3、辽河工程院]鱼刺型分支水平井在稠油油藏中的应用.doc

1、第六届全国石油钻井院所长会议论文集17鱼刺型分支水平井在稠油油藏中的应用易发新 喻 晨 李松滨 朱太辉（辽河石油勘探局工程技术研究院 124010）【摘 要】 辽河油田油品以稠油为主，稠油 产量占总产量 70%以上。目前稠油主力区块都处于开发中后期，蒸汽吞吐平均达到 8.3 轮次，因此提高老区最 终采收率成为油田稳产的关键问题。通 过钻井手段提高采收率是目前石油开采普遍采用的上产手段。辽河石油勘探局开展 “鱼刺型”分支水平井技 术攻关，其目的是根据油藏条件设计井眼并进行井眼空间分布，以有效增加油层的裸露面 积，提高油藏 动用程度，以增大注蒸汽波及体积，最终达到提高采收率的目的。【关键词】 稠油

2、油藏 蒸汽吞吐“鱼刺型” 分支水平井技术 采收率 生产效果前言辽河油田稠油水平井主要开采方式是蒸汽吞吐。在注蒸汽过程中水平段上的压降不均匀，导致水平段吸汽不均匀，往往使得水平段末端吸汽效果差，这样阻碍了原油流动。同时稠油粘度严重影响蒸汽波及半径，特稠油和超稠油一般蒸汽波及半径小于 35m，为提高油藏动用程度，只能通过人工办法增加波及体积。实践证明：在稠油的开发过程中，靠简单增加水平段长度难以更大提高油藏动用程度、改善开发效果，因此提出了“鱼刺型”分支水平井。以有效增加油层的裸露面积，提高油藏动用程度，以增大注蒸汽波及体积，最终达到提高采收率的目的。目前在曙一区超稠油油藏完成的杜 84兴平 23

3、8Z 和杜 32兴平 309Z 两口鱼刺型分支水平井，水平段总长分别达到 8371151m ，油层钻遇率达到 100%，投产后获得理想的生产效果。1 鱼刺型分支水平井地质设计概况杜 84-兴 H238Z 井 的 目 的 层 是 沙 河 街 组 1+2 段 的 兴 组 油 层 。 该 油 层 属 于 扇 三 角 洲 沉 积 ， 储层 岩 性 主 要 为 砂 砾 岩 、 砾 状 砂 岩 、 含 砾 砂 岩 和 砂 岩 ， 粒 度 中 值 平 均 0.38mm， 平 均 泥 质 含 量 4.5%，颗 粒 间 呈 点 接 触 ， 泥 质 胶 结 。 油 层 顶 面 埋 深 665 685m， 油 层

4、平 均 厚 度 15.5 31.8m， 平 均 21.9米 。 储 层 物 性 条 件 比 较 好 ， 平 均 孔 隙 度 31.0%， 平 均 渗 透 率 为 1.550m2。 从 原 油 性 质 上 看 ，20时 的 原 油 平 均 密 度 为 1.0076g/cm3， 50时 的 地 面 脱 气 原 油 粘 度 为 19.16104mPas， 胶 质 +沥青 质 含 量 平 均 56.8%， 凝 固 点 平 均 29， 含 蜡 量 平 均 1.8%。 地 层 压 力 系 数 为 0.98， 目 的 层 地 层温 度 为 33。杜 32-兴 H309Z4 井目的层兴组是湖底扇沉积，储层岩性

5、主要以中细砂岩、含砾不等砾砂岩和砾岩为主。粒度中值平均为 0.210.44mm，平均泥质含量 7.97%。颗粒磨圆度较差，以次尖-次圆为主，颗粒间呈点接触，泥质胶结，胶结类型以孔隙式、接触式为主。储层物性条件比较好。岩心样品分析资料结果统计，孔隙度平均为 32.2%，渗透率平均为 1.48m2，兴组油层为高孔隙度、高渗透率的储层。根据原油全分析统计结果表明，该块兴组原油物性：20时原油密度平均为1.005g/cm3；50 地面脱气原油粘度是 6.16104mPas；胶质+沥青质含量平均为 51.8%；凝固点平均是 20；含蜡量平均为 2.1%。按稠油分类标准，属于超稠油。杜 84-兴 H238

6、Z 和杜 32-兴 H309Z 井位部署图分别见图 1 和图 2。主井眼靶点设计数据分别如表 1，表 2 所示。鱼刺型分支水平井在稠油油藏中的应用18图 1 杜 84-兴 H238Z 井位部署图 图 2 杜 32-兴 H309Z 井位部署图表 1 杜 84兴 H238Z 主井眼靶点设计数据靶心坐标 m靶点 设计层位纵坐标 横坐标中靶井深m靶区范围mA 兴 组(S1+2) 4556368.0 21399688.0 696B 兴 组(S1+2) 4556625.0 21399992.0 696水平段纵 1，横2表 2 杜 32兴 H309Z 主井眼靶点设计数据靶心坐标 m靶点 设计层位纵坐标 横坐

7、标中靶井深m靶圈半径mA 兴组（S 1+2） 4557099.5 21403119.0 1071B 兴组（S 1+2） 4556997.8 21402773.3 1069水平段纵 1.0，横2.0根据钻井工程总体方案，杜 84兴 H238Z 和杜 32兴 H309Z 均采用三次开钻的井身结构设计方案，用表层套管封固平原组松散地层，用技术套管封固水平段入靶点以上地层，用 215.9mm钻头钻进水平段，并采用 LWD 随钻测量技术进行近钻头地质导向钻井作业。完井时在主井眼水平段中下入 177.8mm 割缝筛管，分支井眼采用裸眼完井（杜 84兴 H238 井身结构设计数据见表3，杜 84兴 H309

8、Z 井身结构设计数据见表 4） 。表 3 杜 84-兴 H238Z 井井身结构设计数据开钻次序 钻头尺寸 mm 钻井深度 m 套管尺寸 mm 套管下深 m 完井方式 备注一开 444.5 302 339.7 300 套管固井 水泥返至地面二开 311.1 1094 244.5 1090.49 套管固井 水泥返至地面主井眼 215.9 1488.53 177.8 1488.53 筛管悬挂 悬挂深度 1040mZ1 分支 215.9 1260.74 裸眼 自 1141m 侧钻Z2 分支 215.9 1330.73 裸眼 自 1211m 侧钻Z3 分支 215.9 1430.84 裸眼 自 1281

9、m 侧钻三开Z4 分支 215.9 1470.74 裸眼 自 1351m 侧钻第六届全国石油钻井院所长会议论文集19表 4 杜 32-兴 H309Z 井身结构设计数据开钻次数 钻头尺寸 mm 井深 m 套管尺寸 mm 套管下深 m 完井方式 备注一开 444.5 302 339.7 300 套管 固井二开 311.1 1255 244.5 1251.48 套管 固井主井眼 215.9 1611.35 177.8 1611.35 筛管 不固井F1 分支 215.9 1482.31 裸眼 1300m 侧钻F2 分支 215.9 1532.05 裸眼 1350m 侧钻F3 分支 215.9 1582

10、.14 裸眼 1400m 侧钻三开F4 分支 215.9 1631.93 裸眼 1450m 侧钻2 钻井工程施工概况2.1 工程概况杜 84兴 H238Z 井于 2005 年 12 月 7 日开钻，2006 年 1 月 6 日完井，周期 31d。杜 32兴H309Z 井开钻日期 2006 年 5 月 12 日，完钻日期 2006 年 6 月 22 日，周期 23d。2.2 鱼刺型分支水平井钻井技术2.2.1 鱼刺型分支水平井设计技术鱼刺型分支水平井属于多分支井的范畴。辽河油田近年来一直致力于 TAML4 级多分支井技术的研究工作，并成功进行了静 3159、锦 61212新 22、高 3417

11、等多分支水平井的现场试验。以上这些井分支井眼的直径均小于主井眼套管内径，完井时需要下管柱，生产过程中有重入性的要求，在施工环节上按照先下后上的顺序依次完成各分支井眼。鱼刺型水平井与上述多分支井有明显的区别在于：各分支井眼完井时不下管柱、采油过程中没有重入性要求。因此在井眼尺寸和施工顺序等方面需要进行不同的设计。基本设计思路是： （1）水平段主井眼与各分支井眼的井眼直径同为 215.9mm；（2）主井眼的井眼轨迹采用了鱼钩型设计方案，即在水平段入靶点前设计一个控制点，其垂直深度比入靶点深，位于下面的泥岩地层，主要目的是为了提高技术套管的固井质量，防止馆陶组顶水下窜。 （如图 3、图 4 所示）图

12、 3 杜 84-兴 H238Z 井眼剖面设计图 图 4 杜 32-兴 H309Z 井眼剖面设计图（3）各分支井眼按照先上后下的顺序依次施工。每次先钻进一段主井眼，当钻头到达每个分支井眼的分支处时，先钻完分支井眼，然后将钻头上提到分支井眼的分支处，接着钻进主井眼的下鱼刺型分支水平井在稠油油藏中的应用20一段，直到完成全部分支井眼和主井眼的钻进工作。（4）在各分支井眼钻进过程中，如果需要换钻头或进行短程起下钻，必须保证下钻时钻头顺利进入该分支井眼；当某一分支井眼完成后，在后续的主井眼或其它分支井眼的钻进过程中，下钻时则绝对不能错误地进入该分支井眼。（5）完井下筛管时，必须保证筛管柱顺利进入主井眼而

13、不是各分支井眼。2.2.2 优化钻具组合设计技术鱼刺型分支水平井的钻具组合不同于常规水平井的钻具组合配置，其原因是：（1）快速侧钻要求；（2）各井眼轨迹控制要求；（3）主井眼中的钻具或完井管柱下入时摩阻力适中要求。为此，在充分认识地层胶结特性、准确预测造斜钻具造斜能力的前提下，根据钻具力学分析结果，合理配置下部钻具组合及欠尺寸扶正器的位置和数量，通过钻具组合与完井管柱的刚性分析对比，要保持造斜钻具的刚性大于完井管柱的刚性，以保证完井管柱顺利入井。为满足最终主井眼钻具或完井管柱下入摩阻力适中的设计原则，在满足轨迹控制要求的前提下，尽可能选择小角度造斜螺杆钻具。表 5 杜 84兴 H238Z 井钻

14、具组合表井段m 钻具名称 钻 具 组 合0208.00 一开钻具 444.5mm钻 头 +730/410托 盘 接 头 + 179mm无 磁 钻 铤 2根 + 179mm钻 铤 4根 + 127mm加重钻杆12根+ 127mm斜坡钻杆380.00 钟摆钻具 311.1mm 钻头+630/410 托盘接头+ 179mm无磁钻铤2根+ 310扶正器 + 179mm钻铤1根+ 127mm加重钻杆21根+ 127mm斜坡钻杆1080.00 导向钻具 311.1mm 钻 头 + 197mm1.75单 弯 螺 杆 +531/410+直 定 位 接 头 + 178mm无 磁 钻 铤2根 + 127mm加 重

15、 钻 杆 2柱 + 127mm斜 坡 钻 杆 11柱 + 127mm加 重 钻 杆 3柱+ 127mm斜 坡 钻 杆主井眼水平段及各分支井段 导向钻具 215.9mm钻头+ 165mm1.25（或1.5）单弯壳体+ 205mm球形稳定器+ +LWD+ 200mm球形无磁稳定器 + 159mm无磁钻铤1根+ 127mm钻杆(25 56)根+ 127mm加重钻杆 40根+ 127mm钻杆表 6 杜 32兴 H309Z 井钻具组合表井段m 钻具名称 钻 具 组 合0302 表层钻具 444.5mm3A钻头+ 托盘接头+ 203mm无磁钻铤1根+ 203mm钻铤 2根+ 178mm钻铤9根+ 127m

16、m钻杆302750 钟摆钻具 311.1mm3A托盘接头 197mm无磁钻铤1根 203.2mm钻铤1根 311mm稳定器 203.2mm钻铤1根 311mm稳定器 178mm钻铤9根 127mm钻杆7501026.91 导向钻具 311mm钻 头 + 197mm1.75(或 1.5)单 弯 螺 杆 + 290mm稳 定 器 +定 位 接 头 + 197mm无 磁 钻 铤 1根 + 203mm钻 铤 2根 + 127mm加 重 钻 杆 30根 + 165mm上 击 器 + 127mm钻杆1026.911098.87 导向钻具 311.1mm3A 197mm1.5（ 或 1.75） 单 弯 螺

17、杆 290mm稳 定 器 定 位 接 头 197mm无 磁 钻 铤 1 2根 203.2mm钻 铤 1 2根 127mm加 重 钻 杆 30根+ 127mm钻 杆1098.871255.00 导向钻具 311mm钻头+ 197mm1.5单弯螺杆(1.75)+ 290mm稳定器+定位接头 + 197mm无磁钻铤2根+ 203mm钻铤1根+ 127mm钻杆15根+ 127mm加重钻杆 30根+ 165mm上击器 + 127mm加重钻杆 15根+ 159mm钻铤9根+ 127mm钻杆第六届全国石油钻井院所长会议论文集21主井眼水平段及各分支井段导向钻具 215.9mm钻头（PDC或牙轮）+1.25（

18、或1.5） 165mm单弯螺杆+ 205mm球形稳定器+ LWD+ 200mm球形无磁稳定器+ 159mm无磁钻铤 1根+ 127mm钻杆(2556)根+ 127mm加重钻杆+ 127mm加重钻杆40根+ 127mm钻杆2.2.3 鱼刺型分支水平井悬空侧钻技术鱼刺型分支水平井悬空侧钻技术是鱼刺型分支水平井的关键技术。悬空侧钻后的井眼轨迹必须保证无论是造斜钻具组合、测井工具还是完井管柱下入过程中，当到达每一个分叉处时，都能顺利进入主井眼而不是各分支井眼。其技术要点是：（1）要防止钻具或完井管柱再进入各分支井眼在鱼刺型水平井各分支井眼的轨迹控制中，必须保持最终形成的主井眼垂向轨迹在各分支井眼的下部

19、，使钻具或完井管柱在重力的作用下，沿主井眼前行。（2）必须保证分支井眼与主井眼之间开始分叉的夹壁墙快速形成并具有不易坍塌的特性在辽河鱼刺型分支水平井岩性胶结程度差的松散稠油区块，为防止侧钻分支井眼与主井眼之间的夹壁墙坍塌，井壁稳定是该井型水平井钻井工程中的一大难题。因此，在侧钻过程中，必须快速形成夹壁墙，并且夹壁墙形状不可形成单一的垂直方向。最终形成的夹壁墙在垂向和水平面方向上都产生分离，一防止夹壁墙在重力作用下坍塌。（3）松散地层悬空侧钻施工过程中，按照划槽、打窝和控制钻进三个步骤进行主井眼的侧钻。不同与胶结程度较好的中硬或硬地层，不可反复划眼，以免造成悬空侧钻井段井斜方位变化过大，轨迹失控

20、。（4）新的主井眼形成后，当下钻到分支处后，依靠钻具重力的作用，确保顺利进入主井眼中。2.2.4 鱼刺型分支水平井轨迹控制技术采用 LWD 随钻测井技术进行地质导向钻井作业，可以有效的提高判别精度和轨迹控制精度，从而提高实施效果。图 5 LWD 随钻测井示意图2.2.4.1 可以精确判断地层岩性及地层界面，预测、校正微构造在水平井地质导向跟踪过程中准确判断岩性变化，确定岩性界面是最重要的的一个环节。（1）LWD 随钻测井电阻率资料与常规测井电阻率曲线基本一致。在幅度值及曲线形态方面基本吻合。可以取得与电缆测井一样的岩性及地层界面判别精度。（2）LWD 随钻测井技术可以提供多条随钻电测曲线。与邻

21、近、井进行对比分析。确定地层厚度、产状、含油性、沉积旋回性、标志层位置等信息。预测地层构造变化。根据轨迹实际钻遇的各标志层位置与邻近井或导眼地层的深度、厚度变化。可以准确的预测出每套标志层的厚度、局部微构造变化。采用连续跟踪的方式，就可以更准确的推演预测出目的层的鱼刺型分支水平井在稠油油藏中的应用22构造、厚度变化情况。由于 LWD 随钻测量信息精度高，提高了整个预测结果的精度。2.2.4.2 可以及时判断钻头在薄层油层中的位置，为水平段轨迹调整提供及时有效的信息LWD 随钻测井是测量一定半径内的地层岩电特征。在水平段内通过跟踪曲线幅度值变化特征。及时对工程参数进行修正，确保轨迹在目的层内。

22、3 实施效果杜 84兴 H238Z 和杜 32兴 H309Z 同为 5 分支鱼刺型水平井。杜 84兴 H238 井周期 31d，水平段总长达到 837m，杜 32兴 H309Z 井周期 23d，水平段总长达到 1151m。两口井油层钻遇率均达到 100%。杜 84兴 H238Z 鱼 刺 型 水 平 井 2006 年 1 月 28 日 至 2 月 14 日 开 始 第 一 轮 注 蒸 汽 ， 累 计 注汽 量 7176t， 2 月 18 日 至 3 月 8 日 放 喷 ， 14d 采 油 784.4t； 3 月 15 日 至 5 月 2 日 抽 油 机 生 产 ， 抽油 1821.6t。 第 一

23、 轮 注 汽 合 计 采 油 2606t。 目 前 ， 该 井 已 完 成 第 二 轮 注 汽 ， 从 6 月 22 日 转 入 第 二轮 采 油 生 产 。图 6 杜 84-兴 H238Z 鱼刺型水平井采油曲线图本井首轮蒸汽吞吐与同区块相邻的常规水平井杜 84兴 H244 相比，累计注汽量增加了79.4%（见表 7） ，累计采油量增加了 61.6%，平均日产量增加了 72.5%（见表 8） 。表 7 杜 84-兴 H238Z 井首轮注汽量与邻井对比表井号 油层厚度 m 层数 锅炉出口压力 MPa 井口油压 MPa 平均注汽干度 % 累计注汽量 t杜 84-兴 H232 314.3 1 14.

24、6 13.8 75.7 4158.0 杜 84-兴 H238 398.2 8 13.6 11.3 75.8 7176.0 杜 84-兴 H244 403.7 1 12.1 10.6 75.6 4000.0 表 8 杜 84-兴 H238Z 井首轮采油量与邻井对比表井号 油层厚度 m 生产天数 d 注汽量 t 注汽强度 t/m 累计采油 t 油汽比 平均日产油 t/d杜 84-兴 H232 314.3 90 4158.0 13.2 1738.0 0.42 19.3 杜 84-兴 H238 398.2 73 7176.0 18.0 2606.0 0.36 35.7 杜 84-兴 H244 403.

25、7 78 4000.0 9.9 1613.0 0.40 20.7 杜 32兴 H309Z 井 2006 年 6 月 25 日至 7 月 10 日进行了第一轮注汽，注汽量 1100 t，因注汽压力过高，采取放喷开采，待泄压后继续第二轮注汽。从 7 月 11 日开始放喷到目前已累计放喷158t,平均日放喷量 39.5 t/d。第六届全国石油钻井院所长会议论文集234 结论和建议（1）杜 84兴 H238Z 井是辽河油田独立完成的第一口鱼刺型分支水平井，也是中国石油在稠油油藏中钻成的第一口真正意义上的鱼刺型分支水平井。（2）杜 84兴 H238Z 和杜 32兴 H309Z 两口鱼刺型分支水平井在设计

26、技术和悬空侧钻技术等方面取得了实质性突破，配套技术的应用和采取相关工程措施方面比较成功，为现场试验的成功奠定了基础。（3）杜 32兴 H309Z 鱼刺型分支水平井水平长度达到 1151m，油层钻遇率 100%，实现了重大技术突破，居国内领先水平。（4）鱼刺型分支水平井技术与油藏精细地质研究相结合，准确预测储层，是发挥鱼刺型分支水平井技术作用的前提，也是提高油层钻遇率的有效方法。（5）杜 84兴 H238Z 井第一轮蒸汽吞吐生产数据初步说明，利用鱼骨型分支水平井能大幅度提高水平井的生产效率，对提高水平井的最终采收率有一定的积极作用。（6）对于松散型油气储层来说，扩大鱼刺型分支水平井应用范围和数量

27、，对后期进行开发方式转换将起到积极的推动作用。（7）建议广泛开展鱼骨型分支水平井的现场试验，以获取提高采收率和采油速度的有效途径。作者简介：易发新，男， （1966 年 8 月）湖北省松滋市人，汉族，1984 年 7 月毕业 于西南石油学院管理工程计算机专业，1991年 9 月在西南石油学院地球物理勘探系攻读硕士学位，1994 年北京石油勘探开发科学研究院攻读博士学位， 1997 年8 月大连理工大学力学博士后工作站、 辽河油田博士后工作站。 现任 辽河石油勘探局工程技术研究院院长，高级工程师。 通信地址：辽宁省盘锦市辽河石油勘探局工程技 术研究院， 邮编 124010，联系电话：手机：13504277962，办公室：04277833637