，能在一口直井的同一深度向四周钻出24个辐射状分支井，在未胶结的浅地层钻4个分支井筒一般不超过60h。超短半径分支水平井钻井设备和工具包括：地面设备主要有一台输出功率为1176KW、额定压力为844MPa的压裂泵，一台常规修井机，一台盘管车和地面测量仪器；井下工具主要有水力破岩钻头、ERW钻管、扩眼器、斜向器及高压导引和控制机构等，并配有专门的测斜仪和射孔器等。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,11,加拿大的多分支井技术,加拿大Tool Master公司

9、、Shell加拿大公司和Frac Master公司的一个分公司合作开发出一种预开窗分支井系统，并于1993年底研制出全尺寸样机。1994年3月Shell加拿大公司在Midale油田首次使用该系统钻成一口对称双分支井（10w2 井），采用裸眼完井。该系统由永久安装在井眼内的坐放、窗口段（带衬管）、定方位注水泥段和可回收式斜向器及起下工具组成。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,12,法国的多分支井技术,在法国的Eschau油田，由Elf aquitain油气公司于1984年开始在井深792米完井的一口多分支井（三个井眼，其中一口垂直井，两口近水平井）每天产油24方。这口井的产量是油

10、田中普通井产量的5倍。法国Elf公司开发出一种井下分支装置，主要部件是一个三孔分眼器（根据需要可以是双孔或多孔），每个孔眼直径是63.5毫米。该分眼器随直径为244.5毫米的技术套管一起下入到油层上方某一深度，注水泥时技术套管与其一起封固。再将一种专用连通工具下入到分眼器上，对准分支井眼后，用139.7毫米的立管柱将,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,13,立管柱将分眼器与地面连通，钻具通过139.7mm立管柱下入，钻成直径为63.5mm的井眼。然后通过分眼器上方的引导键将连通工具和立管柱转到其它孔眼上，钻成第二和第三个分支。钻完分支井眼后，将连通工具与立管柱起出，下入直径为50

11、.8mm的割缝尾管完井。然后在244.5的技术套管内下入直径为73mm的油管和井下泵，使用一套采油装置同时开采三个分支井眼。该装置已成功地在Alsace地区的Eschau油田钻成一口三分支井眼，其成本为周围其它井的2倍，但产量则比其它井增加了5倍。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,14,英国的多分支井技术,英国石油公司于1996年开发出一套用于分支井眼的井控技术。该公司提出了一套计算最大允许井涌量和井口最大允许压力等井控参数的计算公式，编制出分支井井控设计树，指出了分支井井控与常规井井控的不同及应该特别注意的地方，给出了分支井井涌控制、井涌检测的方法步骤及关井和压井程序，并进行

12、一口双分支井井控实例演示。认为分支井井控的主要难点在于应该使用所有井眼中最薄弱地层计算井口最大允许压力，如何判断井涌是发生在正钻分支井眼中还是在已钻分支井眼中，长井段、小直径、大角度的分支井眼通过产层时，,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,15,潜在的井涌即剧烈又危险，在分支井眼起钻时，抽吸压力要比常规井眼高；当钻柱在正钻分支井眼中而已钻分支井眼又发生井涌时，因为不能很快地循环钻井液压井而使井控作业复杂化，在使用预开窗分支系统时，预留窗口往往是井控的最薄弱点。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,16,多分支井技术的发展趋势,根据分支井目前的应用情况，其未来发展具有如

13、下一些特点：完善的分支井筒的连通性；解决主井筒与分支井筒的连接点受到的限制以及分支井对水泥封隔的需求问题；解决分支井重钻时钻头的进入问题；分支井系统可适应新的对油井通道完井和修井的要求；钻井液与分支井系统保持一致性；必须能对分支井筒全部或部分隔离，以控制生产流量；系统使用常规的成熟技术。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,17,多分支井的主要类别和级别,1.多分支井类型 随着钻井技术的发展，分支井眼的数量、方向以及与主井眼的连接方式也在不断增加，形成了繁多的多分支井族。目前世界各国所采用的多分支井主要有下列类型：,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,18,叠加式双或三

14、水平分支井：从一个主井眼在不同的层位向同一方向侧钻出两个或三水平分支井眼。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,19,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,20,反向双分支井：从主井眼向两个不同的方向侧钻出两个水平井眼。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,21,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,22,二维双水平分支井（Y形多分支井）：从一个主井眼在同一平面内向不同的方向侧钻出二个水平井眼，由于其形状像一个倒写的“Y”，所以也称Y形多分支井。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,23,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,2

15、4,二维三水平分支井：从主井眼在同一平面内侧钻出三个水平分支井眼。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,25,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,26,二维移位（offset）四分支水平井：是先钻一水平井眼，再于水平井眼内的气个不同位置向同一方向侧钻出水平井眼。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,27,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,28,二维反相四水平分支井（鱼刺形水平分支井）：是先钻一个水平井眼，然后在水平井眼的不同位置侧钻出3段方向相反的水平井眼，因其形状象鱼刺，所以又叫鱼刺形多分支水平井。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究

16、中心,29,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,30,叠加/定向三分支水平井（U形井）：是先钻一水平或定向井眼，再在水平或定向井眼的不同位置侧钻出2段水平井眼。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,31,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,32,辐射状四分支水平井：是从一个主井眼向不同方向和不同的层位侧钻出4个水平或定向井眼。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,33,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,34,由垂直主井眼侧钻的辐射状三分支井：主要特点是保留了直井眼，井组实际上是由直井眼和3段侧钻的分支井眼组成。,2023/6/8,中

17、国石油集团经济技术研究中心,35,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,36,叠加辐射状四分支井：是在不同的层位从垂直主井眼分别侧钻4个水平井眼。这种井多用于重油开发。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,37,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,38,多分支井按造斜半径分为四类：长半径分支井；中半径分支井；短半径分支井；超短半径分支井。以上四类分支井，短半径分支井应用最广泛。多分支井按井眼轨迹分为四类：主井筒为直井的双分支井；主井筒为直井的三分支井；主井筒为水平井的三分支井；主井筒为水平井的梳齿状分支井。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,39

18、,多分支井的整体几何形状可分为三类：平面型（指在水平面上）、层叠型（指在垂直平面上）和层叠平面型。对于复杂的构型可给一个形象名词加以描述，如“鱼脊型”（如鱼骨状形）、“星型”、“Y字型”、“鸡爪型”、“鱼尾纹型”等。其命名方法是：井眼几何形态加分支井筒数量。如层叠式三筒分支水平井、平面式反向双筒分支水平井等。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,40,多分支井完井系统的分级（TAML分级系统）,1997年春，在英国Shell勘探与开发公司的主持下“多分支井技术进步（TAML）”论坛于1997年春季在苏格兰的阿伯丁举行，来自世界主要大油公司和专业服务公司（BP、Chevron、Ess

19、o、Maersk、Mobil、Norsk、Phillips、Shell、Exxon、Statoil、Texaco、Total等）的多分支井技术专家按复杂性和功能性建立了TAML（Technology Advancment Multi Laterals）分级体系，即1-6级和6S级，用来评价多分支井的连接性、连通性和隔离性，目的是共享各伙伴公司在世界各地的多分支井经验，并为多分支井的发展提出了一个较为统一的方向。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,41,一级完井,裸眼侧钻或无支撑连接，主井筒和分支井筒全部裸眼完井。一级完全不能满足“三性”要求，早期完成的多分支井基本上都采用这种完井

20、方式。不对各产层分隔，也不能对层间压差进行任何处理。主要应用在较坚硬、稳定的地层中。分支井是采用标准钻井方法钻出的，没有提供机械支承或水力封隔，也很少或没有完井设备。不需要磨铣套管，不需要回收造斜器，不需要下衬管和注水泥，也不需要安装生产控制设备。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,42,这种完井方法的优点是：裸眼井段不使用套管从而节约成本，并且钻进作业简便。它的缺点是：由于无套管支撑，不能提供足够的井壁稳定性。不能控制生产，只能合采，不能有选择地关井；没有可靠的系统保证在将来重返各个井眼的能力。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,43,2023/6/8,中国石油集

21、团经济技术研究中心,44,二级完井,主井眼下套管并注水泥，分支井裸眼或只下筛管而不注水泥。主-分井筒连接处保持裸眼或可能的话在分支井段使用“脱离式”筛管（drop-off liner），即只把筛管（衬管）放入分支井段中而不与主井筒套管进行机械连接，也不注水泥。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,45,在主井筒套管完井并根据需要采取增产措施后，可将永久性定向封隔器安装在设计的造斜点下面，为将来的再进入作业提供方向和深度上的控制。然后将造斜器下入封隔器中，并朝向预定的造斜方向。接下来铣去套管壁并钻分支井。一旦分支井钻至预定深度，取出造斜器，并根据油井的要求，采用不同的完井方法。第一种

22、方法是在定向封隔器和位于侧钻点上方的第二封隔器之间装一滑套，利用滑套开口对双分支井进行混合开采。可提供主井筒支撑及生产控制，而且也可以任一支井眼单独生产。如果下部分支井开始衰竭或出水，可以在下面的封隔器中安装堵塞装置以关闭下面的井眼。如果需要关闭上面的分支井，可以简便地将滑套转换到关闭位置。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,46,另一种形式是下入一中空斜向器，并通过套管出口窗在上部分支井筒下入割缝衬管。这种用中空斜向器完井的最大优点，是在附加费用最小时提供了在分支井窗口处的机械支撑。然而，这种方法不能重返，并且必须混合开采，也不能关闭任一分支井生产。也可使用一个割缝衬管对下部井

23、段进行完井，这种作法不仅降低了井段坍塌的可能性，而且还可以进入下部生产井段。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,47,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,48,三级完井,主井眼和分支井眼都下套管，主井眼注水泥而分支井眼不注水泥。提供了连通性和可及性。分支井衬管通过衬管悬挂器或其它锁定系统固定在主井眼上，但不注水泥。主-分井筒连接处没有水力整体性或压力密封，但有主-分井筒的可及性。三级完井可用快速连接系统为分支井和主井眼提供机械连接，为不稳定地层提供高强度支撑。三级完井还可用预钻孔的衬管或割缝衬管。这种完井方法较廉价，操作也相当简单，在北海已得到验证，目前正应用于深水海

24、底井中。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,49,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,50,对于三级完井的分支井一般有三种完井选择：第一种是下入一种中空的转向器并固定在定向封隔器之上，然后下入割逢衬管并通过悬挂器挂在主井筒上。使用割逢衬管和这种中空的转向器时，只能进行混合采油。第二种完井方式不需要使用中空的转向器，而使用一种带有弯接头衬管组合，在井口进行操作以使割逢衬管进入分支井筒。接下来通过尾管悬挂器挂在主井筒中。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,51,第三种三级完井方式可以选择Baker公司的HOOK衬管悬挂系统进行完井，这种系统可以使井下工具再进

25、入分支井筒和主井筒。HOOK衬管悬挂系统主要由一段带有预制窗口的套管接头、内置的用于再进入的导向机构和一个能够挂在预制窗口下面的挂钩，这个挂钩能够使衬管挂在开窗窗口上面。再进入是通过使用分支井筒的再进入模块或主井筒的再进入模块来作为油管或挠性管下部组合来实现的。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,52,四级完井,主井眼和分支井眼都在连结处下套管并注水泥，这就提供了机械支撑连接，但没有水力的整体性。事实上分支井的衬管是由水泥固结在主套管上的。这一最普通的侧钻作业尽管使用了套管预铣窗口装置，但仍取决于造斜器辅助的套管窗口磨铣作业。分支井衬管与主套管的接口界面没有压力密封，但是主井眼和

26、分支井都可以全井起下进入。这种系统虽复杂和风险高且仍处于发展阶段，但是在全世界范围内的多分支井完井中已获成功。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,53,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,54,五级完井,具有三级和四级分支井连接技术的特点，还增加了可在分支井衬管和主套管连接处提供压力密封的完井装置。主井眼全部下套管且连接处是水力隔离。从主井眼和分支井眼都可以进行侧钻。可以通过在主套管井眼中使用辅助封隔器、套筒和其它完井装置来对分支井和生产油管进行跨式连接（Straddle）以实现水力隔离。五、六级完井的分支井具有水力隔离、连通性和可及性特点。多分支井技术的最难点是高压

27、下的水力隔离和水力整体性。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,55,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,56,六级完井,连接处压力整体性-连接部压力与井筒压力一致，是一个整体性压力，可通过下套管取得，而不依靠井下完井工具。六级完井系统在分支井和主井筒套管的连接处具有整体式压力密封。耐压力密封的连接部是为获得整体密封特征或金属整体成型或可成型而设计。六级完井系统是通过特殊套管来实现分支连接处的机械连续性和封隔性。6级完井和5级完井最显著的区别是：无金属碎屑；风险性小；施工简单；施工顺序从上到下。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,57,2023/6/8,中

28、国石油集团经济技术研究中心,58,6S级完井,主井筒和各分支井筒全部下套管（尾管）固井完成，实现了连接性；用开窗、切断、预制窗口的不同方法解决了贯通性；用在主井筒中装多油管分流头解决了分采问题。这种系统满足了“三性”的要求。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,59,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,60,分支井的应用范围及特点,分支井的目的是：强化采油、提高钻井效率、提高采收率（尤其是枯竭层）、转移开采层位。分支井可应用于多种油藏条件：薄产层、油藏面积小或分隔性油藏。如果对油藏的认识比较充分，就可从一个主井筒中采割多个油块，这比对各个油藏块分别钻垂直井更经济；低渗透

29、率非均质地层；裂缝性油藏以及在形成强烈的水锥、气锥条件下的底水油藏和海上油田；可以应用于高粘度油藏和水淹层、天然沥青油藏,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,61,对于多层油藏，夹层为致密岩层，垂直渗透率极低，且各小层非常薄，可采用分支井的方式，侧钻出一系列的泄油井筒，各分支井筒相互平行，形成一簇井筒，可大幅度提高采油速度。在油层中能极大地增加地层的裸露程度及驱油面积，在裂缝性油藏中能增加切割和驱排不同裂缝系统的概率。分支井可以横切透镜体油藏。利用分支井技术，可从一个主井筒开发很多个透镜体油层。经仔细计划的侧向分支井可以在具有很强的导向的油藏中提高勘探搜索服务（即探寻单一方向上的天

30、然裂缝和高渗透层），在这种条件下，经过认真设计，可提高采收率。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,62,可将原先已完成的井作为注入井，新钻的分支井作为生产井，或采用相反的方式。如果将分支井作为注入井，可以优化压力控制，并提高波及效率。对油藏进行水驱时，常常是低产层被波及前高产层见水。在此情况下可以在每个注入区钻一个分支，并根据每一层的地层性质调整分支的长度。这样，通过水平注人井对水平生产井驱油，可产生直线驱动，而不是径向驱油模式。油藏具有两种天然裂缝形式，一口水平井只能与其中一个方向正交。采用相互交叉的分支井筒，这种正交方式可提高驱替效率。进行海上钻井时，钻井数量受钻槽的限制，利

31、用多分支井则可以开发其它油块而不需占用新的平台。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,63,多分支井设计方法,多分支井利用的是定向井和水平井钻井技术，但其复杂程度要高于定向井和水平井。另外，多分支井又分为侧钻井和新钻井。侧钻井是指从现有井中侧钻多分支井，而新钻井是指以某种类型分支井为完井目的钻一新井。无论是侧钻井还是新钻井，钻井设计都是多分支井钻井的重要环节。Sperry-Sun公司在设计多分支井时主要采用了下述方法：,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,64,多学科工作组法：经验表明，一旦油层或井场选定后，在油井设计的早期阶段就应该采用多学科方法。多学科工作组。该工作

32、组包括了作业公司的钻井、完井、油藏和后勤人员，还包括定向钻井服务公司、固井公司、钻井液公司和钻井承包商。及时互通情况最重要，因此要定期召开设计和评价会议。结构的选择：要在大量评价准则的基础上作出钻多分支井的决定，包括考虑技术合理性和经济可行性以及所存在的风险。通常，应通过仔细分析或用可靠的情况预测来选择最佳的油井结构。如果独立分析，多分支井的产能很难达到各分支井产量的总和。必须能识别和控制油井结构所存在的固有风险。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,65,选择完井系统：一旦选定用多分支井钻井方法钻井后，就必须考虑最佳钻井和完井系统。其评价过程包括几个步骤，其中包括下列要考虑的问题

33、：1.主井眼和分支井眼的下套管和固井要求；2.综合要求，如防砂、液压密封和机械回接等；3.水平井眼和主井眼的侧钻要求；3.隔离和液流控制要求；4.现有的钻井和完井系统要达到所要求的规范，以及适合井下恶劣环境的金属条件及钻井和完井系统的配伍性；5.当局对生产的要求，诸如对不同储层的合采能力等。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,66,技术问题：大多数多分支井在用下套管和回接方式与主井眼连接时都使用了预铣窗口的套管短节。在设计主井眼和水平井眼的轨迹时要考虑下列因素：开窗短节应下在不低于20m长的切线段，以避免对造斜器施加任何弯曲力或在水平连接段安装完井设备。如果要下多个开窗短节，那么

34、，在设计时每个开窗短节间应留出一根套管长的空间，以避免发生任何碰撞问题。设计时应限制主井眼的狗腿严重度，以避免在下套管时所施加的力过多地集中在开窗短节上。推荐的最大狗腿严重度为15o/30m。设计时应避免主井眼以45度65度井斜角在设计深度与水平井眼连接，。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,67,水平分支井眼从主井眼的高边以0度30度井斜角向左或右钻分支井眼，以避免钻屑积聚在井眼的低边，从而引发事故。由于在井底钻具组合从窗口起出之前不允许钻柱转动，所以要仔细地设计水平井眼的轨迹，这样可防止造斜器表面对MWD造成损坏。离开造斜器后要限制井眼的狗腿严重度，以避免在下水平尾管或生产测

35、井仪需要要进行侧钻。推荐的狗腿严重度为10o20o/30m。如果设计是垂直井段下开窗短节，那么应考虑留一段小角度的井段以便使用重力高边导向工具给窗口定方位而不用昂贵的陀螺仪。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,68,多分支井的设计原则,适合开采单一油藏的分支井：对于单一油层，如果钻反向双分支井，一般先钻上倾方向分支。不过如果下倾方向生产潜能较高，则先钻下倾方向分支，这样可以在因为某种原因而无法钻上倾方向分支井时，将产量损失降至最低。适合于多产层油藏开采的分支井：对于多个油藏的开采，可采用上、中、下分布的多个分支的水平井组，也可采用反向多层分布的分支方式，或在同一直井中把成排的分支

36、钻至不同的生产层，这取决于完井的要求。一般先钻上层分支井，这样可沿井筒低边进行侧钻，工艺较简便。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,69,适合于块状油藏的分支井：在杂乱无章地分布着高产层的块状油藏、在纵向裂缝发育的油气藏或在复杂的地质条件下，能否提高原油产量和采收率的决定因素是分支井筒的数量，最好的办法是以众多的分支井筒密集地（相互间隔308Om）贯穿生产层整个厚度。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,70,多分支井的设计原则,钻柱设计原则：最大限度地降低扭矩和摩阻。钻柱具有较高的抗拉强度，可采用钢级为S135的钻杆。直井段应有一定数量的加重钻杆，保证在定向钻进时能

37、施加钻压，克服井眼摩阻。采用无磁抗压钻杆代替无磁钻铤，最大限度地降低MWD钻铤接头以及井下马达的弯曲应力。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,71,钻井液设计原则：除一般井眼钻井液设计所考虑的问题外，多分支井的钻井液设计还应考虑到先钻出的分支井眼由于在钻井液中浸泡时间长，可能发生较严重的油层损害及井眼坍塌等问题，因此除合理选择与地层相配伍的钻井液体系外，还必须在分支井眼完井后注入专门配置的与地层配伍的完井液，替换出原钻井液，然后再施工下一个分支井眼。在施工中还要充分考虑油层保护及井壁稳定问题。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,72,完井方式设计原则：多分支井眼的完

38、井方式有四种类型：裸眼完井、割缝衬管（或预封隔筛管）完井、尾管完井和回接完井管柱完井。设计原则为：完井管柱的最大有效直径应小于主井眼套管柱的最小内径。计算设计套管柱的扭矩和摩阻时，应附加一定的安全系数，一般附加值为25。要考虑地温梯度的变化，防止井下高温造成管柱密封件的损坏、影响其密封效果。对于异常高温地层，应选用特殊的耐高温材料。泥浆性能的优化和井眼清洁是确保完井管柱顺利下入的关键。完井管柱设计还应考虑修井作业时分支井眼的再进入问题，这是确保多分支井有效开采的关键。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,73,井控设计原则：分支井水平段宜采用欠平衡钻井技术，以保护产层。为确保安全钻

39、进，一般在防喷器组顶端加装旋转头。此外，地面上还应安装一套相关设备，以分离液、气和固相。分支井控设计具有特殊性，集中体现在它是一个多井眼多压力系统，与普通水平井相比，增大了复杂程度和控制难度。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,74,钻机设计原则：大钩负荷和套管性能；泥浆泵功率（供清洗井筒和驱动井下工具用）；钻台底座高度应适合特殊设备的要求（如旋转防喷器）；柴油机-电驱动（供泵和转盘操作）；前人钻井的经验。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,75,多分支井的井眼轨迹设计,要根据三维油藏模型来设计井眼轨迹，必须勾划出油藏的几何特性、确定最大应力的方向和对油气的流动控制

40、要求。同时，根据油藏特性和井眼轨迹预测油井产量，进行经济性分析。一旦确定了在油藏中一系列分支的轨迹，接着设计连通油藏与地面的轨迹方式。对于分支井来说，主井筒的轨迹应尽量简单，以保证钻井完井顺利进行，并使主井筒与分支井眼之间有良好的连通性。可以对主井筒进行整体最优设计，也可对现存的井眼进行侧钻，设计合适的侧钻轨迹。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,76,在一口多分支井中，分支井简与主井筒的汇合处的井筒也可以是垂直的、倾斜的或水平的，各分支共有的井口位于产层上部或有一定的水平位移。实践证明，应用水平井技术提高了采油量。而采用分支井技术则进一步提高了产量，并降低了风险。要对分支井作有

41、效的计划，需要大量的油藏知识，尤其需要注意的是，井眼轨迹本质上都是三维的，因此需要对油藏作三维描述，这样才能对井筒作出合理的计划，并确定适当的井身设计目标。在分支井筒设计的基础上，确定主井筒的轨迹和井口的位置。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,77,首先根据产层的性质确定最优的分支轨迹，然后估计产能、对具有相似产能或压力的井筒分组、设计主井筒并联接分支井组井段、设计从主井筒至地面的井眼轨迹，最后预测产能并评价项目的经济性。最重要的因素就是获得最优产能的轨迹形式，当然，这和油藏的性质是紧密相联系的。各向异性在设计丛式分支井筒方位和间距的重要性。进行水力压裂时，主应力的方向是至关重

42、要的因素。水力压裂面的方向总是与最小应力方向平行。如果井深在300 600m以下，上覆岩石的压应力往往超过岩石层面上的应力。因此，水力压裂的方向主要沿垂直方向，并在一定程度上受岩石层面上的应力差影响。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,78,如果确定了最优的井眼轨迹，进一步可确定井的间距和位置，与其它类型的井相比，分支井可允许较近的分支间距。在海上钻井时，由于平台槽数量有限；或在陆上钻井时，环境污染面积应尽量小；或油层深度大，或要求较大的位移；进行分支钻井的经济可行性就大。因此应认真考虑分支井的特殊意义。对于区域性延伸的油藏，含薄的或厚的砂岩，存在底水或气顶，如果分支间距小，则提

43、高累积采油量和采收率与钻井、完井成本的增加相矛盾。针对这一问题，可应用净现值分析来确定最优的井筒间距、水平段长度和分支个数。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,79,如果砂岩层相互分隔，可根据实际情况让每一个分支进入一个或多个目的层。也可设计成单个井眼，穿过多个目的层。如果某一个分支侵入非油气流体，就会阻碍油气通道，分支井就增加了非油气成分侵人的机会。在复杂的分支井筒体系中，在比较长的井段内封隔非生产性流体是相当困难的。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,80,多分支井钻井对钻井液的要求,在多分支井钻井过程中，出现的许多问题如井眼净化差、扭矩和阻力大、沉砂、粘卡、井

44、眼不稳定、井漏、地层损害、固井质量差、测井困难等都与钻井液有关。由于分支井一般为小井眼、定向井和水平井的结合，因此，分支井对钻井液的要求可概括为：井眼稳定性好，不能造成井壁坍塌；携带岩屑能力强，不会使固相颗粒严重沉积；漏失的可能性低，不能造成地层损害、卡钻等；润滑性好，减少钻柱扭矩和阻力；无污染；低固相；强抑制性，即抑制地层造浆，稳定井眼性能等。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,81,选择钻井液性能时应考虑的问题,钻井液的流变性：要求在高流速、低粘度和紊流条件下有利于井眼净化，在低剪切速率条件下，提高钻井液的粘度有利于岩屑运移，当井眼中已经形成岩屑床后，紊流加机械扰动可能是解决

45、沉积层的唯一方法。失水：控制失水可减少压差卡钻，维持井眼稳定和最小的地层损害，特别在分支井中，失水量的大小由地层渗透率、矿物成分和压差所决定。润滑性能：提高井眼的润滑性，降低摩阻系数，从而降低摩阻力，对分支井钻井非常重要。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,82,钻井液体系,1.低密度、高油水比的油基钻井液：由于产层可能是枯竭层，所以必须采用最低钻井液密度。由于不能奢望通过射孔来穿透损害层，所以要把滤失侵入控制到最低程度。在投产前，第一口水平分支井眼要闲置一段时间，所以不需要良好的热稳定性泥饼，但也需要在不用机械清除方法的情况下就能清除这些泥饼。在考虑了上述问题之后，英国阿科公司

46、决定在北海的Pickerill油田打多分支井时使用低密度、高油水比的油基钻井液，每桶钻井液中含60磅大理石桥堵剂，但不加粗纤维等堵漏剂。这口多分支井完井后增加了2.8亿方的天然气可采储量，产量达57万方。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,83,2.打开油层钻井液：打开油层钻井液是近年来从各种钻井液中优选出来专门用于钻水平井的钻井液。主要选择的是颗粒盐钻井液、颗粒碳酸钙钻井液以及MMH/碳酸钙钻井液。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,84,多分支井的钻井技术,1.分支井的侧钻方法 1.1 裸眼侧钻方法 边钻进边造斜分支：在主井筒中下入技术套管并固井后，利用常规造斜

47、和稳斜钻具组合沿设计方向钻出一口水平井（第一翼）。然后准备在该水平井造斜段某点的井筒低边侧钻另一口水平井（第二翼），有以下四种侧钻方法：在井筒低边先降斜然后再增斜；直接向下划眼，然后再造斜；采用稳斜钻具组合在第一翼分支井造斜点处向不同方向造斜；采用增斜钻具组合在第一翼分支井造斜点处向不同的方向造斜。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,85,2.预先使井筒偏斜直接分支：在钻进分支井筒之前，借助于长的和刚性的下部钻井工具或借助于具有侧面和端面切削齿的专门切削装置使井筒分支。该方法较经济，但只有在井径符合所应用的岩石破碎工具且在稳定的岩层里时才可应用。借助于长的刚性的下部钻井工具钻井时

48、，推荐主井筒在这个位置上有井斜。用铣刀钻进时，必须使工具长时间在一个位置上旋转，目的是在平放的井壁上形成慢慢轴向钻进的凹槽。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,86,该方法最容易在钻井工具由大直径向小直径转换位置上实现。在钻进推荐的分支井筒位置之前，用大直径的岩石破碎工具钻主井筒，然后过渡到小直径的岩石破碎工具。这种方法在前苏联进行了应用，不仅应用于钻井工具由大直径转化成小直径，而且还应用于同一直径的岩石破碎工具钻井。实践证明，在钻进分支井筒上消耗的时间与普通井相比没有增加，其主要优点是它与固定模形器钻井相比，减少了发生事故的概率，从而具有较高的可靠性。,2023/6/8,中国石

49、油集团经济技术研究中心,87,（3）利用插入式斜向器侧钻分支井眼 先钻主井筒，下入套管并固井，将插人式可回收斜向器下到井底，然后侧钻分支井井眼，待完成第一翼分支井眼后，起出斜向器，再用相同的方法侧钻第二翼分支井眼，重复上述方法可钻多个分支井眼。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,88,（4）建立人工井底 在侧钻分支井眼之前可打一水泥塞，然后利用斜向器侧钻分支井眼。目前国外打水泥塞有两种基本方法：金属水力-机械塞，这个方法最普通，速度最快，而且最经济；用小碎石、砾石、砂子或粘性物质充填井。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,89,1.2.套管段铣或套管开窗侧钻分支井眼

50、 利用老井侧钻多分支井是最有前景的，可用来开采剩余油，对老油田的后期开发特别有效。套管段铣是侧钻分支的首要工作，一旦确定了造斜点，可采用两种方法：第一种为套管成段段铣法，先磨铣掉一段套管，在造斜点打一水泥塞，然后从水泥塞处侧钻出去；另一种方法是在套管内的造斜点下一斜向器，在套管内的一侧磨铣开窗，称为套管开窗法。在套管开窗法中，根据下封隔器和斜向器方法的不同，可分为常规套管开窗法和改进型套管开窗法。常规套管开窗法用钻杆或油管下封隔器，而改进型套管开窗法是用电缆下入封隔器，但也可以用钻杆或油管下井坐封。,2023/6/8,中国石油集团经济技术研究中心,90,段铣所用的工具为膨胀型铣刀，其典型的井底