水平井及多分支井技术
分支水平井钻井技术
水平井水平 段施 工带来 很大的潜 在钻 井风险。 为防止 因定向井段煤层坍塌 、
井 壁不稳 带来 的潜在风 险，在定 向井煤 层段仅仅下入 了玻璃钢套管 ，而 没 有扩孔做 洞穴，使连通难度变大。
３ ）连 通的方式与直井截然不同 水平井与直 井的连通 ，至少是 点对 线的连通 ，加之 在 目标点又造 了洞 穴 ，使连通 方式变为 点对 面的连通 。而与 定向井 的连通 则截然不 同：首先 定 向井 的 目标 区没有造 穴，根本无法 实现点对面 的连 通方式 。如果 定向井 在连 通井段再 有空 间方位 （ 方 向）上 的变化，那么连通 目标区 的控 制范围
多次复核水平井及 定向井的井 口坐 标，根据定 向井 的井眼轨迹数 据和 连通点位置 、连通 方式等 因素，计算分支水平 井着 陆点的井斜 、方位 、垂
深等连通点参数，进而 精确 确定分支水平井的着陆点位置 。
４ ）优 化连 通 工 艺 措 施
ａ ．造斜及连通 时尽可能地缩 短工具零长 ，减小预测 误差 ，保证 Ｅ － Ｍ Ｗ Ｄ 没有磁干扰 。 ｂ ．连通前滑动钻进 ，实 时计 算当前测点的闭合方位 和预测钻头 的方位
多项技术 ，成功实现 了分支水平井与定 向井 的连通 。
１分支水平井与定向井连通的技术难点
面在煤 层段之前达到 一致，并且在整个 目的层井 段保持稳定 ，这 就从整体 上 奠定了连通 的基础 ，从局部上确保 了连通 的精度 。
２ ）对丛式井组进行一体化施工 对 丛式井组一体化设 计之后，最关键 的技 术要点就是对 丛式井组进行
判 断连通 的位 置和偏离情况 ，及 时调整轨迹 ，以达到连通的 目的
３ 现场 应 用
Ｚ Ｙ － Ｈ ４ 一 Ｌ Ｓ 井 组， 井 场 上 设 计 三 口定 向 井 Ｚ Ｙ — Ｈ １ 一 Ｓ 、Ｚ Ｙ ＿ Ｈ ２ 一 Ｓ 、Ｚ Ｙ －
煤层气水平多分支井连通技术
计 不合理 ； （ ２ ） 虽然设 计合理 ， 但轨 迹控 制不精 确 ， 造 成 与 设 定 向 井 井 眼 轨 迹 设 计 ， 定 向井 施 工 结 束 后 ， 再 根 据 实 测 数 据 计 偏差过大 ； （ ３ ） 虽然 设计合 理 ， 但 煤层 较软 容易 失稳 ， 在 设 对 水 平 井 井 眼 轨 迹 进 行 设 计 。
现 代 商 贸 工 业
Ｍｏ ｄ ｅ ｒ ｎ Ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｓ Ｔ ｒ ａ ｄ ｅ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ２ Ｏ ｌ ３年 第 １ ９期
准， 严格按照轨迹 设 计进 行 施 工 ； 轨 迹数 据 准 确 ， 误 差 最 小 着 陆 点 位 置 的 设 计 。水 平 井 主 井 眼 方 位 是 一 体 化 设 计 的 基 化， 保 证 轨 迹 在 二 维 空 间 。从 目前 的 技 术 手 段 上 讲 ， 控 制 井 础 。 只 有 在 甲方 给 定 了水 平 井 主 井 眼 的 方 位 后 ， 才 能 根 据 眼轨迹 在二维空 问 内完全 可 以 实现 ， 但 必 须 进 行 精 心 的 设 主 井 眼方 位 和 井 场 实 际 情 况 进 行 合 理 布 局 井 口 间 距 。 根 据 计 和 良 好 的 施 工 才 能完 成 。点 对 线 连 通 是 水 平 井 与 定 向 井 井 口 间距 选 择 井 口位 置 ， 测 量 井 口坐 标 ， 再 进 行 井 眼 轨 迹 设 连通 的最易实现 ， 也是最佳 的连通 方式 。
一
矩 形 靶 框 。 根据 以往 的钻 井 经 验 ， 靶框长 不足 ５ ０ ｃ ｍ， 宽 不
煤层气多分支水平井钻井技术浅析
煤层气多分支水平井钻井技术浅析摘要: 由于我国煤层气储层具有渗透率低压力低的特点，直井煤层控制面积小，产量低，钻单支水平井不利于后期的排水降压作业，所以现在煤层气开发多采用羽状水平井，羽状水平井需要工艺井与排采井之间的连通，两井连通需要对两井距离方位偏差新的靶点坐标、南北坐标、东西坐标等进行精确测量，找出新的靶点，然后对定向井进行定向指导，确保成功连通。
可以提高单井的产量、降低钻井的综合成本。
本文主要介绍了煤层气多分支水平井的主要特点以及煤层气多分支水平井钻井的几种主要技术。
关键词：煤层气；多分支水平井；钻井技术一、煤层气多分支水平井的主要特点煤层气水平井主要借鉴的是常规天然气水平井的钻井工艺技术，但是，其工作的对象与煤层气的储藏性质和排采方式不相同，所以，在设计及施工的工艺等方面都有自己独有的特点：1、开发目的层比较单一，而且是水平面多分支。
运用多分支的水平井钻井技术来开发煤层气，当前通常是选择某个主力煤层进行开发，在某个单一层相似的水平面上会钻出很多分支，这和油井在两个以上的层位钻出的多分支也不相同。
2、目的层段的分支和进尺比较多。
因煤储层的地层压力及渗透率相对来说比较低，因此，如果要提高煤层气的产量，就要比常规的油气井有更加多的渗滤面积和排气通道，这就会使煤层段所钻的分支变得更多，通常有l到2个主分支，在主分支的两侧需要钻出多个，通常是6到8个分支，而累计煤层段的进尺通常需要达到4000米以上。
3、运用裸眼完井的方式。
煤层气的多分支水平井通常会运用裸眼完井的方式，这主要是因为：（1）煤层气的开发区一般也是煤炭的开采区，比如山西的沁水盆地。
按国家先采气、后采煤、采气和采煤一体化的政策要求，在采完气之后还需要采煤，然而采煤的禁忌是在煤层里有金属套管；（2）因为受到完井技术的限制，当前很多的分支井还较难下入完井的套管或者筛管。
4、主井眼和分支井眼的尺寸比较小。
由于煤层的强度和胶结的程度比较差，容易发生垮塌。
煤层气多分支水平井钻井技术探究
数 、控制 操 作措 施 和施 工之 上认 真 地进 行 分 析 进而 判 断。 ７ 小井 眼 的钻井 技术 。 、 计 的方 向前进 。 ２ 直 井裸 眼 的造穴 技术 。 、 煤 层 气 多 分 支 水 平 井 通 常 采 用 的 是 直井 ， 排采 煤 层气 的生产 井 ， 是 能够 确保 １２ ５． 米 、２ ． 毫 米 的钻 头 进 行 钻 进 的 ， ４毫 １０ ５ ６ 工 艺井 和直 井之 间的连 通 。工作 人 员要 在 直 用这 么小 的井 眼 和长 裸 眼钻 进 时 ，一 定 要解 井 的煤 层气 处造 穴 ， 主要 过程 是 ： 直井 完 决好 小钻 具 、小 螺杆 以及 小 钻头 使 用 的寿命 其 往 及对 井下 的工 作 情况 进行 井 眼 的清 洁 、 判断 、 加 压 、 制循 环 的压 力 、 控 处理 事故 等 方 面的 问 题。 当然 ， 在实 际的施 工 中需要 应 用 的工艺 技 术有 很 多 ， 设备 的配套 也 有一 些要 求 ， 对 比如 钻 机要 装配 顶驱 、空气 欠平 衡钻 井 则要 安 装 井 控 的设 备 ，尤 其是 旋 转 的控 制头 及 液气 的 分 离器 等 。
Ｒ Ｒ 系统 ， Ｍ Ｓ 主要 是 利用 旋 转 磁性 接 头 ， 正 在 钻井 里 可 以产生 几 十米 之外 就 能够 探测 的一 个磁 场 信号 ，在 目标 井 里下 人 一个 有 线 的探 管， 以测 量 出磁场 的强度 及 方 向 ， 通 过对 测 并 量 的数 据进 行分 析来 判 断钻 头 和洞 穴 间 的相 艺。 对 位置 ，在 连通 前 还要 对 轨迹 进行 有 效地 调 当一 口井 完 成之 后 ，通 常需 要进 行 排水 整 ， 样才 能实 现连 通 。 这 降压 以使 煤层 气 解析 ， 这样 才 可 以产气 。 层 煤 ４ 欠平 衡 的钻井 技术 。 、 气 的多分 支水 平 井 因为其 工 艺 的特 点 ，需 要 为 了达到 保护 产 层 、 快 速度 、 于携 带 加 利 专 门的排 采直 井来 排 水 和产气 ，而且 这 口直 煤 屑 的 目的 ， 采用 欠平 衡 的钻 井 技术 ， 是 要 就 井 一定 要水 平 井相 连通 才 可 以达 到 目的。 因 从 另 外 一 口井 里 把 气 体 注 入 到 水 平 井 的 中 此 ，煤层 气 的 多分 支水 平 井通 常 都要 先打 一 间 ， 以实 现在 环空 的气 液 混合 ， 降低 液 柱 的 并 个排 采 直井 ，然 后再 在适 和的 位置 打 一 口水 压力 ，这种 情 况 也只 有在 煤层 气 多分 支 的水 平 井 （ 称 为工 艺 井 ）这 口水 平井 和 直 井 相 平 井 中才会 有 。 也 ， 连通 ， 之后 再钻 多分 支 的水平 井 。 ５ 、井 身 结 构 和井 眼轨 迹 优 化 的 设 计 技 二、 煤层 气 多分 支水 平井 钻井 技术 分 析 术 。 煤 层气 多分 支水 平 井是 多种 先 进 的钻 井 煤层 气 井通 常 比较浅 ，排采 直井 和 工艺 技术 综 合的 运用 ， 主要 有 以下 几种 技术 ： 井井 口问 的距 离 一定 要适 当 ，而 且还 要依 据
分支井技术
增加油蒧动用程度，提高采收率
增 加 平 面 上 及 垂 直 面 上 的 驱 油 能 力， 增 加 产 量。
8。 注 入 井
新井或重钻井
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类型
双向
迭加
三叉
人字形
肋骨形
辐射形
油藏埋深的限制
陆上油田
•经济上可能有问题 •-- 太 浅。 但 是 稠 油 •及 气 除 外 近海油田 •经济上可能有问题
2000 到 4000 英 尺
3.分支井分类及主要剖面类型
3.2不同种类分支井的剖面类型
•带有水平井眼的多层井推荐应用于具有气顶的大厚度油
藏。在此条件下，上层井眼（3-4个分支）在气顶范围内钻进， 下层井眼在油藏的含油剖面范围内钻进（图7）。这在油气接 触面不变。 •这种多层井剖面也可应用于底水油藏，用来防止底水锥 进（图8 a）。 •有非渗透泥岩石和泥灰岩层的含油砂岩和交替分布的油
分支井技术
分支井钻井完井技术
1.多底分支井的定义
国外在20世纪90年代后期大力发展多分支井，被认为是 21世纪石油工业领域的重大技术之一。 所谓多（底）分支井，是指在一口主井眼的底部钻出2口 或多口进入油气藏的分支井眼（二级井眼），甚至再从二级 井眼中钻出三级子井眼。主井眼可以是直井，定向斜井、水 平井。分支井眼可以是定向斜井，水平井或波浪式分支井眼。
主井筒注水泥 分支井为裸眼
主井筒注水泥 分支井下套管
主井筒和分支井 都注水泥
在英国壳牌
分支井钻井完井技术
4.分支井完井技术
4.1分支井的三个关键特征
完井技术是分支井中最复杂、最关键的工艺步骤，分支 井的三个关键特征是： 1.连通性（conectivity） 分支井的管线被一个对中机械连接到主井筒的套管上。静 水力悬挂体系从分支井延伸到最近的套管上。
水平井与分支井修井配套技术
4.1 水平井连续冲砂技术
冲砂液由冲砂液入口入井后，在井口装
c.
置的密封件阻止作用下，冲砂液从环空向
常
下移动，携带砂子进入冲砂管柱内部向上
压 连 移动，向上移动过程中受到冲砂液变换机
反 循 环 连 续
续 冲
构的阻流部分的作用，经过转换部分进入
砂 上部内外管柱环空，通过冲砂液出口返至
工 地面。在冲砂过程中，井口装置和冲砂液
一 水平井与分支井简介
1.2 侧钻水平井
特点：
利用老井套管 成本低 井眼尺寸小 修井难度大
辽河石油勘探局工程技术研究院
4
一 水平井与分支井简介
1.3 SAGD
成对水平井
上方水平 井眼注蒸 汽
下方水平 井眼重力 泄油
一 水平井与分支井简介
1.4 分支井
分支井的井眼轨迹： 有直井、斜井和水
平井三种。
的密封件阻止作用下，冲砂液从环空向下移
d. 低 压 反
动。通过下部内外管柱环空，隔绝了冲砂液
连 与低压地层直接接触，携带砂子进入冲砂管
续 冲
柱内部向上移动。在冲砂液向上移动过程中，
循 砂 受到变换机构阻流部分的作用，经过转换部
环 工 分进入上部内外管柱环空，通过冲砂液出口
连 艺 返至地面。在冲砂过程中，井口装置和冲砂
艺 在冲砂过程中，井口装置和冲砂液变换机
冲
构的管堵部分使冲砂液与上部油管隔开，
砂
达到在冲砂过程中不停泵就可接单根，从
而实现连续冲砂。
辽河石油勘探局工程技术研究院
30
4.1 水平井连续冲砂技术
b.
低 压 正 循 环 连 续 冲
连 续 冲 砂 原 理 图
多分支井完井技术概况
五、TAML的多分支井分类
1级：裸眼侧钻或无支撑连接； 2级：主井眼下套管且胶结并有裸眼分
支井； 3级：主井眼下套管胶结，分支井也下
套管但没有胶结； 4级：主井眼和分支井均下套管并胶结； 5级：压力的完整性可在主、之井的交
汇处通过完井设备获得； 6级：压力的完整性可通过下套管取得，
不依靠完井设备； 6S级：下入井下分流器，成为井下双
三、多分支井技术应用的优势
钻多分支井就是要通过改善油藏泄油特性来提高投 资利用率。 主要目的是：
1、强化采油 2、提高钻井效率 3、提高采收率（特别针对枯竭油藏） 4、转移开采层位。
三、多分支井技术应用的优势
多分支井技术应用的优势是：
1、增加油藏的区域连通性，提高驱油效果，加强高粘稠油的重力泄流 能力，提高泄油面积，从而大幅提高油田采收率；
四、多分支井技术的发展历程
多分支井的概念起源于上世纪30年代，世界 上首先开展多分支井技术研究的是50年代初 期的前苏联。 前苏联工程师格里高扬提出并发展了“生产 层中的井眼分叉能够扩大表面裸露，如同一 颗树的根露于土壤一样”的理论，著名科学 家查偌维奇在格里高扬的启发下认为“带有 均匀岩石渗透率的生产层中的分支井可以提 高石油产量，并与分支井的数量成正比”。
八、多分支井的发展方向
能否应用多分支井技术的决定因素是油蒇工程，但钻井、完井工程技术人 员有责任协调各个项目，对所有数据进行汇总分析，评估主、支井交汇处 的稳定性，包括如套管开窗作业的铁屑清洗设计，是否要求重返井眼进行 修井作业等等。多分支井项目，与其它任何钻井项目一样，须由完井方案 设计开始从钻井到完井反复考虑设计。
分支井可以是直井到水平井 主
井
之间的任何斜井，可以钻新
煤层气多分支水平井技术及现场应用
煤层气多分支水平井技术及现场应用李兵摘抄多分支水平井是指在主水平井眼的两侧不同位置分别侧钻出多个水平分支井眼，也可以在分支上继续钻二级分支，因其形状像羽毛，国外也将其称为羽状水平井[1]等。
多分支水平井集钻井、完井和增产措施于一体，是开发低压、低渗煤层的主要手段。
煤层气多分支水平井工艺集成了煤层造洞穴、两井对接、随钻地质导向、钻水平分支井眼、欠平衡等多项先进的钻井技术，具有技术含量高和钻井风险大的特点。
目前美国、加拿大、澳大利亚等国应用多分支水平井开采煤层气已取得了非常好的效益[2]，而我国处于刚刚起步阶段。
2005年廊坊分院组织施工的武M1－1羽状水平井顺利完钻，该井垂深达900m，是世界最深的一口煤层气羽状水平井。
2005年底山西晋城大宁煤矿完成DNP01、DNP02两口羽状水平井，每口井的日产气量约为2～3万方。
2006年2月中联煤公司完成了DS－01井的钻井施工，目前该井处于排水阶段。
与此同时，华北与CDX、长庆、辽河、远东能源等国内外企业都已启动了羽状水平井开发煤层气的项目。
多分支水平井是煤层气高效开发方式的发展趋势，该技术的普遍应用必将为煤层气的勘探开发带来突破性进展，在我国掀起开发煤层气的热潮。
1煤层气多分支水平井钻井技术难点分析煤层气多分支水平井工艺集成了水平井与洞穴井的连通、钻分支井眼、充气欠平衡钻井和地质导向技术等，这是一项技术性强、施工难度高的系统工程。
同时为了保持煤层的井壁稳定，煤层段一般采用小井眼钻进（φ152.4mm井眼），因而对钻井工具、测量仪器和设备性能等方面都提出了新的要求。
煤层气多分支水平井面临的主要难点可概括为如下几点：（1）煤层比较脆，而且存在着互相垂直的天然裂缝，而这种脆性地层中钻进极易引起井下垮塌、卡钻等复杂事故，甚至井眼报废。
(2）煤层易受污染，储层保护的难度大，一般需采用充气钻井液、泡沫或清水等作为煤层不受污染的钻井液体系。
（3）由于煤层埋藏比较浅，同时井眼的曲率较大，钻压难以满足要求，同时钻水平分支井眼时钻柱易发生疲劳破坏，导致井下复杂。
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水平井和多分支井技术
来源：挪威石油网2010-06-17 14:31:53 | 字号:大中小
水平井作为一种开发低渗透油气田的一项成熟技术已经在世界各国油田中得到广泛应用。
从低渗透油田开发的角度来讲，水平井水平段在油层中的位置、延伸长度和延伸方向是决定水平井产能的关键因素，因此在水平井的建井过程中必须应用能保证水平井以最佳井身轨迹钻进的新工艺。
目前，俄罗斯已经可以利用地震声学X射线层析成像法以高精确度确定产层在不同方位上产层的深度和含油厚度，作为最佳井身轨迹的设计的依据；并且试图建立能够控制钻具钻进移动方向的自动系统，该自动系统包括从井底方向和钻柱下部组合装置的表面遥测控制系统，能自动和手动操作钻柱下部组合装置、钻具(变向器、钻铤、寻中器、稳定器)的控制工具。
美国Andrill公司研制出地质导向工具，可测得离钻头1?2m范围内的方位、地层电阻率、伽玛射线、转速和井斜等，并把这些钻头附近的数据传到MWD系统，以便更好地引导钻头穿过薄层和复杂地层，利用测井数据直接进行地质导向钻井，而不是按预先设计的井眼轨迹钻井。
多分支井的完井已经有TAML分级标准，但是仍然是分支井技术上的难点，其主要困难在于主井眼与分支井眼的连接技术。
分支井的连接技术是分支井所特有的，支井眼与主井眼的密封连接问题是目前分支井完井作业技术难度最大的。
因此分支井研究的主要方面集中在分支井完井中的主、支井眼连接技术。
不密封连接方式(仅将主井眼与支井眼内管柱机械地连在一起)有Sperry公司的可回收分支井系统和分支回接器，Baker公司早期的根部系统等；密封连接系统目前有Sperry公司的RMLS系统、ITBS及LTBS系统，Hauiburton公司的分支井系统3000TM，Baker公司最新的根部系统；为了顺利再进入分支井眼，可使用选择性再进入工具(SRT)。
多数密封连接系统都是选择性再进入的，如Sperry-San公司的多管柱完井系统(MSCSTM)，PCE公司的分支井再进入系统等。
由Marathon oil与Baker oil Tools、National oil well联合开发的井下分离头系统(Down hole oil Splitter System)是一项专利技术，利用该系统可以在一口井中钻数个分支，并可以下套管固井、完井，同时可以保持各分支间的任意进入性。
由Sperry-Sun钻井服务公司、CS资源公司和Cardium工具服务公司联合研制开发的一套分支井衬管回接新技术??分支井段回接系统(LTBS)。
LTBS主要包括套管开窗接头、可回收式导斜器、分支井衬管悬挂器及下送工具等四个部分。
利用LTBS可采用常规定向井工艺钻出分支井段，实现分支井衬管与主井眼油层套管的回接，并可对分支井衬管进行注水泥固井，保证以后可以重新进入分支井筒内作业。
利用水平井开发低渗透油藏主要有以下几方面的原理：
水平井生产剖面具有很强的泄油能力；
水平井生产剖面呈稳态流时，其压力剖面的生产压降低于垂直井压力剖面的生产压降；
当生产层含有气顶或底水时，水平井直接钻入油层中部，从而限制了气顶和底水的锥进；
对于垂直裂缝或高角度裂缝发育的储层，用水平井把裂缝串起来，则更显出水平井的优越性；
对薄的低渗油气层，水平井延伸到薄的油层中部去，与垂直井相比具有更大的泄油面积；
在等效区域内，采用相同的井距布井，水平井产能为直井的六倍，因此，水平井可以采用大井距布井，从而降低钻井成本。
分支井是指在一口主井眼(又称母井眼)中钻出两口或多口进入油气藏的分支井眼或二级井眼分支井，主井眼可以是直井、定向井，也可以是水平井。
分支井类型繁多，如叠加式、反向式、Y型、鱼刺型、辐射状等，可以根据油藏的具体情况进行优选合适的分支井类型。
与目前比较成熟的水平井技术相比，分支井具有更大的优越性：
发挥水平井高效、高产的优势，增加泄油面积，挖掘剩余油潜力，提高采收率，改善油田开发效果；
可共用一个直井段同时开采两个或两个以上的油层或不同方向的同一个油层，在更好地动用储量的同时节约了油田开发资金。
对于低渗透油藏这种用直井开采效果比较差的油藏，用水平井或侧钻水平井开采还不能够完全控制油藏，而采用多底井或分支井就可以较好地解决这一问题。
水平井及分支井开采技术的主要技术内容包括井网及井眼轨迹设计技术、完井技术和采油工艺技术。
水平井井网及井眼轨迹设计技术
从目前油田现场应用和理论研究来看，水平井与直井联合布井的五点法井网与九点法井网是应用最多并且效果较理想的布井方式。
水平井水平段在油层中的位置直接关系到水平井的产能和寿命，目前也有不少学者致力于这一方面的研究。
水平段在油层的设计位置取决于油层的驱动类型以及油层的均质性，为了最大范围地动用目的层储量，在设计井位时，将水平段设计成与目的层斜交，使水平井既可以斜穿上、下砂岩体，又可以穿透大部分分散的不稳定薄夹层，以减少出油阻力，增加出油体积；
水平段的延伸方向除与储层的构造形态、断层位置、含油砂体的沉积类型和边界有关系外，还与储层中地应力分布及天然裂缝的发育状况有关。
水平段的延伸长度设计必须与储层砂体发育规模相一致，并综合考虑已钻的直井井网部署和地面环境等因素，在油藏特定地质条件和地面环境下，水平段的设计长度并不是越长越好，只有根据油藏地质条件、钻井成本和作业风险等优化研究，才能获得比较好的开发效果和经济效益。
应用条件及范围
水平井和分支井的开采研究表明，对于垂直井压裂开发仍然没有经济效益的低渗透油藏，也同样不适合用水平井和分支井技术开发，但是只要选择适合的地质条件，用水平井和分支井开采低渗透油田能够获得明显的增油效果。
这些地质条件的内容包括：
层含油砂岩厚度大于6m；
储层的渗透率大于1×10-3μm2；
含油层的流度应大于0.5×10-3 μm2／mPa?s；
储层中具有比较发育的天然裂缝；
层状油藏应有良好隔层，以防气水过早进入油藏；
目的层的分布面积应大于0.5km2，以便部署完善的注采系统。