魚骨狀水平分支井技術在委內瑞拉重油帶的應用

車衛勤　杜晶　李瑾　龔大洪

摘要：委內瑞拉是世界上重要的石油生產與出口國之一，隨著委內瑞拉石油開發重點向其重油帶的轉移，各種先進鉆井技術也在委內瑞拉重油帶油氣開采中得到了充分的應用。魚骨狀水平分支井鉆井技術作為一種高效、優質和先進鉆井技術，此技術也在委內瑞拉重油帶油氣田開發中起到了舉足輕重的應用。本文將以委內瑞拉重油帶胡寧（Junin）區塊的6分支魚骨狀水平分支井MFB-955為實例，從如何合理選擇導向馬達度數、優化鉆具組合、分支點的選擇、精確掌握造斜率和分支眼之間的防碰等技術和難點出發，闡述魚骨狀水平分支井技術在重油帶的應用，為以后此項技術在重油帶的油氣田開采中提供技術支撐和經驗基礎。

關鍵詞：魚骨狀水平分支井;水平分支井技術;委內瑞拉重油帶;優化鉆具組合;井眼軌跡

委內瑞拉是世界上重要的石油生產與出口國之一，據歐佩克公布的數據，截止2010年底，委內瑞拉探明石油儲量2965億桶，占全球探明儲量的18%，躍居世界石油儲量第一。隨著委內瑞拉石油開發重點向其重油帶的轉移，其石油鉆采市場前景良好。因此，各種先進、高效的鉆井技術在委內瑞拉重油帶油氣鉆探中得到了充分的利用，此文，將以實例講述魚骨狀水平分支井鉆井技術在委內瑞拉重油帶油田的應用。

1 委內瑞拉重油帶的地質特點

委內瑞拉奧里諾科重油帶總面積5.4萬平方公里，可開采儲量2350億桶，占委內瑞拉石油總儲量的79%。重油帶自西向東劃分為博亞卡（Boyaca）、胡寧（Junin）、阿亞庫喬（Ayacucho）和卡拉沃沃（Carabobo）四個大區32個可開發區塊。重油帶油層埋藏深度普遍比較淺，所開發的生產井完鉆深度基本上維持在2200m以內。奧里諾科重油帶主要儲集層是海侵背景下的河流三角洲沉積砂巖體系OFICINA組，北傾單斜，傾角在0.5°-4°之間，構造起伏收基地古地形控制，并且重油帶油藏以巖性圈閉為主，局部受斷層控制，如圖1所示。重油帶油藏北部埋層深，最大1828m（6000ft），南部最淺，埋深只有91米（300ft），其孔隙度、滲透率和含油飽和度高，但巖石固結程度差，非均質性強^[1]。我們為了最大限度地利用一個平臺作業區域，盡可能地開采地下石油資源，因此，魚骨狀水平分支井技術在重油帶得到了充分利用。

2 魚骨狀水平分支井技術概述

魚骨狀水平分支井是指將水平井的水平井段左右再鉆進2個或者2個以上的分支井眼，且從水平投影圖上看，各分支井眼與主井眼呈現羽狀分布;從三維立體圖上看，各分支井眼與主井眼之間呈魚骨狀分布的井，國外也成為羽狀分支井。魚骨狀水平分支井是分支井的一種特殊形式，它充分體現了分支井的技術優勢，各個分支井眼深入到主井眼周邊油層，最大限度地增大油藏的泄油面積，提高了采油率;以多翼中等長度的分支井代替單口水平段較長的水平井，降低了鉆井風險，同時可以降低井底流動壓力，減少地層損害;各分支井眼利用同一個主井眼的上部井段，有效地降低了鉆井成本^[2]。魚骨狀水平分支井是一種綜合利用水平井、分支井鉆井技術提高油藏采收率的鉆井新技術，這種鉆井技術可以根據油藏條件設計經驗并進行井眼的空間分布、有效增加油層的裸露面積、節約鉆井投資，最終達到提高采收率的目的。

3 MFB-955委內瑞拉重油帶魚骨狀水平分支井的簡介

MFB-955是委內瑞拉奧里諾科重油帶胡寧（Junin）區塊的一口典型的6分支魚骨狀水平分支井，其由PDVSA井隊承鉆，渤鉆定向井公司負責定向井施工，MFB-955的三維設計圖如下圖2-1和圖2-2所示。

如下圖2-3所示為MFB-955魚骨狀水平分支井的地層柱狀圖。圖中：Mioceno層頂面以上以灰色泥巖為主，主要成分高嶺石，有煤層和頁巖夾層;下部以砂巖為主，中細石英砂，地層砂巖疏松，弱～非膠結性。在縱向上從上至下細分為A、B、C、D、E和Cretacico六個油層，其中B、D、E為主力油層。

4 MFB-955魚骨狀水平分支井工程施工難點

（1）主井眼淺定向施工和低排量對儀器信號的穩定性的影響;

（2）淺層造斜井眼軌跡控制及磨阻扭矩對鉆具安全的影響;

（3）大井眼定向LWD剛性及大井眼清潔對井眼的影響;

（4）分支井井眼易坍塌地層處理及BHA組合;

（5）水平段導向鉆進井斜陡降對油層穿透率的影響;

（6）分支井眼的切出和防碰問題。

5? MFB-955魚骨狀水平分支井控制技術

5.1 主井眼關鍵井段控制技術

MFB-955井主井眼關鍵段都在二開完成，二開施工也是本井眼軌跡控制的關鍵，其鉆井設計參數如下表5-1所示：

由于淺層定向，造斜率比較低，因此設計造斜率一般都控制在5°/30m以內，所以我們基本上通過控制鉆時和排量的方法來滿足造斜率的要求。但此井位地層比較軟，復合鉆進降斜比較嚴重，基本上復合鉆進不能連續超過20m。同時，甲方對井眼軌跡的要求也比較嚴格，并要求實鉆軌跡距離設計軌跡相差1m以內。特別強調的是穩斜段的井眼施工，國內水平井的穩斜段一般都稱作調整段。國內設計穩斜段的主要目的是解決首個造斜段完成后，實際井斜與設計井斜偏差的問題，調整實鉆井斜角使其與設計值盡量相符，提高軌跡控制精度，為第二次造斜打好基礎。然而，在MFB-955魚骨狀水平分支井設計的穩斜段是真正意義的“穩斜”，即穩定的控制井斜角保持在一定的度數，盡量減少實際井斜值與設計井斜值得偏差，此井段施工尤為注意，必須保證井斜的變化幅度在1°以內。

5.2? 分支井眼控制技術

分支井眼都在水平井段完成，因此施工水平段就顯得尤為重要，分支井眼的難點在于各個分支的切出。

5.2.1? 主井眼（1230m處-第一分支側鉆點）

鉆進至第一分支側鉆點后，充分循環并倒滑眼起鉆至套管鞋;同時處理泥漿，為側鉆第一分支做好準備。鉆井方式以復合鉆進為主，定向鉆進為輔。

5.2.2? 第一分支井眼（1262.87m-1501.51m）

在第一分支側鉆點，反復上下活動鉆具造槽，控制鉆時側鉆一根保證第一分支井眼的形成，然后復合鉆進兩根，通過對測斜數據的對比確定分支井眼的形成。采取魚骨狀水平分支井眼側鉆技術措施側鉆分支，并按設計要求控制井眼軌跡直至分支井眼完成。第一分支井眼設計數據如下表5-1所示：

5.2.3?? 第二分支井眼（1341.12m-1592.40m）

第一分支井眼完成后，倒滑眼、短起下至套管鞋處，下鉆至井底后充分循環。起鉆至第二側鉆點位置，擺好工具面并鎖定鉆具，劃眼造槽懸空側鉆第二分支井，控制鉆時，鉆壓0-2t，排量25l/s，復合鉆進一根至第二分支井眼形成，鉆壓2-3t，排量28l/s，采取魚骨狀水平分支井眼側鉆技術措施側鉆分支，并按設計要求控制井眼軌跡直至分支井眼完成。第二分支井眼設計數據如下表4-2所示：

5.2.4? 第三分支井眼（1432.56m-1653.84m）

第二分支井眼完成后，倒滑眼、短起下至套管鞋處，在套管鞋充分循環。下鉆至第三分支井眼側鉆點處，準備側鉆第三分支井眼。側鉆方式通過對比前面分支井眼的側鉆，優化側鉆方法。第三分支井眼設計數據如下表4-3所示：

5.2.5? 第四分支井眼（1524.00m-1719.07m）

第三分支井眼完成后，倒滑眼、短起下至套管鞋處，在套管鞋充分循環。下鉆至第四分支井眼1514m側鉆點位置，準備側鉆第四分支井眼。第四分支井眼設計數據如下表4-4所示：

5.2.6? 第五分支井眼（1615.44m-1813.80m）

第四分支井眼完成后，倒滑眼、短起下至第五分支井眼側鉆點位置，準備側鉆第五分支井眼。鉆進方式以定向鉆進為主，復合鉆進為輔。第五分支井眼設計數據如下表5-5所示：

各個分支井眼完成后的井斜都大于90°，這樣可以保證下個分支順利的切出，也有利于主井眼的形成。各個分支油層穿透率保持在為90%以上，垂深一般控制在±0.5m以內。由于水平段地層為大段的疏松砂巖，各個分支的形成都采用連續上下活動造槽和控制鉆時的方法進行。分支井眼形成后，不能大段連續復合鉆進，因此采用定向和復合交替進行和控制復合鉆進的鉆壓來對實現對各個分支井眼軌跡的控制，所有分支井眼完成后的井眼投影圖如下圖5-1所示。

5.2 MFB-955魚骨狀水平分支井鉆具組合的優化選擇

二開主井眼和三開分支井眼都是一趟鉆完成。二開地層比較軟，為了提高造斜率，鉆具組合中不使用欠尺寸穩定器，在保證儀器信號正常和滿足井眼清潔的情況下，盡可能的降低排量。其中二開主井眼鉆具組合為： 311.1mmPDC鉆頭+203mm螺桿（ 1.75°）+ 浮閥+203mmLWD+ 203mm無磁鉆鋌+ 203mm無磁鉆鋌+轉換接頭+127mm加重鉆桿×1柱+ 127mm鉆桿×7柱+ 127mm加重鉆桿×13柱+ 加重鉆桿×1根+165mm隨鉆震擊器+127mm加重鉆桿×1根+127mm加重鉆桿×6柱+127mm鉆桿

分支井眼大部分為疏松砂巖，為了盡可能地保證軌跡符合率，不選用欠尺寸穩定器。為了減少定向鉆進托壓現象，我們采用倒裝127mm斜坡鉆桿的技術。由于分支井段地層容易發生坍塌卡鉆，因此，在分支井段鉆具組合中必須增加隨鉆震擊器的使用，并且在組合隨鉆震擊器時，為了保持其鉆具的剛性，一般在其上、下端都加裝加重鉆桿。

三開分支井眼鉆具組合為：215.9mmPDC鉆頭+172mm螺桿（ 1.5°）+ 浮閥+172mmLWD+ 172mm MWD 無磁鉆鋌+ 165mm無磁鉆鋌+轉換接頭+ 127mm加重鉆桿×1柱+ 127mm鉆桿×27柱+ 127mm加重鉆桿×13柱+加重鉆桿×1根+165mm 隨鉆震擊器+127mm加重鉆桿×1根+127mm加重鉆桿×6柱+127mm鉆桿

6 MFB-955魚骨狀水平分支井控制技術總結

6.1 分支井眼側鉆控制技術

分支井眼的關鍵是各個分支的切出，由于委內瑞拉重油帶油層為大段疏松砂巖，因此側鉆采用反復上下活動鉆具造槽和控制鉆時的方法。并采用分支井眼上翹、主井眼下垂，這樣有利于保證完井管柱順利下入主井眼，造槽時可適當增加造槽的深度和長度^[3]。

6.2 分支井眼復合鉆進軌跡控制技術

影響機械鉆速的主要原因是定向鉆進時調整實鉆井斜。在委內瑞拉這種疏松軟地層鉆進時由于馬達本身有一只近鉆頭穩定器，雖然這種結構決定其本身是一個增斜鉆具，但是由于其地層的特殊性，鉆頭側向力容易發揮作用，井徑也容易擴大，所以地層越軟，越容易降斜。在鉆進時也不需要施加過大的鉆壓鉆進，而導致鉆壓小于鉆具的臨界彎曲力，致使鉆具在其自重力的作用下產生下傾現象。我們通過增減穩定器的技術來解決鉆具增降斜的技術難點，解決此現象的技術是，去掉國內施工時加在馬達上部的欠尺寸穩定器，增加其鉆具上翹的可能性，從而減小鉆具在復合鉆進時的下傾趨勢。

6.3 隨鉆震擊器在分支井中的作用

MFB-955魚骨狀水平分支井井在其分支井眼施工中，發生了兩次粘卡，由于鉆具組合中使用了隨鉆震擊器，通過其工作時的上、下震擊，有效地解決了粘卡等復雜的鉆井情況的發生。隨鉆震擊器的使用可以避免發生遇阻時上提拉力過大而將鉆具卡死，和發生粘卡現象時井下震擊力不夠，很大程度地防止井眼卡鉆事故的發生，從而大大地提高鉆井時效。

6.4 魚骨狀水平分支井的鉆進方式選擇

現在常用的鉆進方式是前進式，主井眼順利下入防砂篩管的成功率較高，后期完井相對主動;主要缺點上部分支井眼完成后，再次下鉆時在分支井窗口處可能會進入分支井眼，而不是既定的主井眼，從而達不到預期的目的。因此在施工中必須循環徹底，避免分支井眼完成后主井眼鉆進時巖屑在窗口處過量堆積導致分支井眼被堵塞。

參考文獻：

[1]穆龍新，韓國慶，徐寶軍，委內瑞拉奧里諾科重油帶地質與油氣資源儲量，石油勘探與開發，石油工業出版社，2009.12（6）：784-786.

[2] 耿應春，孫銘新，勝利油田魚骨狀水平分支井鉆井技術，石油鉆采工藝，2007.05.

[3] 邢洪憲，牟小軍，徐榮強，劉鵬，水平分支井鉆井及完井技術，鉆采工藝，2008.31（3）：21-24