魚骨狀水平分支井井眼軌道設計技術

張佃賓 耿應春

（勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東 東營 257017）

1 前言

魚骨狀水平分支井是近年來興起的一種特殊形式的分支井井型，它充分體現了分支井的技術優勢，具有最大限度地增加油藏泄油面積、充分利用上部主井眼、節約鉆井費用等顯著優點，魚骨狀水平分支井已經成為高效開發油氣藏的理想井型。近幾年來，魚骨狀水平分支井在國內部分油田得到了較大范圍的應用，如南海西部油田、冀東油田、渤海油田、大港油田、遼河油田等油田分別進行了魚骨狀水平分支井現場試驗。

2 魚骨狀水平井分支井眼與主井眼的關系

魚骨狀水平分支井的單個分支井眼的軌道設計與普通定向井、水平井相同，可根據具體情況選定軌道類型。但分支井的井眼軌道設計絕不是多個定向井或水平井軌道設計的簡單組合。魚骨狀水平分支井井眼軌道的設計方法與常規（側鉆）定向井、（側鉆）水平井相似。由于魚骨狀水平分支井的特殊性，則需要采用三維設計方法來進行井眼軌道的設計。

在油藏地質設計過程中，設計部門常常給出分支井眼與主井眼的夾角，夾角指的是分支井眼的側鉆點與分支井眼終點的連線與主井眼的直線夾角，而不是側鉆點方位與分支井眼終點方位的差值。如果側鉆點記為 A（AN，AE，AH）點，分支井眼終點記為 B（BN，BE，BH）點，B點至主井眼的垂線落點記為 C（CN，CE，CH）點，夾角記為，則有：根據函數關系則有：

可以根據此式計算夾角α的大小。

也可以通過計算軟件算出B點至主井眼的垂直距離LBC，以及側鉆點至垂點C的距離LAC，通過下式計算夾角α的大小。

根據以上關系，進行了一些計算分析，假設側鉆點從1950m開始，井眼造斜率設為25°/100m，分支井眼長度設為300m時，計算分支井眼與主井眼的方位夾角 15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°時分支井眼變化情況與直線夾角變化情況。

從表1可以看出，隨著分支井眼與主井眼方位夾角的增大，需要的彎曲井段在逐漸增加，彎曲井段終點與主井眼的距離也在逐漸增加，分支井眼終點與主井眼距離也在逐漸增加，分支井眼終點與主井眼的直線夾角也在增加，但是可以看出，隨著直線夾角的增大，所需要的彎曲井段也是在增加的，也可以說明直線夾角的增大是隨著彎曲井段的增加而增大的，但從鉆井工程的角度來講，施工時井內鉆具與井眼摩擦程度也在增加，鉆進井眼的風險也在增大。從表中也可以看出隨著直線夾角的增大，分支井眼與主井眼的增大的距離幅度是在逐漸變緩的，因此沒有必要過份追求較大的直線夾角。

表1 魚骨狀水平分支井分支井眼與主井眼的夾角關系計算表

表2 “上魚骨狀”設計方式時工具面20°時設計數據

表3 “下魚骨狀”設計方式時工具面160°時設計數據

3 魚骨狀水平分支井分支井眼軌道設計技術

根據上述分析，油藏地質技術人員與現場施工人員充分結合，將會考慮分支井眼與主井眼的合適夾角與分支井眼的長度，進而最終確定魚骨狀水平分支井分支井眼軌道設計剖面。魚骨狀水平分支井的設計有兩種設計方式，一種是“上魚骨狀”，另外一種是“下魚骨狀”，具體采用哪種方式進行設計，要根據完井方式的不同而定。目前，勝利油田常用的魚骨狀水平分支井分支井眼軌道設計剖面常采用“上魚骨狀”方式進行設計。

3.1 “上魚骨狀”設計

“上魚骨狀”設計基本思路是：分支井眼首先沿井眼高邊，向20（°如表2）或340°方向設計一個單根長度，使分支井眼的井斜角大于主井眼的井斜角，設計值控制在1～2°，方位稍偏離主井眼，使井眼從縱向或橫向偏離主井眼；再設計一個單根長度，向左或向右全力扭方位，使分支井眼在橫向上盡快偏離主井眼；再沿井眼低邊，向200°或160°方向設計一個單根長度，將第一根增起的井斜降下；最后將余下井段根據靶點情況進行設計，多數采用圓弧段進行設計。設計時前三個單根宜采用較高造斜率進行設計，后面井段宜采用較低造斜率進行設計。

3.2 “下魚骨狀”設計

“下魚骨狀”設計基本思路基本上與“上魚骨狀”設計思路相反：分支井眼首先沿井眼低邊，向 160°（如表 3）或 200°方向設計一個單根長度，使分支井眼的井斜角小于主井眼的井斜角，設計值控制在1～2°，方位稍偏離主井眼，使井眼從縱向或橫向上偏離主井眼；再設計一個單根長度，向左或向右全力扭方位，使分支井眼在橫向盡快偏離主井眼；再沿井眼高邊，向20°或340°方向設計一個單根長度，將第一根降低的井斜增起；最后將余下井段根據靶點情況進行設計，多數采用圓弧段進行設計。設計時前三個單根宜采用較高造斜率進行設計，后面井段宜采用較低造斜率進行設計。

在運用以上兩種設計方式進行設計時，第三個單根以及后面的井段可以根據實際情況進行調整。

4 應用實例及開發效果

運用研究形成的魚骨狀水平分支井井眼軌道設計技術設計并成功實施了6口井的魚骨狀水平分支井的鉆井技術現場試驗，取得了良好的應用效果。至2009年9月，勝利油田成功實施的魚骨狀水平井已累計產油18.9741×104t，產氣1818.9×104m3，在提高油氣采收率方面見到了良好的效果。

5 認識與建議

5.1 生產實踐證明，魚骨狀水平分支井技術是一項綜合鉆井技術，工藝技術涵蓋了目前世界上大部分鉆井工藝，是多種鉆井技術與特殊完井的一種結合。

5.2 形成的魚骨狀水平分支井井眼軌道設計技術有力地指導了設計與現場施工。

5.3 魚骨狀水平分支井鉆井技術在勝利油田中的成功試驗應用，提高了開發成功率和采收率。

[1]尹虎，宋振清，等.單彎螺桿控制井斜力學特性分析及應用[J].天然氣工業，2004，24（6）.YIN Hu,LI Qian,SONG Zhenqing,et al.Single bend PDM control hole deviation mechanical behavior analysis and application[J].Natural Gas Industry,2004,24（6）:80-82.

[2]蘇義腦.水平井井眼軌道控制[M].北京：石油工業出版社，2000.