WC-A1井TAML五級分支井鉆井技術研究及應用

薛 洋

(中海油田服務股份有限公司， 廣東 湛江 524057)

文昌A油田位于南海北部大陸珠江口盆地珠三拗陷瓊海凸起中部，為低幅披覆背斜構造。油層儲層為珠江組一段，巖性主要為泥質粉砂巖，油層有效厚度0.6～2.1 m，為低滲低孔、多層斷塊儲層，前期采用水平井或側鉆水平井開發，不能完全控制含油面積。為降低鉆井成本，改善油藏開發效果，提高油氣產量，開展了海上TAML五級分支井鉆井技術研究[1-3]。

TAML是按多分支井的連通性(Connectivity)、隔離性(Isolation)、可達性(Accessibility)3個特性來評價其技術和分級的。1997年，英國Shell公司Eric Diggins按復雜性和功能性建立了分支井分級體系，即TAML(Technology Advancement for Multilateral Well)分級[4-5]。據TAML發表的數據表明，目前在全球已鉆成的數千口分支井中，96%左右為四級以下分支井，而五級分支井施工難度大，它不僅能夠在主井眼和分支井眼連結處下套管并注水泥，還增加了可在分支井套管和主套管連接處提供壓力密封的裝置[6-8]。

1 TAML五級分支井井眼軌跡控制

1.1 軌跡設計原則

由于分支井大多數是從套管內開窗側鉆，其軌跡設計通常為三段制，即直(開窗)—增(造斜)—穩(水平)，出窗口后盡快與主井眼分離，但要以軌跡簡單可行為主要方向，最好為二維井；其次造斜率的選擇要應滿足地質對井眼軌跡的要求，還需兼顧后續帶彎角尾管順利下入，狗腿盡量小，不宜超過5 (°)/30 m；最后應以目前該區塊成熟的井眼軌跡控制技術為基礎[9-10]。

在分支點選擇上，要避免套管接箍；選擇穩定地層，盡量避開水層；開窗點需復測套管壁厚及固井質量，選擇水泥膠結較好的地層，保證后續壁掛式懸掛器順利坐掛[11-12]。

按以上原則，通過Compass軟件對WC-A1井進行軌跡設計。導入主井眼軌跡數據，通過地質靶點確認需要水平鉆進的靶點深度及油層的地層傾角，開窗點避開老井套管接箍，采用三段制，造斜結束后進入穩斜段，軌跡設計數據如表1。

表1 WC-A1井分支井軌跡設計數據

根據以上軌跡情況，設計井身結構如圖1。主井眼保留生產，?244.47 mm套管開窗側鉆A1分支井。一開?215.9 mm井段鉆至1 640 m著陸，鉆遇地層依次為粵海組、韓江組、珠江組一段，下?177.8 mm尾管，封固非目的層段；?152.4 mm井段鉆水平段。

圖1 文昌A1五級分支井井身結構設計

1.2 旋轉導向工具優選

如果開窗點附近井斜小于2.5°，需使用陀螺定向，而且通過Landmark軟件計算可知鉆具出窗口后與主井眼中心距分離4 m以上測斜才會沒有磁干擾影響，所以在直井段開窗一般選用馬達造斜至一定角度后，再起鉆更換旋轉導向工具[13-15]。但WC-A1井會下入3.8°大彎角尾管，必須要考慮井眼軌跡平滑，否則一旦遇阻，?177.8 mm尾管極有可能下不到位。鉆井液采用分散性泥漿體系，適當擴眼，有利于尾管下入。綜合考慮磁干擾和井徑，推薦Xcel指向式旋轉導向工具用于該分支井作業，如圖2。

圖2 旋轉導向Xcel工具剖面圖

Xcel工具的工作原理為指向式，不受井徑的影響，在文昌區塊50%～60%力度就能滿足3.0～4.5 (°)/30 m造斜率的要求，地層匹配性較好，而且內置“轉速陀螺儀”，可以解決盲區里工具無法定向的問題，還具有一定的抗磁干擾能力。

2 TAML五級分支井核心工具

2.1 S-3型 Hook Hanger 壁掛式懸掛器

為實現分支井眼與主井眼之間機械連接，Hook Hanger懸掛系統安裝在主井眼套管窗口上，使壁掛式懸掛器能夠在主井眼與分支井眼連接處提供機械支撐，讓鉆具能夠進入主井眼或者分支井眼，并在鉆進過程中隔離主井眼或分支井眼。

壁掛式懸掛器頂部接頭上端連接帶有送入工具接口的坐封滑套或者頂部封隔器，導向器夾頭溝槽定位于頂部短節，分支井眼導向器與坐封工具組合連接下入，在主井眼窗口能夠提供抗扭能力。密封筒面設計于壁掛式懸掛懸掛器的上下短節處，能夠與導向器形成密封。S-3型壁掛式懸掛器結構如圖3所示。

圖3 S-3型壁掛式懸掛器

2.2 分支井眼導向器

分支井眼導向器是井眼重入的關鍵工具，它由GS(導向器回收撈矛)部位、卡入/卡出夾頭、扭矩片、O型密封圈等組成。導向器本體與井筒內的壁掛式懸掛器預留的凹槽、鍵塊相配合實現定位，并利用鉆桿送入，沿壁掛器本體定向部分進入分支，同時管內提供循環通道。通過壁掛式懸掛器隔離主井眼后，導向器能夠進入分支井眼，下放20 kN使夾頭卡入凹槽，過提30 kN驗卡。導向器結構如圖4。

圖4 分支井眼導向器

另外，導向器表面為疏水性材料，組裝導向器與壁掛式懸掛器時，在間隙中涂滿玻璃膠，能夠阻止水泥及雜質進入導向器和壁掛式懸掛器之間的空隙。兩端采用雙向卡瓦，避免固井結束后送入工具時帶動尾管串。在采用雙向卡瓦尾管掛或尾管封隔器后，可以使用尾管送入工具一趟回收分支井導向器，并直接下鉆沖洗混漿，避免水泥混漿凝固。分支井眼導向器性能參數：

最大外徑

169 mm

最小內徑

153.1 mm

長度

9.74 m

脫手力

20 kN

抗內壓等級

34.5 MPa

最大抗拉等級

200 kN

3 現場施工工藝

3.1 主井眼暫堵及一體化斜向器開窗

為保證主井眼儲層完整性和建立分支井眼鉆井過程中循環通道，首先在開窗點以下50 m下入暫堵封隔器，試壓合格后，墊入高黏度泥漿至設計開窗點，防止開窗時候鐵屑和固井期間水泥沉積，影響后期破裂盤打破。

使用一體化斜向器(如圖5)同時實現定向、開窗及修窗。鉆具組合如下：?244.47 mm斜向器+ ?215.9 mm開窗磨鞋+ ?209.55 mm下西瓜磨鞋+ ?161.92 mm撓性短節+ ?218.44 mm上西瓜磨鞋+ ?165.1 mm鉆挺1根+ ?171.45 mm定向接頭+ ?165.1 mm鉆挺5根+ ?127 mm鉆桿。到達設計開窗深度后，測陀螺，調整斜向器工具面。然后投球加壓13.79 MPa坐掛斜向器，下壓50 kN驗證坐掛，繼續加壓至22.4 MPa，擊破開窗磨鞋里面的破裂盤。

圖5 一體化斜向器剖面

開窗及修窗。開窗銑錐到達斜向器頂部時，用醒目顏色油漆每0.20 m間隔標記鉆具深度位置。開窗的過程中先用低鉆壓、小轉速，在確認下西瓜磨鞋全部出窗口后，可逐漸加大鉆壓。修窗時使用高轉速修窗，直至上提下放無阻掛為止。參數：鉆壓10～20 kN，排量60 L/s，轉速70～100 r/min。

3.2 井眼軌跡控制及鉆井液性能維護

由于WC-A1井鉆遇地層主要為粵海組、韓江組及珠江組一段，設計軌跡的連續斜造率為3.5 (°)/30 m，因此分支井鉆進過程中最主要的是對定向井軌跡的控制。通過前期對文昌區塊大量開發、調整井的井史大數據的總結，優選出造斜能力穩定、抗磁干擾強的旋轉導向Xcel工具作業工藝。作業過程中，一開?215.9 mm井段旋轉導向指令選用40%～60%力度即可達到2.5～4.5 (°)/30 m造斜率，確保水平井中靶精度要求。

另外，由于要下入3.8°大彎角尾管，為保證尾管順利下入，兼顧井壁穩定及降低磨阻，鉆井液方面配合定向井軌跡控制，采用分散系泥漿體系，分階段、分地層做好維護措施。粵海及韓江組采用簡單的PDF-PLUS/KCL泥漿鉆進，黏度32～34 s，密度1.10 g/cm3以內。進入珠江組后，將黏度適當提高至35～40 s。完鉆后，井底墊入含高濃度PF-GRA和PF-LUBE等潤滑材料的泥漿，增加井壁潤滑性。

3.3 斜向器回收及壁掛式懸掛器坐掛

一開完鉆后，通過GS撈鉤抓撈斜向器上的回收槽回收斜向器。鉆具組合為：撈鉤+定向接頭+?127 mm加重鉆桿18根+?127 mm鉆桿。緩慢下放撈鉤噴射孔到斜向器打撈槽底部，并做好標記。開排量16 L/s沖洗打撈槽，沖洗完2圈后，投測陀螺，再調整撈鉤方向，打撈斜向器。過提150 kN解封起出斜向器后，然后下入3.8°彎角尾管。若尾管在主井眼封隔器深度遇阻，則說明進入主井眼，此時上提至窗口以上10 m，旋轉45°，繼續嘗試直至進入分支井眼。

尾管串壁掛式懸掛器在開窗點以上10 m，控制下放速度。若管串在預定深度遇阻，則成功定位，繼續下壓100 kN坐掛壁掛器；若沒有遇阻并能下過預定坐掛深度2～3 m ，則沒有定位，此時上提管串至窗口以上10 m旋轉45°，繼續嘗試直至定位壁掛式懸掛器，然后固井。?177.8 mm尾管串如圖6。

圖6 ?177.8 mm尾管串管柱示意

固井完成，通過主井眼導向器清洗主井眼殘留水泥漿至封隔器深度，然后組合分支井眼?152.4 mm水平段鉆具，通過分支井眼導向器并進入分支井眼繼續鉆進。

3.4 實施效果

該井的分支井眼滿足TAML五級分支井工程要求，最終?152.4 mm水平段鉆進330 m，儲層鉆遇率高達98.7%。原主井眼配產25 m3/d，通過五級分支井技術，合計投產83 m3/d，為單井的3.3倍，產液量達到明顯提升，有效地提升了單井產量和控制儲量。

4 結論

1) WC-A1井通過五級分支井鉆井技術，突破了海上平臺受限于槽口限制，增加了井眼在油藏中的泄油面積，實現了對邊際油藏及重質原油的經濟開采；同時有助于老井挖潛分布在不同層位的剩余油，提升了老井的利用率。該技術在海上油氣勘探開發中拓展低效井貢獻了新的思路。

2) 軌跡控制、壁掛式懸掛器坐掛、井眼重入等是五級分支井技術難點，因為后續關系到帶彎角尾管能否順利下入。所以，在鉆井作業前必須對井身結構、定向井軌跡控制、鉆井液性能等方面進行優化，施工中盡量降低磨阻。

3) 目前五級分支井鉆井技術由于技術及工具限制，國內外作業比較少。隨著對石油能源開發的需求，該技術必將成為海上油田增產的主要技術手段之一。我國五級以上分支井技術剛剛起步，許多新式的工具和儀器還有待完善，許多技術難題需要進一步解決。