关于海上薄油层多分支水平井钻井技术研究

彭 江

［中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459］

对于形状不规则、渗透性差的海上油田而言，相关人员如果仍采用传统作业方法，将会存在开采效率偏低的状况，同时还会造成资源浪费问题。为此，开采油田时，可采用多分支水平井钻井施工技术，力求增加泄油面积，确保整体开发效果。再者，多分支水平井钻井施工技术还可有效提升采收率，对降低运作成本可起到积极作用。多分支水平井钻井作业环节中，必须充分考虑控制技术的要求，加强控制要点分析，做出必要调整，方可保证多分支水平井钻井满足设计要求。

1 国内外水平井钻井技术概述

1.1 国内水平井技术现状

我国作为水平井钻井技术研发较早的国家之一，20世纪60年代期间，便有了四川磨 3 井和巴 24 井，但是上述两口井受技术水平、资金条件等因素限制，经济效果一般。“八五”“九五”期间，业内相关人士进行了水平井的研发，全面研究后，在不同种类的油藏中试验了部分理论成果，先导试验后获得了不菲成果。国内诸多油田也广泛使用了水平井技术进行油气藏的开发，如塔里木油田、胜利油田等。每年各类水平井的数量不低于200口，运行和开采效果良好，经济效果突出。塔里木油田中，水平井数量最多，仅从该项工程分析，当地的水平井技术逐渐发展成了“少井高产”的代表，在原油生产中具有十分重要的功效。当下，国内水平井施工期间，需提供的仪器将近900套，方可基本满足国内水平井施工需求，但是需要引起重视的是，适合用于薄油层、边部断块油藏的 LWD 和 SWD仪器大部分依赖于进口。

20世纪90年代以来，钻井技术的研发力度越来越深，出现了诸多有代表性的井，如大位移井、多分支水平井等，并随之配备了较高比例的新工具、新仪器，有效完善了钻井测试和控制水平，同时引入了相应的控制分析等。新时期，国内水平井的发展也可满足基本要求，需引起重视的是国内水平井技术大部分是引进、消化并吸收国外先进技术为主，并未达到国际领先水平，自由知识储备相对薄弱，在硬件设备、软件设施上仍需依赖于国外引进。

1.2 国外水平井钻井技术发展状况

20世纪20年代，有人初次提出了水平井技术，经过40多年的研发和应用，80年代期间，该项技术在美国等地区得到了广泛应用，实现了工业化发展目标，同时还达到了当时的水平井研究高峰。在石油行业中，一般对钻井技术都有严格要求，包括低污染、低成本、高产量等，这一特点导致水平井数量的有所提升。新时期，水平井的钻井完井施工项目呈现出几何倍数的增长趋势。从世界范围内来看，水平井总数高达4.5万，大部分位于美国、加拿大等国家，上述两大国家占比高达88%。近年来，国内水平井钻井技术的发展态势较好，逐渐获得了相关人员的关注。该项技术在诸多油田中都得到了广泛应用，其油藏包括稠油油藏、不整合屋脊式砂岩油藏等多种类型。从石油剩余资源方面分析，由于大部分是超稠油、低渗油，在油藏开发方面存在成本低、效率高的特点，是推动水平井发展的直接动力。

正确进行水平钻井技术的应用，可获得良好的经济反馈，反之负面效应突出。实际工程项目中，相关人员必须进行综合分析，选择合适的水平钻井技术，在水平钻井设计前，必须合理进行调查分析，选准地层。

现阶段，国外对水平井钻井进行了研发，其成本逐步下降，已经降至直井的1.5倍，部分成本甚至仅为直井的1.2倍。这一投入前提下，水平井的产量相对较高，一般为直井的四倍到八倍，效益丰厚。美国水平井的数量占比为6%，加拿大占比10%，中国水平井仅占总数的0.62%。国外水平井主要技术指标方面：从世界范围内分析，已完成的各类水平井数量为4万口，最大水平位移为10 668m，多分支水平井总水平井段长度达到8 318.9m，可在1m薄油层范围内满足轨迹控制要求，同时无脱靶现象的发生。国外水平井钻井作业的研发中，呈现出智能化、集成化的发展态势，更符合新时期发展要求，可明显提升成功概率、综合效益指标等要素。

综上，对于水平钻井技术的未来研发中，相关人员要积极进行钻具、井身结构动力钻具、随钻测试等因素的考虑，力求逐步提高其整体作业水平，提高钻井作业的安全效果。

2 水平井钻井技术的现状问题

现阶段，国内水平井钻井工艺的配套设备已逐步完善，对应水平井钻井工艺技术也日趋进步，在水平井钻井技术的发展和优化中，仍存在下述几方面问题。

2.1 工艺技术缺乏配套性

新时期，尽管水平井钻井工艺得到了优化，但是采油工作、水平井的钻井速度、下部钻具组合受力效果等都存在不足，应充分考虑水平井钻井的优化和井眼轨道控制方面的管理，加强工艺技术水平的提升，否则无法满足大规模工程的应用要求，限制了水平井的应用发展，无法稳定提高企业经济效益。

2.2 技术人员的专业性薄弱

考虑到水平井现场施工的实际需求，人员流动性强，综合技能薄弱，相对而言，专业施工团队数量较少，无法满足水平钻井的施工质量要求。此外，部分油气井设备存在陈旧、老化的情况，如果不及时采用新型工艺设备设施，极易限制专业人员的技术水平。

为了更直观地了解直流式截止阀的结构形式与运动状态，为接下来的流场分析提供模型，首先对于我们所设计直流式截止阀进行三维建模，构成一个完整的阀体结构。所建立的直通式截止阀模型如图1。

2.3 专业设备的配套性较差

由于工艺技术条件、施工成本等方面因素的限制，油田的水平钻井设备存在性能不稳定、配套效果差的问题，部分设备在运行期间易产生隐患问题，增加了事故概率，严重限制了钻井施工作业的发展。

3 水平井钻井主要技术

3.1 套管钻井技术

套管钻井技术落实中，存在设计技术简单的特点，套管钻井技术可广泛应用于油藏储量稳定的结构条件下，也可用于油藏地层倾角小的区域。该技术可有效降低卡钻、井喷事故概率，可明显提升企业施工的安全效果。套管钻井作业期间，必须加强井斜控制、护套管两方面的管理。新形势的套管钻井技术可有效降低钻机作业的费用问题，避免井控、漏失等情况的发生，降低井下事故处理时间。

3.2 欠平衡钻井技术

欠平衡钻井技术包括气体钻井、雾化钻井、常规钻井液钻井、充气钻井液钻井等，属于当下较为常见的钻井技术。欠平衡钻井完井液事故期间，钻井费用较高，钻井液选择难度大，极易发生测井不足、完井不足的情况，生产成本的控制难度偏高。井壁不稳定、地层孔隙压力模糊、地层压力高、产量大、风险大的井中，一般都不可采用欠平衡钻井的方法。该项技术可明显提高油气井的产能，提升钻井效率，还可及时进行地质异常情况的分析，降低压差卡钻等情况的发生概率。

3.3 分支井钻井技术

在进行低产难产储量油藏的开采期间，一般可采用多分支井，可有效提升采收率，降低地面采油管线的成本。包括多分支井眼、叉井眼、垂直井中的几个分支井眼等。上述技术一般应用于薄层产层、透镜体油藏、低渗透率的非均匀地层中，也可将其应用于高黏度油藏、海上钻井作业中。分支井钻井的关键技术包括油藏地质模型方面的精细研究、井眼轨迹控制技术、分支井完井、固井工艺技术等。

4 海上薄油层多分支水平井钻井技术难点分析

当下，海上薄油层开采属于工作难题之一，该项工作具有成本高、技术难的特点，大部分开采方在进行作业中，都会尽量避开这类油田，后果便是该行业中存在着严重的资源浪费问题。结合当下工程项目的发展情况可以看出，海上薄油层分支水平井的钻井作业中，其技术难关仍然较多，具体分析如下。

1）钻井施工的风险级别高。如海上薄油层作业期间，便存在钻井施工难度高的特点，由于水平段较长，同时钻井过程中存在扭矩偏大的特点，极易引发施工风险。此外，多分支水平井钻井作业中，存在施工周期长的特点，同时岩屑床问题也会导致施工难度增加，上述问题的存在都会导致多分支水平井钻井施工风险等级明显上升。

3）中靶精度要求高。对于海上薄油层作业，考虑到其内部油储量一般、分布失衡。为此，实际作业中，必须加强中靶精度的考虑，要从垂深、倾角等方面出发进行全面分析，还要加强地质影响因素的考虑，力求稳定提升中靶精度。

4）储油层的保护难度偏大。多分支水平井钻井施工中，必须充分考虑井深结构的影响，一般机构相对复杂，为了保证及时完成作业要求，必须加强流变性、润滑性的分析。这些问题的存在都会增加储油层保护的难度，处理不当会导致资源浪费问题，严重时还会导致危险事故问题。

5 薄油层多分支水平井钻井关键技术

5.1 多元经验配合技术的应用

水平井的开采期间，必须进行地层倾斜角、井眼倾斜曲率的分析，同时还要进行必要的核算，合理分析滑动钻井规律，对造斜率的规律进行有效分析，优化钻井轨迹要求。薄层中钻进期间，要结合设备的电阻率、加码值等进行轨迹分析，从而判断出薄油层的厚度、倾斜角等要求。

5.2 风险控制级数

薄油层储层的保护作业中，存在难度大的特点，因此钻井施工期间必须针对钻井过程中可能出现的风险因素进行分析，包括扭矩、钻井摩擦等，合理进行相关的控制管理，避免频繁清洗操作，从而确保施工操作的安全效果。技术人员还要进行轨迹控制处理，结合不同岩层存在的岩屑床进行分析，优化相应工具，尽量维持对应部位的润滑性、流动性，合理进行钻探施工，提高钻井井眼的清洁度。

5.3 改造原有评价设备

在对平台钻井设备的改造环节中，针对原有模块钻机进行分析，加强运行方式的考虑，借助泥浆泵模块、钻井液模块、灰罐模块、动力模块等进行综合分析后进行全面优化，从整体角度出发进行分析，进行平台建造费用的优化和测算分析，可采用有限元分析方法进行处理，充分考虑市场修井机设备的相关要求。从整体角度出发对天然气输送、油气输送等进行分析，考虑油气和天然气的市场需求情况，通过压缩机、加湿器等进行改造和分析，提高平台钻探能力的承载水平、空间分布控制效果。

5.4 设备参数调节

特殊情况下，可借助多分支小井眼替代传统常规井点分布模式。同时提高钻杆、套管质量效果，优化套管分布空间。针对泥浆池、钻井液净化装置、压缩机等设备进行综合评估，合理分析不同设备的布置方式、载荷能力，并进行平台质量的参数核算，从而在薄油层多分支水平井中进行全面开发，尽量降低钻井平台的成本。

5.5 结构优化

平台井结构包括：一个注水探井井眼、一个用于注水的分支井眼、两个层级化的组织井眼和四个分支化的层级井眼，这种六个井眼的相应配合，组成了多分支平台系统的优化井眼系统。在对上述结构进行优化时，注意事项如下：①可借助自流注水设备，对邻近井的供能进行处理和补充；②顺序执行直—增—稳—降—增—稳水平段的设计处理，保证整个勘探工作的顺利进行；③关注造型能力、井眼曲率变化等动态信息条件，选择合适的传感设备，并对阻器等工具进行优化，配合处理，降低不同巩固钻探过程中的扭矩；④优化水力参数，合理进行井眼轨道的动态调整。

5.6 综合评估开发效益

不同薄油层的钻井效益存在明显差别，为此在进行钻井施工前，必须合理进行综合数据的分析、地质勘探分析，针对修井空间的承载能力、钻井价值等进行分析，保证其满足生产需求，保证满足设备改造、科学的平台布置等，要求后期薄油层系统的开发中，需提供成本价值基础，尽量选择水泥塞测技术、低钻压小排量的探钻技术等相对先进的旋转导向工具，合理进行岩层系数的分析，提高井壁整体稳定性。针对海上薄油层多分支水平井的开发中，更要充分考虑井眼轨迹控制的精度要求。

6 结语

现阶段，社会各界人士已经意识到能源开采的重要价值，这一转变对海上薄油层的开采工作而言十分有利。新时期，储量低、开采难度高的资源也逐步受到业内人士的关注，随着技术的改进，上述资源得到了良好利用。对海上薄油层而言，存在开采难度高、技术难点多的问题，经常会发生开采不当、资源浪费等问题。因此，相关人员必须进行深入分析和研究，加强薄油层多分支水平井钻井的研发。首先，相关岗位工作人员必须加强现状、前沿技术的分析，考虑其中的技术难点问题。其次，结合钻井液种类、井身结构、设备改造等进行综合分析，力求为海上薄油层多分支水平井钻井技术的发展提供一定借鉴价值。