分支井完井技术及增产措施效果评价资料.docx

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分支井完井技术及增产措施效果评价资料

摘要多

分支井完井对各个分支段的隔离、控制以及井壁稳定技术日渐成熟，我国近些年在多分支井完井方面取得了很大进步，研制具有自主知识产权的完井系统，但是，与国外先进的完井装置对比，大多是针对某一地区油气田设计的，缺乏普遍性，在工艺上很难大范围推广。

我国在解决多分支井筒的隔离问题上与国外还存在差距，主要体现在完井井下装置智能程度不高、可控性差等方面。

本文通过对国内外分支井完井系统及配套工具调研，从分支井完井技术，及增产措施效果评价方面入手，结合实验分支井

完井设计及施工，研究分支井的重入技术和膨胀管定位多分支井技术，并对实验分支井增产改造措施进行效果评价。

关键词：

分支井重入技术；膨胀管定位；增产改造AbstractMultilateralwellcompletion'sisolationofeachbranchsegment,controlandwellborestabilitytechnologybecomingmature.Ourcountryinthemultilateralwellcompletionhavegreatprogressinrecentyears.Ourwellcompletionsystemisdevelopedwithindependentintellectualpropertyrights.But,comparedwithforeignadvancedwellcompletiondevice,mostofthemaredesignedforablockoilandgasfield,whichislackofgeneralapplicabilityanddifficulttolarge-scalepromotion.Ourcountryexistsgapwithforeigninisolationproblemofmultilateralwell,whichismainlyreflectedinthecompletionofdownholedevicewhichintelligentdegreeisnothighandpoorcontrollability.Thispaperstudythebranchwellcompletionsystemandtoolssupportingthroughtothedomesticandforeign,fromthebranchwellcompletiontechnologytotheevaluationandstimulation,combinedwiththedesignandconstructionofexperimentalmultilateralwellcompletion,researchbranchwellreentrancetechnologyandthepositioningofbulgedtube.Throughevaluatuingtheeffectofmeasurestoexperimentalmultilateralwellstimulation.Keywords:

multilateralwellre-entrytechnology;positioningofbulgedtube;stimulateandreform目录第1章概述11.1背景及意义11.2技术思路11.3研究内容21.4国内外研究现状2第2章分支井完井32.1分支井完井系统32.2分支井重入技术62.3膨胀管定位多分支井技术10第3章完井设计及施工123.1完井优化设计123.2重入技术跟踪评价14第4章增产改造204.1分支井增产改造施工工艺204.2分支井增产实施20结论27参考文献28致谢29第1章概述1.1背景及意义随着多分支井完井的先进程度显著提高，完井过程中对各个分支段的

隔离、控制，以及井壁稳定技术也慢慢成熟。

在多分支井完井方面我国学者总结前人经验，努力科研，研制出了一部分具有自主知识产权的完井系统。

但是，与国外先进的完井装置相对比，这些系统大多是针对某一地区块油气田而设计的，还缺乏普遍适用性，在工艺上很难进行大范围扩展。

渤海弯盆地、辽河油田、胜利油田，以及新疆等地是我国多分支井

的主要聚集地区。

具有自主知识产权的分支井完井系统主要有胜利油田钻井工艺研究院开发的尾管悬挂器定向回接系统和预开窗分支井完井装置和辽河油田工程技术研究院设计的多分支井完井系统，以及中石油勘探开发研究院开发的膨胀管定位多分支井系统。

目前我国在解决多分支井筒的隔离问题上与国外还有一些的差距，主要

体现在完井井下装置智能程度不够、可控性差等方面。

为了增强井下装置的可控性，选择最合适的完井作业过程，对多分支井的重入技术和膨胀管的定位技术的研究是至关重要。

通过分析具体油田的实际施工方案和技术路线，对多分支井钻井、完井、增产以及后期修井过程中分支井重入技术提出具体可实施的方案，减小作业过程中的施工风险和对储层的伤害。

通过对分支井后期改造措施评价，优选施工参数，得出最佳增产改造措施。

1.2技术思路论文从分支井完井系统出发，重点研究分支井重入技术和膨胀管定位多分支井技术，主要包括斜向器重入技术、探头导向重入技术及膨胀管定位技术。

结合井身结构和综合测井解释成果，对其重入技术进行评价。

通过储层增产改造施工设计思路及施工参数优选，进行增产效果评价。

1.3研究内容论文以多分支井完井及多分支井改造为前提，从分支井完井技术考查，了解国内外多分支井完井技术现状，以分支井眼重入技术和分支井增产改造技术评价为核心，采用理论与实际相结合的办法，进行以下方面的研究：

（1）国内外分支井完井工具及配套技术调研重点查阅贝克休斯、威德福、斯伦贝谢等国外公司分支井完井及增产技术相关文献，并在此基础上针对不同分支井完井系统的分支部位处理方法、连接方式、连接处压力、密封性、重入能力、层间生产控制进行统计、分析、评价。

（2）跟踪分支井钻井设计、完井设计以及收集钻完井过程中相关参数等。

（3）结合分支井增产改造施工全过程，对该井压裂施工设计思路、施工工艺特点以及后期排液技术、增产效果进行分析、评价。

1.4国内外研究现状截至2014年。

全世界的分支井完井技术发展日渐成熟，并形成了多系列的技术，各个国际石油公司均拥有自主知识财权，形成了自己的技术特色。

主要包括北海钻井作业者组织TAML，他们根据统计到的分支井数量及类型，总结并综合了不同的分支完井类型判别方法。

根据对现有技术的追踪和综合，TAML组织制定了分支井完井级别分类标准，并推动了分支井完井技术的快速发展。

多分支井完井技术的应用领域从坚硬、稳定地层的裸眼完井（TAML1级）扩展到了具有充分的连接性能和分隔性能的完井技术上（TAML5、6级）。

多分支井完井方式包括：

裸眼完井、割缝衬管完井、绕丝蹄管完井、套管射孔完井等。

地层强度较低的疏松砂岩油气藏又可以进一步划分为非防砂型与防砂型两类。

裸眼完井、割缝套管（或贯眼套管）

完井、套管（或尾管）射孔完井以及上述三种完井方式的复合完井都属于非防砂型的完井方式。

防砂完井方式又大致可以分为机械防砂、复合防砂、化学防砂和其他防砂方法几类。

第2章分支井完井2.1分支井完井系统当今世界上有各种各样的分支井完井技术，主要由具有丰富的多分支井完井

设计经验的北海钻井作业者组成的TAML组织，根据分支的数量和类型提出了分支完井分类方法。

由于分支井高级技术组织（TAML）的不断努力，最后制定出关于分支井的完井级别的分类方法，使分支井完井技术从1996年以后得到了快速的发展。

在这段时间里，完井技术的重心从在坚硬、稳定的地层进行裸眼完井技术（TAML1级）转到具有充分的连接性能和分隔性能的完井技术上（TAML5级和6级）。

现在的完井技术主要集中在减少磨洗产生的金属碎肩和风险较低的完井系统上，主要为1级完井和2级完井。

1.TAML1级主井筒裸眼，分支井筒裸眼，分支连接处无支持。

所以主要应用在较坚硬、稳定的地层中。

分支井是采用

标准钻井方法钻出的，没有提供水力封隔或机械支承，也没有或很少完井设备。

不需要磨洗套管，不需要下衬管和注水泥，不需要回收造斜器，也不需要安装生产控制设备。

（见图2-1）这种完井方法的优点是：

裸眼井段不使用套管从而节约成本，并且钻进作业简便。

这种完井方法的缺点是：

由于没有套管支撑，限制了为井眼提供足够

的稳定性，防止井壁坊塌的发生；不能有选择地去关井，不能控制生产，只能合采；没有可靠的系统保证在将来的工作中具有重返每个井眼的能力。

图2-1—级分支井示意图2.TAML2级主井筒固井并下

套管，分支井筒保持裸露或预制滤砂管或下入简单的割缝衬管。

这种完井方式经济并且允许进行选择性采油，使完井完全在标准的套管中进行。

（见图2-2）优势在于主井筒的套管提高了井眼的稳定性，如果采用一定的工艺，还可为分支井提供压力封隔。

在主井筒套管完井并根据需要采取增注措施后，可将永久性定向封隔器安装在计的造斜点下面，为将来的再进入作业提供方向和深度上的控制。

然后将造斜器下入封隔器中，并朝向预定的造斜方向。

接下来洗去套管壁并钻分支井。

当分支井钻至预定深度，取出造斜器，并根据油井的需求，采用不同的完井方法。

图2-2二级分支井

示意图3.TAML3级主井筒固井并且下套管，分支井筒不固井但下套管。

分支井筒下入衬管并固定在主井筒中。

（见图2-3）图2-3三级分支井示意图4.TAML4级主井筒和分支井筒都下套管固井，所以主井筒和分支井筒之间有最大机械连接性。

（见图2-4）图2-4四级分支井示意图5.TAML5级如果情况允许，造斜器的下放点可以选择在坚硬、稳定、结实的地层。

（见图2-5）但是，由于经济原因，地质和钻井条件的局限，通常造斜点不具备这样的条件。

所以需要分支处具有良好的连接性和封隔性，以防止地层不稳定对分支连接处造成损坏。

而完井的技术可以满足具有良好的连接性能和封隔性能的要求。

图2-5五级分支井示意图6.TAML6级多

分支六级完井系统是通过特殊套管来完成分支连接处的封隔性与机械连续性。

（见图2-6）6级完井和5级完井最明显的区别是：

（1）无金属碎肩；

（2） 风险性小； （3）施工简单；（4） 施工顺序从上到下。

 这套完井系统的一个优点就是没有金属碎屑，因为没有进行套管开窗或者其他磨统作业。

这套应用特殊变形金属技术可以产生一个全尺寸多分支连接部分，在下入时，系统的有效外径要比两个分支连接分部分的套管座外径的和要小。

在进行分支井筒的钻井和完井之前，就可以对分支连接处进行施工。

过程是把预制的分支连接系统下入井中，进行变形和固井作业之后进行压力检测。

这些作业都在对分支井筒的钻井和完井之前进行，这样不仅减少相对成本并且减少经济风险。

 图2-6六级分支并完井

示意图2.2

分支井重入技术2.2.1斜向器重入技术通过对国内外分支井钻井完井技术的研究发现，可回收式斜向器是分支井钻井的关键技术工具，对分支井的钻井完井起着必不可少的作用。

它在分支点处导引钻头进行方向性的套管侧向磨统，套管磨统成功后，再导引钻头按预定方向进行分支井眼的钻进，目前比较成熟的分支井可回收式斜向器大致可分为以下三种类型：

1.可回收式带胶筒封隔器的斜向器美国某油气公司使用过的一种新型可回收式斜向器，用于侧钻短半径分支井，它由斜向器和封隔器两部分构成，斜向器的斜面上有送入和回收的孔眼，用于施工作业中送入和回收

斜向器，该斜向器的造斜面的角度较大（一般为7°~9°），所以产生的造斜率也较高。

该套结构中可膨胀式封隔器用于固定和支撑斜向器，这套总成可使定向和扩张封隔器的作业在直井内只用一次起下钻便可同时完成。

 2.可回收液压卡瓦式斜向器卡瓦式斜向器的工具底部

有一柱塞，当斜向器下到预定位置时，憋压使柱塞移动，迫使卡瓦卡住工具实现就位。

在就位点处也要安装一只膨胀式封隔器，但其未胀大时的外径较小，这有助于回收，这种封隔器是最有发展的。

在预定位置时，其底部的柱塞移动一弹簧加载的卡

瓦座位于此。

对这种新斜向器的

主要设计要求是能够回收，不影响常规斜向器的性能，其主要设计特性是通过或环绕斜向器的液流流通面积为最大，以便万一回收失败仍能正常采油。

这种斜向器的回收方法主要有两种：

常规打捞母锥；钩形回收工具，此种系统需要将吊钩定向以便适当对正钩槽。

 3.可回收接箍触发式斜向器 可回收接摘触发式斜向器由凹面本体、铰链、卡瓦、触发及柱塞机构等6部分组成。

当斜向器下至预定井深后，上提钻具，使触发机构在套管接缝沟槽内挂住，这时继续上提钻具，触块碰到锁块并推动锁块下行，当锁销进入锁块的中心槽时，压缩弹賛迅速释放，通过柱塞推动卡瓦沿锥面上行，从而使卡瓦和套管内壁紧密接触，下放钻具则可坐牢斜向器。

当完成套管定向开窗并钻完分支井筒后，用专用打捞工具回收斜向器，然后在上部井段继续钻其他分支。

这种可回收触发式斜向器设计先进结构简单，现场使用维修方便，是分支井钻井比较理想的工具，它在国内一些油田进行了现场试验。

2.2.2探头导向重入技术分支井探头导向技术是主要

为了解决后期修井过程中，分支眼选择重入的难题。

（1）.探头导向机构总体结构及各部分主要功能分支井导向机构主要包括：

上接头、连接管、斜坡导向管、探头、锥体、液压油紅堵盖、活塞、弹簧片、卡瓦几部分。

分支井探头导向机构各部分主要功能：

连接管与上接口一连接导向机构的主体部分与上部套管，主要负责导向机构的下探及收回；斜坡导向管一用于维修工具的导向，是修井工具能够顺利的被引导进入分支井口；探头一导向机构的寻址装置，用于对分支井口的寻找；锥体一使卡瓦沿着锥体表面向上运动的同时产生径向位移，使得卡瓦向外扩张；卡瓦一导向机构的定位部分，工作时卡瓦外侧对井壁产生压力及静摩擦力，阻止导向机构由于重力等导致的向下运动的趋势；弹簧片一传递活塞和卡瓦之间的压力；活塞和液压油缸一液压装置，将液压力转化为活塞的推力。

（2）探头导向机构工作原理分析 本机构工作的时候，先将机构从井口送入井下。

利用探头来探测分支井的位置。

当探测到分支井后，在井口打压，使卡瓦胀开，卡住油井套管内壁；密封胶筒膨胀隔离竖井。

之后，减断剪钉，拔出连接管，利用斜坡导向套将修井装置导入分支井。

将装置送入井下过程中，转动装置，使探头能够卡住“窗口”，同时在井口对装置加5吨向下压力，如果装置不再向下移动，说明探头已经探测到分支井。

如果未探测到分支井，可将装置

抬起，重复探测过程，一直探测到分支井为止。

（3）关键技术的解决探头导向技术需要解决的关键问题是寻址装置的设计，其结构见图2-7。

图2-7寻址装置结构示意图按照

导向机构进入井下的情况进行模拟，机构能够顺利地进入及取回，并且探头能够搜索到分支井口的位置。

要保证探头能够准确的搜索到分支井口的位置，必须保证其搜索精度，这就要求保证在搜索阶段的旋转速度和下降速度满足一定的条件。

（1）式中：

V下降——寻址阶段探头竖直下降速度，m/sN转速——寻址阶段探头周向旋转速度，/转；D——主井眼的内径，mm；α——分支井与主井眼的夹角，度。

探头作为搜索分支井口位置的部件，在寻址工作结束之后，井内的修井工具要顺利的进出，必须保证探头不对其产生阻碍，即不存在死角。

发生死锁的临界摩擦角满足：

（2）式中：

F——外界环境对探头的临界压力，N；——临界压力与探头表面夹角，度；f——临界摩擦力，N；N——探头

受到的

表面正压力，N。

由此可以求出：

（3）可以求得临界摩擦角：

（4）探头在定位以后的位置形状如下图2-8所示。

在修井设备进出的时候，必须保证探头能够自由伸缩，即不存在死锁现象，这就要求探头在设计时不可以存在死角。

 图2-8探头位置 本设计方案中，探头前端的形状取一球冠，探头的受力原理见图2-9。

取探头在分支井方向剖面为球冠的底面，取其横截面，交线即为外轮廓圆的弦。

其弦长与探头外表面圆半径

存在以下的关系：

（5）即可求得球面半径：

（6）图2-9临界摩擦角示意图按照这个方案设计，可以避免修井工具在进入和取出时候发生死锁。

2.3膨胀管定位多

分支井技术2.3.1膨账管技术在多分支井中的应用 膨胀管技术概念起源于20世纪90年代。

随着某石油公司在全世界最先开始研究实体膨胀管技术以来，该项技术在钻井工程的很多方面已经得到了运用，有效地解决了石油钻采过程中遇到的很多困难，是石油钻井和生产的一项革命性技术。

它的原理就是用膨胀锥通过液压或机械的方式让一段特殊材料的管子产生塑性形变从而改变其内外径大小和材料强度，使之符合井下工艺要求的一种技术。

实体膨胀管技术的最大优点在于，可以对外径小于上层套管内径的管柱在井下进行径向膨胀，使其内径和上层套管的内径相等或仅相差一个壁厚的大小，这相当于“节省”了井眼直径。

所以可以认为，实体膨胀管技术可以

很好地改善现有的井身结构。

2.3.2 膨胀管定位多分支井技术 工作原理：

膨胀管技术实现井下永久可靠定位，斜向器实现支井尾管管柱送入和开窗侧钻，固井工具实现分支井固井和窗口挤水泥，套统工具实现尾管重叠段和斜向器的回收、套统，锥铣鞋实现主支井眼的连通，分支井重进斜向器和回收工具实现分支井的选择性进入。

 主要技术特点：

多分支井技术是国外近些年发展起来的新技术，许多难题并没有真正解决，尤其是小井眼内的老井侧钻多分支井施工成功率较低。

通过将膨胀管技术应用到多分支井钻井中替代常规的定位方法，实现了井下可靠的定位，从而实现了后续采油、修井和油层改造中各工具的“支井可选择性重新进入”。

特别强调的是，国外专业公司在完成多分支井后，必须使用该公司的特制工具才能进行后续的修井等作业。

并且膨胀管定位分支井技术由于完井后井身结构简单，主井筒通径变化较小，常规修井工具可以直接进入，很大程度上减少了修井的施工难度和分支井的后续维护费用。

另外，常规分支井作业复杂，作业风险大，导致了作业成功率低；而膨胀管定位分支井技术作业简单，工具数量少，起钻次数少，大大提供了作业成功率。

最后，使用该技术可以在一个主井眼中打多个支井，在小尺寸井眼中同样适用。

这个特点可以大大减少钻井成本、降低单井吨油成本；同时在海上或对占地有限制的地区，可以通过增加分支个数，减少井口数来实现减少占地面积。

 专用工具：

在膨胀管定位方式的基础上，自主设计出可回收式钻井完井一体化斜向器，设计上有与膨胀管定位装置相配合的机构，当与膨胀管定位装置在井下完成配合锁定之后，然后可以下入钻具组合进行常规侧钻分支井眼工序和下入完井管串进行固井与完井工序。

在可回收式钻完井一体化斜向器驴斜面定位的基础上，设计出专用分支井尾管固井丢手工具。

使用该工具可以将完井管串顺利下入到分支井眼，通过液压方式丢手。

丢手之后可以不起钻进行常规注水泥固井作业，并且该工具可套统回收。

通过下入专门设计的套铣回收工具可以将与主套管重叠的分支井完井管串部分和斜向器一块套铣、打捞出来。

通过专门设计的锥铁鞋可以将膨胀管定位装置的底部封隔铣开，并且不破坏定位装置本身的金属密封环结构，因此达到连通主、支井眼的目的。

特定工艺：

针对膨胀管定位多分支井技术

的主要技术特点、工作原理研究出特定的修井和钻完井工艺。

第3章完井设计及施工3.1完井优化设计对于低孔低渗，低丰度油气田，其研究的重心在于利用水平井及多分支井结合压裂、酸化等改造手段，对地层的有效泄油面积给予最大化的疏导，充分释放产能，提高单井产量及开采效率。

而在开发实践中发现，良好的完井系统有助于保证气井降低污染，对于后续的气井开发调整等措施均提供了充分的物质基础，有着至关重要的作用。

针对A井开发的实际需要，本次完井设计为双分支大斜度井多层段完井及压裂的综合设计，采用国外先进的多分支完井及压裂技术，设计为每单支3-4段，分段压裂。

同时，针对双分支完井技术要求，引进了最为先进及成熟的ML/MS多分支多层段完井及压裂工具体系，解决今后某地区多分支气井的完井难题。

3.1.1地质概况储层岩性描述：

须二、须四储层均为砂岩，普遍含粘土矿物与泥质成份，具速敏、酸敏、水敏性。

须二、须四产出流体具有含水特征，水样氯根100000mg/l左右；天然气富含凝析油；流体不含硫化氢等有毒物质。

3.1.2井身结构如图3-1.图3-1井身结构图3.1.3大斜度井多层段完井设计1.分段完井设计原则①封隔器要有较好的座封位置：

套管内远离幵窗端口的位置，固井质量相对较好的层段，对于目的压裂位置距离相对合理的位置点。

②尽可量的增加压裂裂缝的泄流面积；③使水平井段/斜井段得到最有效的利用。

2.悬挂器位置设计悬挂器位置需要考虑的因素：

①井斜度小于35°；②狗腿度小于10°/30m;③避开套管接箍。

3.2重入技术跟踪评价

分支井眼选择性重入是分支井钻完井技术中的一个非常重要的问题。

钻井作业中，为更换钻头、钻具组合等提钻之后，要确保钻具能够顺利进入待钻井眼；完井作业时，完井管柱需要准确进入分支井眼；在后续长期开采的过程中，又面临着定期洗井或采取增产措施

、修井等作业管柱重入分支井眼的问题。

3.2.1斜向器重入技术1.斜向器重入系统主要工具：

可回收式斜向器可回收式斜向器工作原理：

斜向器的工具底部有一柱塞，当斜向器下到预定位置时候，憋压使柱塞移动，迫使卡瓦卡住工具来实现就位。

在就位点处也要安装一只膨胀式封隔器，但其未胀大时的外径应较小，这将有助于回收，这种封隔器是最有广泛的应用前景。

在预定位置，其底部的柱塞移动一弹簧加载的卡瓦座位于此。

对这种新斜向器的主要设计要求是能够回收，不影响常规斜向器的性能。

2.完井工艺特点：

（1）斜向器总成定向、送入、套管开窗、描定、修窗一趟钻完成：

利用了陀螺对斜向器定向、下压锚定后，继续的下压，开窗工具与斜向器本体脱离，三段式开窗工具即可以进行

开窗作业。

三段式开窗能够实现开窗、修窗一次完成； 

（2）斜向器总成采用了下压锚定方式，利用了主井眼尾管顶端的回接筒提供的轴向支撑；（3）斜向器锚定机构可以可靠地实现斜向器总成轴向滑移与周向转动的锁定；（4）斜向器总成设计有挡屑接头，可以有效阻止开窗和分支井眼钻井过程中钻屑、铁屑下沉；（5）斜向器总成具有两套回收的机构，分支井眼完钻之后，可以保证可靠

回收。

表3-1送入斜向器钻具组合序号名称总长（m）外径Φ（mm）扣型1密封插入接头1.251904102斜向器锚0.61214411×4103调整短节127411×4104下挡屑接头1.13230411×4105安全丢手接头1.29166411×4106平衡阀1.25166411×4107上挡屑接头1.13230411×4108斜向器总成6.652034119起始铣0.4220043110下西瓜铣1.73200430×41011挠性短节3.03127411×41012上西瓜铣2216411×41013定向接头411×41014转换接头411×4A015钻铤81158.84A1×4A016转换接头4A1×41017加重钻杆300127411×41018随钻震击器158.8411×41019加重钻杆60127411×41020钻杆127411×4103.主要施工工序概述

（1）下入套管刮壁器的钻具组合至回接筒以上5m，对其上、下5m范围内清刮套管壁，上提至开窗点位置，对