渤海稠油油田水平分支井钻完井技术

　“十五”规划确立高新技术发展新目标~

中国海油在2000年总公司第十五次科学技术委员会全体会议上讨论并形成了中国海洋石油总公司“十五”科技发展计划。在计划中特别强调要加强技术创新，发展高科技，大力推广应用高新技术，并实现产业化，以增强总公司的国际竞争力，保证中国海油的可持续发展。
一、实施高科技战略，承担国家“863”高技术计划的重大项目
国家“863”计划在资源环境技术领域设立了“渤海大油田勘探开发关键技术”重大项目。为完成好该重大项目的研究任务，国家科学技术部李学勇副部长与中国海洋石油总公司罗汉副总经理于2002年6月19日共同签署了合作协议书。中国海洋石油总公司牵头承担了该重大专项和海洋资源开发技术主题的9个课题：
a．海上时移地震油藏监测技术。油田开发地震监测技术的主要目的是对储层流体属性在时间和空间上的变化进行动态监测，为调整和优化开发方案提供准确的信息，同时寻找剩余油的分布，从而提高原油采收率，降低生产成本。
b．可控三维轨迹钻井技术。该项技术瞄准国际前沿钻井工程技术，研制一套旋转导向钻井系统和分支井完井工具。通过此技术研究可在渤海多井口平台和地下复杂油藏分布的情况下进行三维轨迹钻井和分支井完井工作。
c．渤海油田深部调驱提高采收率技术。渤海稠油油田提高采收率技术的研究首先从以下4个方面进行：①砾石充填防砂井生产测井仪的研制；②渤海油田生产过程中的油藏保护技术；③渤海油田超越水驱阶段的深度调剖技术；④海上注聚合物技术。其中海上注聚合物技术为国家863项目，主要是研制速溶、抗盐的复合型和缔合型聚合物。
d．渤海平台抗冰振技术。渤海北部海面在冬季结冰会造成海上平台的振动并带来危险，研究可抗冰振的海上平台是通过冰载荷实验和平台的隔振技术研究，使锦州20-2北平台达到抗冰振的目的。
e．钻井中途油气层测试技术。为在钻井过程中及早发现和评价油藏，降低勘探开发成本，要建立一套适合于渤海地质条件的地层综合测试仪，部分取代试油和钻杆地层测试。
f．海底管道的外探测装置及其检测技术。通过研制光纤传感器进行海底管道的实时检测，以确定海底管道受冲刷的悬跨状况；进行海底管道的阴极保护电位不接触式测量；在浑水的条件下，使用水下激光成像系统能够对在300m水深裸露的管道受损情况进行水下观测。
g．浅水超大型浮式生产储油系统关键技术。渤海蓬莱19-3大型油田的开发需要超大型的浮式生产储油系统，但由于渤海的水深只有20～30m，建造30万t超大型浮式生产储油系统的最大技术难题就是水浅。在此情况下经过对FPSO运动特性的研究和实验，最终解决浅水效应问题。
h．海底管道修复技术。通过研制水下干式管道维修舱，可在渤海海底管道不停产的情况下进行管道的切割、自动焊接等修复。
i．东海陆架盆地复杂天然气藏地震勘探判别技术。东海盆地地质情况复杂，天然气勘探遇到用地球物理勘探方法如何有效识别天然气藏的技术问题，该技术将对海底出现的“多次波”等问题进行研究，最终建立用于地震勘探的天然气藏识别系统。
二、“十五”重点研究项目将解决海上天然气勘探、渤海稠油开发等重大关键技术问题
中国海油“十五”重点研究项目是针对海上天然气勘探、渤海稠油开发和深水勘探开发等重大问题而设立的综合研究项目。部分项目或项目中的部分内容已申请为国家863高科技课题。为完成好各项目的研究任务并有较大的技术创新，中国海洋石油总公司与中国科学院共同签署了“十五”科技合作协议，并在中国科学院立重大专项《海洋石油开发若干科学技术问题研究》。总公司的重点研究项目主要有：
a．渤海稠油油田少井高产开发可行性研究。如何做到海上稠油油田的少井高产开发，以最大限度降低开发成本，该项目从研究大港、胜利等陆上已开发油田的开发效果，再对海上已开发油田进行虚拟开发，又通过对水平分支井的研究与实践，可对未开发油田提出新的并能做到少井高产的开发方案。
b．渤海油田钻完井过程中的油层保护技术研究。通过对稠油油藏损害机理研究，完成在钻井、固井和完井过程中低（无）油气层伤害的低密度水泥浆体系和进攻型完井液的研制。
c．稠油油田储层精细油藏描述研究。渤海上第三系属于河流相沉积，其储层的纵、横向变化都很大，给油藏描述带来很大的困难。该课题通过对研究区的岩石物理参数与地球物理特征关系研究、地震速度纵横向变化与沉积相变化之规律研究，建立精细油藏描述方法和软件。
d．全海域第三轮油气资源评价。应用美国联邦地质调查局的资源评价方法（UAGE）对我国海域进行第三轮油气资源评价，计算出当前技术条件的可采资源量。
e．南海莺琼盆地高温超压地层固井技术研究。继南海高温超压地层钻井技术研究之后，再通过双作用防气窜水泥浆体系研究和防气窜封隔器的研制，形成高温超压地层的固井技术。
f．中国近海大中型天然气田勘探技术研究。海上天然气勘探在很大程度上依赖于地球物理勘探技术的进步，通过对勘探区内的地震参数及特殊处理方法的研究，重点解决南海和东海天然气勘探中的关键问题。
三、为进一步提高科学研究水平，与中国科学院开展全面的技术合作
为在我国第十个五年计划期间使石油与天然气的储量和产量有较大增长，把我国海洋石油建成东部地区油气产量主要增长基地，依靠科技进步，大力发展海洋石油高新技术已成为石油工业在新世纪可持续发展的战略性问题。为此中国海洋石油总公司卫留成总经理与中国科学院路甬祥院长于2000年5月25日在北京签署了要在“十五”期间进行整体高新技术合作、共同实施技术和知识创新工程、共创海洋石油工业大发展的合作意向书。2001年11月26日中国海洋石油总公司蒋龙生副总经理与中国科学院杨柏龄副院长正式签署了中国海洋石油总公司与中国科学院“十五”技术合作协议书。
中国海洋石油总公司与中国科学院技术合作项目“海洋石油开发若干重大科学技术问题研究”共包括13个专题。在首席科学家郑哲敏院士和曾恒一院士的带领下，中国科学院已有8个研究所的140名科学家参加研究，其中有院士4名，副研究员和博士研究生以上职称和学位的有107人，加上中国海洋石油总公司参加共同研究的人员共计184人，已经构成了一个有极强实力的中国一流海洋石油研究队伍。
中国海洋石油总公司为满足国家对油气战略资源、规划和安全的需要已提出了高速高效的5～10年中长期发展规划。中国海域在未来的10年内将使油气总产量达到5500万t，成为中国油气产量增长的主体。在2003年7月16日结束的年中工作会议上发出了“创新成就未来”的号召，提出要使科技创新成为中国海油的核心竞争力。中国海油与中国科学院的科技合作就是通过知识创新和技术创新以使我国海域的天然气勘探、稠油开发和新领域勘探开发有重大突破。经过1年左右的研究，已经取得了以下初步成果。
（一）为海洋石油勘探开发和技术发展，创建技术平台，提高国际竞争力
1．已初步建成了具有我国自主知识产权的海洋石油地震并行处理系统
由中国海油研究中心与中国科学院地质地球物理研究所合作开发了128个CPU的PC机群并行计算机硬件系统和用于海洋石油地球物理资料并行处理的软件系统。该系统除可以完成常规三维地震资料的并行处理外，还可以并行处理多波地震、高分辨率地需、时移地震等特殊处理模块，还可以在一体化软件平台上进行新处理模块的技术开发。该系统在年内可投入使用。
2．具有我国自主知识产权的超大规模油藏模拟并行计算机系统即将进入调试阶段
中国科学院软件所已开发成功油藏数值模拟软件（黑油模型）的并行解法器PRIS，并在国际上有较大的影响。结合我国海洋油气田开发的实际需要，研制一台可达千亿次计算速度、64个CPU的LINUX微机机群，能在8h内实现150万个节点、100口开发井、20年开采历史的油藏模拟并行计算。目前已基本完成软硬件建设，准备用实验数据进行调试。该系统的研制成功将不低于国际同类先进产品。
（二）与生产实际紧密结合，解决海洋油气生产中的关键技术问题
a．为使渤海油田到2010年成为全国第二大油田，努力提高渤海稠油油田采收率是关键性技术，其中研制抗盐速溶聚合物，采用调剖注聚技术是近期攻关的课题。中国科学院化学所和西南石油学院通过承担国家863高科技项目，已经分别研制出符合速溶（不超过2h）和抗盐（40000mg/L）能力的聚合物。
b．如何研制出海上新型石油平台，使其在不同的油田发挥最大的效益和最低的成本，中国科学院力学所已开始从监测平台整体结构等基础研究入手，为今后进行新型平台研制创造条件。
c．为尽快实现海上油气的多相（油气水）混输，最大限度降低海上油气田工程建设成本是国际上多年来未攻克的高技术难题。中海石油研究中心与中国科学院力学所的专家已经在多相增压和高效分离等方面开展研究，现已完成了部分室内实验。
d．在我国南海水下每年会发生具有巨大灾害性的内波，这是目前国际上都很关注但没有能拿出研究成果的难题。中国科学院海洋研究所和力学所联合承担了南海内波的研究，现已拿出在南海平台进行观测的方案。该项成果不仅能为南海平台设计提供指导性意见，而且能对我国的战略安全提供重要技术信息。
e．在南海已开发的东方1-1气田和深水地区的海底是由起伏不平且不断移动的沙波和沙脊组成的，对海底管线的安全造成了很大的威胁。中国科学院海洋所和力学所准备用海底原位监测与多波束海底地形观测相结合的办法研究出沙波、沙脊变化规律和力学分析，以期得到对海底管线安全的评估。
f．海底管线的腐蚀将是越来越突出的问题，中国科学院海洋所针对牺牲阳极保护下的海底管线，预测牺牲阳极的有效剩余寿命。
g．渤海稠油油田的生产测井是油田开发的一项关键性技术，由中海油田服务公司和中国科学院声学所承担了筛管外分流流量井下测量仪的研制。目前已经完成了部分室内实验。
（三）为海上新领域的勘探开发进行前瞻性研究
a．在我国南海的深水区有着丰富的油气资源，由中国海洋石油总公司和国家自然科学基金委联合资助的“南海深水扇系统与油气资源”重点项目由中海石油研究中心和成都理工学院、中国科学院南海所等共同承担。该项目的研究将对南海深水区沉积扇的油气潜力进行分析研究，为深水勘探提供技术依据。
b．在南海和东海的深水区进行地震勘探会因为“多次波”的干扰而使获得的地震资料失真。中国科学院地质地球物理所承担了深水地震勘探方法研究，完成了基于波场延拓的崎岖海底地震资料成像方法的软件研制及数值模拟计算，开始在实际资料上进行试验。
c．海上深水区的勘探突破必然会带来深水油田开发。中海石油研究中心和中国科学院力学所合作已开始进行深水平台的调研和技术准备。
d．渤海由于新构造运动控制了晚期成藏，中海石油研究中心和中国科学院地质地球物理所对渤海地区的郯庐断裂进行了深入的研究。该项研究会对渤海新勘探领域产生新的认识。
以上各项研究是以解决我国海洋石油生产中的关键问题为主，同时又兼顾了海洋石油可持续发展的前瞻性研究。研究的结果不仅是解决了关键性的技术问题，更主要的是增强了海洋石油勘探开发的技术能力和我国在海洋石油核心技术方面的国际竞争力。随着合作研究的深入，中国科学院将发挥其知识创新工程的整体优势，以创新引领海洋石油工业的未来。
四、为中国海油的全面协调发展，设立以技术推广应用和技术产业化为主的技术发展型项目
技术发展型项目主要有：
·小水线面油田交通船的研制
·海上地球物理成像测井仪产业化
·海上钻井防砂筛管生产线的研制
·海洋工程高效焊接技术开发与应用
·地震数据处理解释系统的引进、开发及应用
·海上油田污水环保处理方法研究与应用
·异型金属衬管聚苯乙烯工艺研究
·原油破乳剂生产自动控制技术
·海底管线涂敷配重研究
·油田化学处理剂研究
·合成氨装置增产节能改造
·沥青新产品开发
·投资风险分析软件研制
这些项目研究对于专业技术服务公司的技术应用、产业化以致形成核心技术有很大的政策引导作用；对于各个海洋石油基地公司的技术发展并形成贴近主业的支柱产业有很大的扶持作用。
五、为实施人才战略和提高科研水平，成立中国海油博士后工作站
2002年中国海油成立了以海洋石油勘探、开发和工程有关课题研究为主的博士后工作站。工作站现有15名博士，分别来自中国科学院、清华大学、北京大学、石油大学、中国地质大学等。博士后工作站挂靠中海石油研究中心管理。
六、建立健全科技管理体系
在2002年中国海油第十七次科学技术委员会会议之后，各所属单位相继建立健全了科技管理机构，在总公司已发布科技发展管理办法的基础上，各单位也完善了本单位的管理办法。总公司科技管理体系（包括各所属单位的科技管理）从职能方面包括：科技规划与计划、综合科研项目管理、技术发展项目管理（包括技术推广应用、技术创新与产业化）、技术标准与质量管理、知识产权管理、知识管理、科技交流管理、学会工作管理、科技统计管理和科技期刊管理。
总公司科技管理体系管理层次包括：总公司总经理兼总公司科学技术委员会主任、总公司科学技术委员会、总公司科技发展部、中国海洋石油有限公司各业务部门有分管科技的负责人、各所属单位设科技管理部门或岗位。
七、科技激励机制
中国海洋石油总公司从2002年开始实施了一套综合性的科技激励机制。
1．建立中国海油专业技术拔尖人才，实施人才战略
经过中国海油科学技术委员会的评选，共产生了61个人的总公司级专业技术拔尖人才。从此形成了院士、享受政府特殊津贴人员、总公司级专业技术拔尖人才和所属单位专业技术骨干组成的宝塔式人员结构。
2．设立中国海油技术发展基金，引导各所属单位形成核心技术
从2002年开始中国海油拿出2000多万元用于支持所属单位的技术发展并逐渐形成具有自主知识产权的核心技术。经过论证的项目，总公司支付1/3的研究经费，其余2/3由各单位支付，在产生经济效益后返还总公司所支付的费用。此政策相当于国家的中小企业技术创新基金。
3．完善总公司科技奖励机制，加强对技术创新的奖励
在原有中国海油科技成果奖励办法的基础上进行了完善，分为一次性奖励和效益提成奖励。一次性奖励由一等奖（不超过2项）15万元、二等奖（不超过5项）6万元和三等奖（不超过8项）2万元组成。效益提成奖规定可在科技成果产生经济效益后，在税后年净增利润中提成5%～35%用于奖励。
4．奖励专利发明人，努力增加具自主知识产权的专利技术
在新制定的中国海油专利管理实施细则中，对国内发明专利的发明人奖励200～15000元，国外发明专利的发明人奖励300～30000元，实用新型和外观设计奖励50～2000元。
中国海洋石油总公司通过“十五”科技发展计划的实施，随着国家863计划的高科技研究项目和总公司“十五”重点科研项目成果的相继产生，已经初步形成了一批具有自主知识产权的核心技术，这是中国海洋石油高新技术中最具有活力和国际竞争力的核心技术。

水平井钻井技术是利用特殊的井下动力工具与随钻测量仪器,钻成井斜角大于86°，并保持这一角度钻进一定长度井段的定向钻井技术。在油气田开发中，水平井可以增加裸露出油面积，数倍地提高油气产量。
水平井钻井技术包括随钻测量技术、井眼轨迹控制技术、井壁稳定技术、钻井完井液技术等。从垂直井段转变为水平井段的曲率半径越小,施工难度越大。
水平井按曲率半径分，可分为长半径水平井、中半径水平井、短半径水平井、超短半径水平井。按照井的类型分，可分为常规水平井、套管侧钻水平井、分支水平井。按照水平井的用途分，可分为生产水平井、注入水平井、横向勘探水平井。
水平井钻井技术起源于20世纪的30年代，发展于80年代。全球每年钻各种水平井在20000口以上。在国内，以胜利油田、辽河油田、新疆油田、长庆油田、塔里木油田等为代表的一些油田，也广泛应用水平井钻技术，开发各种油气藏，每年钻各类水平井2000余口，并都见到较好的效果。

如前所述，在渤海已开发的油田中稠油油田占80%左右。如果将这批稠油油田的采收率提高2个百分点，相当于又发现了一个亿吨级的大油田。如果采油速度提高1倍，渤海的原油产量将大幅度提高。绥中36-1油田是典型的稠油油田，经过几年的开发，单井日产量只有20～80m³,C区油层属多层系，目前产量只有20m³左右，针对绥中36-1低产区C区的特点，探索采用水平分支井和简易防砂技术，为开发渤海稠油油田，提高采收率作好技术储备。水平分支井的井位选择的两条原则：第一，原油黏度比较大的稠油区；第二，开采的油层具有一定的产油能力，具有最小的地质风险，具体表现为具有一定的地质储量，距油水边界有一定距离，储层分布稳定，油层的有效厚度较大，一般大于6m。

绥中36-1油田为储层疏松砂岩的稠油油田，油田增产措施受到一定的限制。根据油田特性，在C平台共钻5口水平分支井，每口井有1～4个分支不等，分支井段长度100～150m。

一、水平分支井工程设计

（一）地质工程设计

绥中36-1油田C平台水平分支井的目的层为东营组下段的第1油组第4小层，油层平均厚度约18m。主井眼设计双靶点，分别位于水平段起始点和终止点，分支井眼设计单靶点，位于分支井段终止点。靶点设计距离第四层顶部6m。主井眼轨迹的控制窗体：长×宽×高为井眼长度×10m×2m；分支井眼轨迹的终了点的窗口宽×高为10m×2m，并且终止点偏离主井眼的距离要大于30m，有利于提高地层流体的泄流面积。图10-8为井眼轨迹控制窗体示意图。

图10-8　井眼轨迹控制窗体示意

表10-9　水平分支井工程数据表

（二）钻井工程设计

绥中36-1-CF1、绥中36-1-C25hf、绥中36-1-C26hf的井身结构、套管程序、靶心设计及定向井工程设计详见表10-9。除此以外，还进行了钻具组合设计、钻井参数设计、水力参数设计、各井段的钻完井液工艺设计、固井工艺设计、测量方式设计、钻头使用的优化选择等。

二、井眼轨迹控制特点和工艺

（一）水平分支井井眼轨迹控制难点

1．浅层松软地层绕障防碰问题

在已钻丛式井的采油平台钻水平分支井，绕障避碰是上部井段的关键问题。

2．松软地层造斜技术

为了绕障，需要在浅部疏松地层中进行预斜钻进，而大尺寸钻具组合在松软地层中造斜存在技术上的难度。

3．井壁稳定及井眼净化

φ311.2mm井眼段，井斜60°左右，裸眼段长。井壁稳定及40°～50°井斜的井眼净化问题突出。

4．侧钻与中靶

在同一油层内，钻主井眼及分支井眼，裸眼侧钻及中靶难度大。

（二）水平分支井上部井眼轨迹控制技术

1．φ660.4mm井眼轨迹控制

φ660.4mm井眼为隔水导管，钻进过程中防碰问题是本井段的关键问题。

2．φ4445mm井眼轨迹控制

本井段主要为造斜段。开始造斜钻进时存在井眼防碰的问题。地质特点为地层疏松，胶结性差，不利于造斜钻进。钻进过程中采用的主要技术措施如下。

a．使用导向钻具配合牙轮钻头，马达弯角为1.5°。在MWD受磁干扰的情况下辅助以单点陀螺定向钻进，避免了井眼发生碰撞，同时保证井眼轨迹沿设计方向钻进。

b．为保证浅部松软地层造斜成功，钻进时采用小钻压0～3t、小排量3000～3500L/m、60～80rpm的参数加以控制。每柱滑动两个单根，旋转钻进一个单根，滑动钻进占整个钻进的70%～80%，平均狗腿度为3°/30m，保证井眼轨迹平滑。

c．本井段使用海水搬土浆钻进，钻进过程中视井下情况替入高黏钻井液携砂。

3．φ311.2mm井眼轨迹控制

本井段是水平分支井最关键的井段，也是面临的困难最严峻的井段。主要采取如下措施进行井眼轨迹控制。

a．本井段使用常规导向钻具＋随钻测量工具控制井眼轨迹，马达弯角1.15°，采用滑动和旋转两种钻进方式交替控制井眼轨迹，稳斜井段主要以旋转钻进为主，造斜井段以滑动为主。每钻进一个立柱，划眼清除井壁的岩屑床，必要的话，采用短起下清除岩屑床。

b．由于该稳斜段长，钻进时间长，为了防止套管磨损，下套管顺利，严格控制造斜段的狗腿严重度小于5°/30m，稳斜段的狗腿严重度在1°/30m左右。

c．本井段使用抑制性较强的JLX/KCL/PLUS钻井液体系钻进，增强抑制性、润滑性，提高井眼净化能力。

d．要求进入油层切入点的角度不低于86°。

e．根据随钻测量工具距钻头的距离，判断最终井段进入主井眼控制窗体（图10-9）的第一靶心处的井斜要求不低于90°。

（三）井眼轨迹控制常用的导向钻井系统

1.AutoTrak旋转导向钻井系统

AutoTrak旋转导向钻井系统的井下工具包括定向控制系统、电子传感器和地质导向工具。定向控制系统主要是利用1个非旋转滑套来对井斜和方位进行控制。滑套包括3个水力控制的稳定块及控制元件。系统能够对3个稳定块施加不同的液压，最后产生的合力矢量将使钻头沿着设计的井眼钻进。这种合力矢量能够自动对3个工具面控制。也可以从地面钻井液脉冲调整。

其工作原理：非旋转可调扶正器滑套，此非旋转滑套并非不旋转，根据现场经验，非旋转滑套以2转/分的速度正转，旋转速度主要取决于地层特性及机械钻速。通过液压可推动活塞分别对3个稳定块施加不同的压力，其合力就使钻具沿某一方向偏移，从而使钻头产生侧向力，见图10-9。

图10-9　AutoTrak工作原理

图10-10　PowerDrive工作原理

2.PoWerDnive旋转导向钻井系统

PowerDrive由控制单元和偏斜单元组成，在旋转状态下，偏斜单元的相位相差120°的3个导向块中的某一块每次通过某一特定的径向方位时，控制单元内的液压信号使同步导向块伸出与井壁接触，对钻头产生一侧向力，从而达到控制井斜角和方位角的目的，见图10-10。

PowerDrive有49个控制点和81个控制点两种控制模式，每个控制点有两种控制因素，即工具面和狗腿强度百分数。各个控制点通过调节泵的排量来调节，每个控制点调节控制的时间各不相同，但是信号传输的时间均为70s。现场根据实测结果，推测井眼轨迹的走势，适时调整Power-Drive的设定模式，保证井眼轨迹按设计趋势钻进。

图10-11　信息传输环路示意图

3．旋转导向钻井系统的控制回路

自动旋转导向系统能够在连续旋转的过程中进行精确的定向控制，实现方位和井斜的调整，而且可以实现边钻进边测井的功能，大大提高机械钻速，减小扭矩和摩阻，提高钻井作业效率。自动旋转系统有两个信息传输环路，一个是井下工具和地面之间的控制环路，一个是井下工具内部的自动控制环路，见图10-11。

（四）φ215.9mm水平主井眼及分支井眼轨迹控制技术

1．工程概况简介

φ215.9mm井眼的主井眼及分支井眼在同一油层内，主要钻穿目的层，该井段的井眼轨迹控制技术是水平分支井的核心内容。主井眼及分支井眼使用旋转地质导向钻具完成井眼轨迹的控制。钻具组合如下。

旋转地质导向钻具组合：φ311.2mmPDC钻头＋φ234.95mmAutoTrak或 PowerDrive＋φ298.5mm上扶正器＋φ200mm非磁钻铤×1根＋φ203.2mmMWD＋φ203.2mmLWD＋φ203.2mm非磁钻铤×2根＋φ165.1mm震击器＋φ139.7mm加重钻杆×14根。

水平分支井的水平主井眼及分支井眼的控制技术基本相同，只是分支数目不同而已。因此，这里仅以SZ36-1-CF1井为例进行阐述。

本井设计主井眼和4个分支井眼，目的层为东营组第1油组第4小层，第4小层油层顶部深度为海拔－l502m，油层厚度18m。设计主井眼长400m,4个分支井眼分别为第一分支150m，第二分支100m，第三分支150m，第四分支100m。根据第4小层储层特点，考虑储层地质风险，靶点设计在第四小层顶以下6m±lm。根据地质要求，φ311.2mm井眼钻进至第四小层顶以下6m+lm，并且最终着陆井斜不小于890，因此，φ311.2mm井眼至井深1901m。0244.5mm套管下到1900m并固井以封固上部油层，然后用φ215.9mm井眼钻水平主井眼95m至1996m后，开始钻第一分支，第一个分支在主井眼的右侧。

图10-12　SZ36-1-CF1井井眼轨迹图

2．分支井眼轨迹工程控制技术

在1996m静止钻柱，通过地面系统产生的泥浆负脉冲下传指令至井下导向工具，调整井下的导向工具，以最大导向力及增井斜的方式旋转定向钻进大约10m，依靠近钻头测斜仪测量数据来判断钻头的方向及井斜角的大小。然后向右扭方位，以5°/30m的造斜率沿第一个分支设计的井眼轨迹钻进，每10m至少测斜1次，监测井眼轨迹的走向。

第一个分支钻钻进至2154m后完钻，分支长度150m，循环钻井液清洁分支井眼，短起下至套管鞋，循环替入新配制的合成基/油基钻井液。

起钻至199Ⅱm，从这里开始侧钻主井眼。在1991m至1996m造台肩。然后，下传指令使扶正器块回到回收状态，修理台肩。之后按较慢的机械钻速钻进以实现侧钻。

一旦侧钻成功，按照设计，调整导向力的大小和方向重新造斜，依据地质导向跟踪油层钻进至2046m，完成该段主井眼的钻进。

准备钻第二个分支井眼，第二个分支井眼在主井眼的左侧。

在2046m静止钻柱下传指令，调整井下旋转导向工具的导向力和导向力方向定向钻进，使用近钻头测斜仪测量。按照水平分支井的设计钻井参数，以5°/30m的造斜率沿第二个分支钻进。为保证井眼轨迹在设计的误差范围内，在分支井段钻进时每10m测斜一次，或者加密测斜次数。第二个分支完钻后，循环钻井液清洁分支井眼，短起下至套管鞋，循环替入新配制的合成基/油基钻井液。

第三个分支及第四个分支井眼均按照以上原则钻进。井眼轨迹见图10-12。

三、水平分支井的钻完井液工艺技术

（一）水平分支井对钻完井液的特殊要求

水平分支井的主要目的是降低储层污染，增加油气产量，提高采收率。水平主井眼及分支井眼均在油层中钻进，要求钻完井液既要完成钻井任务，又要保护油层。根据水平分支井的特点，要求钻完井液至少应满足以下5点要求。

a．维持井壁稳定。井眼不稳定的话，将导致井漏、井壁剥落以及缩径，通常有力学和化学两方面作用。

b．井眼润滑性能良好。随着井斜的增大，摩擦阻力增大，受钻井设备及工具的影响，必须控制摩擦阻力，可以从钻井工艺及钻井液两方面考虑解决，要求钻完井液具有良好的润滑性。

c．井眼净化良好。根据“Boycott效应”，井斜在40°～50°的井段，钻屑容易下沉，在下井壁形成岩屑床，给后续作业带来较大风险，水平分支井的技术井段的井斜均超过了40°～50°的范围，钻屑下沉必然存在，因此要求钻井液具有良好的携砂和悬浮性能。

d．控制滤液的滤失量及漏失量。大量的滤液及钻完井液进入储层，势必对储层造成污染，加大表皮系数，控制滤液及钻完井液的漏失量，不但最大限度地保护储层，而且还降低了工程作业风险。

e．最大程度地保护油气层。要求钻完井液与地层流体具有良好的配伍性。

（二）水平分支井钻完井液

1．水基钻井液

隔水导管使用海水钻进，替搬土浆携砂。

φ444.5mm表层井段使用海水搬土浆钻进，适时替高黏钻井液携砂。海水搬土浆的配制方法：在钻井液池内加70m³钻井水，按0.3～0.5kg/m³浓度加入烧碱（NaOH）和纯碱（Na₂CO₃），清除钙离子和镁离子，软化钻井水；再按80～90kg/m³的浓度加入搬土，水化6h后，混入50%的海水并搅拌均匀。闭路循环钻进，钻进过程中，替高黏钻井液携砂。如携带能力不足，使用提黏剂调整钻井液性能。

φ311.2mm井段使用PEM钻井液体系。提高携砂性能，增强抑制性。二开采用JLX/KCl/PLUS体系，开钻前配好胶液。使用稀搬土浆开钻，根据井眼状况决定转化泥浆体系（JLX/KCl/PLUS），基本在馆陶组底部转化，用配制的新浆维护。尽量使用大排量钻井，防止携砂不好。钻馆陶组地层时，为减少渗漏，可加入单封提高泥饼质量，减小摩阻。为确保井下干净，尽量维持YP在设计上限。改善泥饼质量，增强泥浆抑制性，改善钻井液的流变性，提高携砂能力，减少对地层的冲蚀，保证井径规则。下套管前在钻井液中加入润滑剂，增强钻井液的润滑性，全井段使用石灰石加重。

2．合成/油基钻井液

该合成基钻井液以合成有机物为连续相、盐水为分散相、有机土为悬浮固相，加入乳化剂、增黏剂和润滑剂等组成一种逆乳化悬浮分散体系，即油包水结构的钻井液体系。其性能与油基相似，但由于其不含芳香烃，毒性小，可生物降解，闪点高，凝固点低，又能溶解稠油，所以特别适合于稠油油田的钻井作业。

该油基钻井液以矿物油为连续相，海水加CaCl2为盐水相，配合使用各种添加剂组成。其优点是：①较高的油水比，并加入磺化沥青减少摩擦，提高了润滑性，降低摩擦系数；②高温高压滤失量低，造壁性强，形成的井壁泥饼具有韧性及润滑性，从而稳定了井壁，减少泥页岩的水化膨胀；③携屑和悬浮能力强，有利于改善井眼的清洁；④在平衡地层压力的情况下，尽量维持低的钻井液密度，减少了压差卡钻的几率；⑤流变性好，井眼净化能力强。

该合成基/油基钻井液与原油有良好的配伍性，油层渗透率恢复值达95%以上。在完成每个分支和主井眼作业后，起钻前均替满新配的无固相合成基泥浆，解决固相污染问题；进入油层井段后，采用屏蔽暂堵技术。

3．隐形酸螫合型完井液

本品可有效防止由于各种作业液、地层水之间不配伍导致的储层损害；各种处理剂在储层孔隙中吸附、滞留、附集导致的储层损害；射孔完井难以解除液相、处理剂对储层的损害；射孔完井难以解除孔眼之间纵向上的屏蔽暂堵环；将完井液与酸洗液相结合，解除液相、处理剂和酸溶性暂堵剂对储层的损害；对酸溶出高价金属离子进行螫合作用，防止高价金属离子二次沉淀导致的储层损害。

4．滤饼清除液

为了防止合成基/油基钻井液滤饼堵塞筛管缝隙，必须把合成基/油基钻井液滤饼最大限度地清除。构成合成基/油基钻井液滤饼的固相的成分是：酸溶性材料，有机土和沥青类降滤失剂。因此，油基钻井液滤饼清除液HCF的设计思路是：用酸解除泥饼中的酸溶性材料，并使整个滤饼松动；用溶剂型有机物来溶解沥青类降滤失剂；用高效清洗渗透剂处理滤饼；利用粘土稳定剂来防止储层粘土水化膨胀、分散运移；利用降黏助排剂解决完井液与稠油不配伍的问题。为此，研制的油基钻井液滤饼解除液是一种相对稳定的水包油乳液体系，该体系处于井下时，乳液体系稳定性破坏，无机相和有机相各自发挥其作用。

合成基/油基钻井液滤饼清洗解除液的组成：水＋酸＋清洗渗透剂＋溶剂型有机物＋粘土稳定剂＋缓蚀剂＋稀释降黏剂，密度调节可用KCl。该体系属水基乳液，与易挥发、易燃、有毒的有机溶剂相比，提高了使用的安全性，降低了完井成本。

其中，用盐酸、氢氟酸等来提供酸性，以混苯作为有机相，来溶解沥青类降滤失剂，以壬基酚聚氧乙烯醚、快渗剂T作为清洗、润湿剂，以有机胺作为缓蚀剂，用柠檬酸作为铁离子稳定剂，平平加型表面活性剂作为稀释降黏剂，低分子聚季铵盐作为粘土稳定剂。

（三）环境保护

使用的合成基/油基钻井液及钻屑不允许排放入海，防止污染海洋环境。合成/油基钻井液运回陆地储存，准备下一口井使用；而钻屑在平台回收装箱，运回陆地进行处理，成功实现了零排放。到目前为止，共钻了6口水平分支井，没有一口井由于使用油基钻井液而发生环境污染的问题。

四、水平分支井的固井工艺技术

φ508.0mm隔水导管固井采用插入法，水泥浆返至泥面，水泥浆密度1.90g/cm³，附加量200%，稠化时间93s，使用早强剂提高水泥浆的早期强度，不需候凝进行表层作业。φ339.7mm表层套管使用单级封固，水泥浆返至井口，水泥浆密度：前置浆1.58g/cm³，附加量150%，封固上部井段；后置浆1.90g/cm³，附加量100%，稠化时间127s，封固套管鞋200m。使用早强剂提高水泥浆的早期强度。

φ244.5mm技术套管使用单级双封的固井方法，一级水泥浆封固技术套管鞋及油层以上200m，二级水泥浆封固上部套管鞋上下各200m。一级水泥浆的密度1.90g/cm³，附加量40%，稠化时间238s。二级水泥浆的密度1.85g/cm³，附加量150%，套管内不附加。添加剂类型为CG712L降失水剂。使用钻杆传输测φ244.5mm技术套管的固井质量，所有水平分支井均合格。典型的水平分支井的固井封固情况见图10-13。

图10-13　SZ36-1-C26h水平分支井井身结构示意图

五、钻完井周期分析

已钻的6口水平分支井的钻井周期、完井周期及井深等数据见表10-10。6口水平分支井平均井深2337.67m，平均钻井周期15.25天，平均完井周期2.95天。

表10-10　水平分支井钻完井周期数据表

六、结束语

水平分支井钻完井技术在渤海绥中36-1稠油田试验取得了成功，大大提高了稠油采收率，为渤海开发稠油油田开辟了一条崭新的、高效的途径。为开发渤海湾稠油油田，提高采收率做好了技术储备。

旋转闭环钻井系统AutoTrak和PowerDrive在渤海地区都是初次应用。成功地进行了井眼轨迹的控制，保证中靶率100%，而且井眼轨迹平滑，为接下来的钻完井作业提供了很好的保证。

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