国内外分支井五级完井技术发展趋势

陈 杰，武广瑷，左 凯，曹砚锋，闫 伟，柴龙顺，赵金成

(1.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452；2.中海油研究总院，北京 100029)

分支井技术作为水平井技术的延伸和发展，可增加单井的泄油面积，能够有效挖掘剩余油潜力，提高采收率，改善油田开发效果，已经成为油气田开发的一项先进技术[1-2]。据统计，中国原油储量主要分布在陆相沉积储层中，其中 90%采用水驱开发，经过多年注水，陆相沉积储层中油、水接触关系异常复杂，对于继续开采剩余原油，提高采收率，提出了新的挑战。原有直井轨迹在储层空间上存在局限性，对于分散的原油难以收集，因此产量急剧降低[3-5]。研究表明，分支井技术在国内老油田剩余油挖潜方面效果显著[6-8]。

1 分支井五级完井技术

多分支井技术主要受完井技术限制，而完井关键技术主要集中在分支井眼与主井眼的分支接口处，其技术水平主要体现在接口支撑、接口密封和支井重入3个方面。接口支撑是指各分支井眼的完井管柱都要和主井眼的套管相连接，其联接处要具有机械上的整体性，以解决井壁稳定和储层出砂等问题；接口密封是指将各分支井眼不同压力系统的油气流分隔开，解决分采问题；支井重入是指各分支井都要与主井眼贯通，实现从主井眼向任一分支井眼重入，满足采油和修井作业的要求。

1.1 分支井完井技术分级

为了给多分支井技术的发展指出一个更加统一的方向，1997年春，英国Shell公司Eric Diggins组织在阿伯丁举行了多分支井的技术进展论坛，并按复杂性和功能性建立了分级体系，即TAML (Technology Advancement Multi Laterals)分级。TAML是按多分支井的连通性 (Connectivity) 、隔离性(Isolation) 、可达性 (Accessibility) 3个特性来评价其技术和分级的。多分支井完井方法TAML分级体系[9-10]如图1所示。

图1 多分支井完井技术TAML分级体系

一级完井：主井眼和分支井眼都是裸眼，完井作业不对不同产层进行分隔，也不对层间压差进行任何处理。

二级完井：主井眼下套管并注水泥完井，分支井裸眼完井或只放筛管而不注水泥。

三级完井：主井眼和分支井眼都下套管，主井眼注水泥而分支井眼不注水泥。

四级完井：主井眼和分支井眼都在连结处下套管并注水泥。

五级完井：具有三级和四级分支井连接技术的特点，还增加了可在分支井衬管和主套管连接处提供压力密封的完井装置，主井眼全部下套管且连接处是水力隔离。

六级完井：连接处压力整体性连接部压力与井筒压力一致，是一个整体性压力，可通过下套管取得，而不依靠井下完井工具。

各级别的多分支井在接口支撑、接口密封、支井重入和生产方式等方面达到的技术水平如表1所示[11]。

表1 各级别多分支井技术水平

1.2 五级完井技术的优势

分支井和原井再钻能够大幅提高油气井的效益、降低吨油开采成本、提高单井产量、实现少井高产，有利于提高最终采收率。五级分支井技术是利用已有井上部开窗侧钻，无需挪动井位，可增加储层裸露面积，极大提高了油气采收率。与1～4级分支井技术相比，五级分支井技术还具备3种技术优势[12-15]：分支井五级完井技术采用机械支撑，建立主、分支井眼连接通道；实现液力密封；对于分支井眼，后续还可选择性再进入[16]。

2 五级完井技术发展现状

分支井完井技术的难点在于主井眼与分支井眼的连接技术，该技术为分支井技术所特有，其中密封问题在分支井完井作业时技术难度最大。因此，分支井完井技术研究主要集中在分支井完井中的主、支井眼连接技术。

2.1 国外发展状况

自1990年以来，国外油服公司在分支井技术领域展开了大量技术研究，并积累了一定经验[4,17]。世界上第 1口TAML5级多分支井，是Shell公司1998年在巴西近海Voador油田从半潜式钻井平台上钻的1口反向双分支井[12]。到目前为止，国外各大油服公司都拥有自己成熟的五级分支井系统，并得到了商业化应用。其中，以斯伦贝谢RapidX系统、哈里伯顿公司FlexRite 系统和贝克休斯HOOK系统为主要代表。

斯伦贝谢公司的RapidX系统为TAML5级分支井完井系统，依靠RapidX模板和连接器相互配合，可实现分支井眼与主井眼之间机械连接及液压隔离；在RapidX模板中下入导向器即可实现分支井眼重入。RapidX系统核心是RapidX模板和RapidX连接器；模板上设有轨道槽，连接器上设有凸台与之榫接配合。连接器下行过程中，沿模板轨道进入分支井。连接器凸台嵌入模板槽后，实现高强度连接及密封。其优点是窗口处连接强度高；缺点是连接器结构复杂，密封可靠性差。如图2所示。

哈里伯顿公司的FlexRite系统为TAML5级分支井完井系统，通过FlexRite 柔性悬挂系统可实现主井眼与分支井眼之间机械连接及液压隔离；在悬挂器中下入导向块即可实现主井眼与分支井眼选择性重入。FlexRite系统核心是柔性悬挂系统。柔性悬挂系统上部为“Y”形悬挂器，下部有两根分叉管，分别可进入主、分支井眼，其中，进入分支井眼的分支管具有较大柔性。该系统可实现分支井机械连接及密封。其优点是窗口处连接强度高，密封可靠；缺点是主、分支井眼通径小。如图3所示。

图2 斯伦贝谢公司RapidX系统连接器

图3 哈里伯顿公司FlexRite系统连接器

贝克公司利用HOOK系统结合双管完井系统，形成TAML5级分支井完井系统。HOOK系统核心是HOOK Hanger钩式悬挂系统和Lateral Entry Guidance System重入系统。Hook系统依靠Hook Hanger悬挂系统实现分支井眼与主井眼之间机械连接，利用分别安装在分支井、套管窗口上、下方的3个隔离封隔器来实现连接处液压密封，利用分支井重入系统工具实现主、分支井眼重入。其优点是主、分支井眼通径大；缺点是分支井进入系统复杂，风险高。如图4所示。

图4 Hook系统连接器

三大油服公司TAML5级完井系统各有优缺点，具体技术特征对比如表2所示。

表2 三大油服公司TAML5级完井系统技术特征对比

2.2 国内发展状况

我国多分支井主要分布在渤海弯盆地、胜利油田、辽河油田，以及新疆等地[18-19]，大多采用1～4级完井技术。其中，具有自主知识产权的分支井完井系统主要有辽河油田工程技术研究院设计的DF- 1多分支井完井系统；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。中石油勘探开发研究院开发的膨胀管定位多分支井系统。

2001年，中石化西南石油局采用辽河油田工程技术研究院DF- 1多分支井系统，在川西地区新浅90井分支井，成功实施了国内第1口TAML5级分支井[20-22]。其井身结构和完井管柱如图5所示。

图5 新浅90分支井井身结构和完井管柱示意

2011年，胜利油田钻井工艺研究院联合斯伦贝谢公司，采用尾管悬挂器定向回接系统和预开窗分支井完井装置，在河3-斜36区块实施了一口TAML5级完井的双分支试验井——河3-支平1井[23-24]。如图6所示。

图6 河3-支平1井井身结构和完井管柱示意

3 结论

1) 分支井技术在降低钻井成本、采用特殊油藏开采模式、提高新老油田采收率等方面具有明显的技术和经济优势。五级完井技术具有降低钻井综合成本等诸多优点，可作为开发稠油油藏、边际油藏或中后期油藏、天然裂缝和致密油藏、断块油藏等有效手段。

2) 国内老油田随着水驱开发时间的积累，储层已进入高含水期。各大油田都在围绕着提高采收率，挖掘剩余零散油藏等方面进行技术攻关，五级完井技术将是此次攻关的核心领域。

3) 国外公司经过多年的开发，在五级完井技术，特别是在五级完井的核心技术——连接器方面，已经取得了一系列成果。国内在五级完井技术研究方面与国外存在较大差距，应该尽快投入力进行技术攻关，寻求突破。