多分支井钻井技术赵忠举*1中国石油集团经济技术研究中心世界钻多分支井情况据美国HIS能源集团统计，到1999年5月（除 沙特阿拉伯和共产主义国家）共打多分支井 5779口，其中美国打多分支井3884口，加拿 大打多分支井1891口，世界其他地区共打多 分支井4口。Date2中国石油集团经济技术研究中心多分支井是指在1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、定向井，也可以是水平井。 分支井眼可以是定向井、水平井或波浪式分 支井眼。多分支井可以在1个主井筒内开采多 个油气层，实现1井多靶和立体开采。多分支 井既可从老井也可从新井再钻几个分支井筒 或再钻水平井。Date3中国石油集团经济技术研究中心多分支井又分为多分支水平井(multilateral) 和多分支井(multibranch)。多分支水平井的 定义是从一个井场钻一口以上的水平和近似水 平的井眼，并将其回接在一个主井眼中。而多 分支井是指从一个井场钻一口以上的分支井眼 ，并回接到主井眼上，分支井可以是直井眼、 水平井眼、定向井或三种井眼任意一种的结合 。多分支水平井也可以称为多分支井，但多分 支井决不能叫多分支水平井。Date4中国石油集团经济技术研究中心前苏联的多分支井技术20世纪50年代初。前苏联工程师格里高扬提出了“ 生产层中的井眼分叉能够扩大油层的裸露面积，如同 一颗树的根露于土壤一样”的理论。著名科学家查偌 维奇在格里高扬理论的基础上提出了“ 在均匀渗透 率的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”。1952年，在巴什基里亚.卡尔塔什 夫油田成功地进行了第一批试验，在66/45井，一些 分支井的井底距离达300米，几乎是直接穿透产油层 的80%。前苏联的水平井技术主要表现在钻水平分支 井方面。到1975年前苏联共钻进了30多口分支井。他 们的典型做法是将垂直井打到产层之上，而后使用涡 轮钻具或电动钻具，钻5个或6个倾斜成水平的分支井 眼，使之在油层中延伸60300米。每口分支井的钻 井成本为一口直井钻井成本的1.31.8倍，但其产量 增加最高达17倍。Date5中国石油集团经济技术研究中心为加速建设这样的系统，前苏联制订并批准了利用 水平井和分支井开发油田的新设计。19901995年 在11个试验区和油田推广新的工艺系统，认为最有 效地利用水平井和分支井的条件是：厚度小的产 油层；低渗透和非均质油层；垂向裂缝发育的 油层；有底水的油气藏；大陆架区域的油藏； 高粘性油藏和天然沥青矿藏。到1990年，前苏联共钻111口分支井（其中开发井57 口、探井36口、救险井8口、注入井10口），在这些 井中，共有329个倾斜成水平的分支，它们在油层中 总长度为175260m。分支井主要分布在巴什基尔、克 拉斯诺达尔、乌克兰、古比雪夫、斯达夫洛波兰斯 克和乌兹别克斯坦。Date6中国石油集团经济技术研究中心1992年，科米石油生产联合体与柏朝拉石油设计院、 北方天然气公司、全苏油气工业经济管理研究所等单 位共同合作，确定了钻多分支井开发油田的方案。在 亚列格油田拉也尔区块，有两个生产层。按上方案， 每层布置3口分支井，每口这样的井可代替13口直井。在亚列格1号分支井的钻井过程中，试验了导向钻井工 艺和13种钻具组合，其中包括带螺杆造斜器的钻具组 合、马达传动轴之间带有弯角的钻具组合、绞接的转 盘钻具组合、带柔性件的钻具组合等，平均造斜率达7 度/10m，局部井眼造斜率达18.2度/1Om，曲率半径为 33m。一口这样的井可代替13口直井。Date7中国石油集团经济技术研究中心美国的多分支井技术美国和其它国家的多分支井钻井是在20世纪90 年代以后开始进行的，但发展速度很快。截止 到1998年已钻进1000多口多分支井，仅在奥斯 汀白垩系地层就钻进了300多口裸眼多分支井 。这种裸眼多分支井在美国、加拿大和中东等 地区越打越多，并将其视为最有商业价值的工 艺技术。达拉斯地区多分支井钻完井技术发展 非常迅速，被认为是世界上使用该工艺最为广 泛的地区之一。Date8中国石油集团经济技术研究中心美国马拉松石油公司和贝克.休斯公司联合开发了 一种用于分支井的注水泥尾管完井的井下系统。该 系统利用一个定向短节将钻井工具引人适当井眼。 第一个分支井筒钻成后测井，下尾管固井。然后将 定向短节旋转180o朝相反方向钻第二个分支井筒， 完钻测井后下尾管固井。两个分支井筒作为独立的 井眼，用一个带分流心轴悬挂器的专用井口装置分 别通过一个生产管柱。1993年在美国怀俄明州的 Garland油田两口井上成功地试用了该系统。这种 双分流系统能使海上钻井费用减少10%-20%，而且 还不包括因减小钻井平台而节省的费用。Date9中国石油集团经济技术研究中心Bechtel公司采用超短半径分支水平井技术取得了显 著的经济效益，该技术采用高压水力射流破岩形成水 平井眼。到1987年已在加利福尼亚和洛杉矶油田钻成 径向分支井600余口，井眼直径101.6mm，水平段长 3060m，能在一口直井的同一深度向四周钻出24个 辐射状分支井，在未胶结的浅地层钻4个分支井筒一 般不超过60h。 超短半径分支水平井钻井设备和工具包括：地面设备 主要有一台输出功率为1176KW、额定压力为844MPa的 压裂泵，一台常规修井机，一台盘管车和地面测量仪 器；井下工具主要有水力破岩钻头、ERW钻管、扩眼 器、斜向器及高压导引和控制机构等，并配有专门的 测斜仪和射孔器等。Date10中国石油集团经济技术研究中心加拿大的多分支井技术加拿大Tool Master公司、Shell加拿大公司和Frac Master公司的一个分公司合作开发出一种预开窗分 支井系统，并于1993年底研制出全尺寸样机。1994 年3月Shell加拿大公司在Midale油田首次使用该系 统钻成一口对称双分支井（10w2 井），采用裸眼完 井。该系统由永久安装在井眼内的坐放、窗口段（ 带衬管）、定方位注水泥段和可回收式斜向器及起 下工具组成。Date11中国石油集团经济技术研究中心法国的多分支井技术 在法国的Eschau油田，由Elf aquitain油气公司于 1984年开始在井深792米完井的一口多分支井（三个 井眼，其中一口垂直井，两口近水平井）每天产油 24方。这口井的产量是油田中普通井产量的5倍。法国Elf公司开发出一种井下分支装置，主要部件是 一个三孔分眼器（根据需要可以是双孔或多孔）， 每个孔眼直径是63.5毫米。该分眼器随直径为244.5 毫米的技术套管一起下入到油层上方某一深度，注 水泥时技术套管与其一起封固。再将一种专用连通 工具下入到分眼器上，对准分支井眼后，用139.7毫 米的立管柱将Date12中国石油集团经济技术研究中心立管柱将分眼器与地面连通，钻具通过 139.7mm立管柱下入，钻成直径为63.5mm的井 眼。然后通过分眼器上方的引导键将连通工具 和立管柱转到其它孔眼上，钻成第二和第三个 分支。钻完分支井眼后，将连通工具与立管柱 起出，下入直径为50.8mm的割缝尾管完井。然 后在244.5的技术套管内下入直径为73mm的油 管和井下泵，使用一套采油装置同时开采三个 分支井眼。该装置已成功地在Alsace地区的 Eschau油田钻成一口三分支井眼，其成本为周 围其它井的2倍，但产量则比其它井增加了5倍 。Date13中国石油集团经济技术研究中心英国的多分支井技术英国石油公司于1996年开发出一套用于分支井眼的 井控技术。该公司提出了一套计算最大允许井涌量 和井口最大允许压力等井控参数的计算公式，编制 出分支井井控设计树，指出了分支井井控与常规井 井控的不同及应该特别注意的地方，给出了分支井 井涌控制、井涌检测的方法步骤及关井和压井程序 ，并进行一口双分支井井控实例演示。认为分支井 井控的主要难点在于应该使用所有井眼中最薄弱地 层计算井口最大允许压力，如何判断井涌是发生在 正钻分支井眼中还是在已钻分支井眼中，长井段、 小直径、大角度的分支井眼通过产层时，Date14中国石油集团经济技术研究中心潜在的井涌即剧烈又危险，在分支井眼起钻时，抽 吸压力要比常规井眼高；当钻柱在正钻分支井眼中 而已钻分支井眼又发生井涌时，因为不能很快地循 环钻井液压井而使井控作业复杂化，在使用预开窗 分支系统时，预留窗口往往是井控的最薄弱点。Date15中国石油集团经济技术研究中心多分支井技术的发展趋势根据分支井目前的应用情况，其未来发展具有如下一 些特点：完善的分支井筒的连通性；解决主井筒与分支井 筒的连接点受到的限制以及分支井对水泥封隔的需 求问题；解决分支井重钻时钻头的进入问题； 分支井系统可适应新的对油井通道完井和修井的要 求；钻井液与分支井系统保持一致性；必须能 对分支井筒全部或部分隔离，以控制生产流量； 系统使用常规的成熟技术。Date16中国石油集团经济技术研究中心多分支井的主要类别和级别1.多分支井类型随着钻井技术的发展，分支井眼的数量、方向 以及与主井眼的连接方式也在不断增加，形成 了繁多的多分支井族。目前世界各国所采用的 多分支井主要有下列类型：Date17中国石油集团经济技术研究中心叠加式双或三水平分支井：从一个主井眼在 不同的层位向同一方向侧钻出两个或三水平分 支井眼。Date18中国石油集团经济技术研究中心Date19中国石油集团经济技术研究中心反向双分支井：从主井眼向两个不同的方向 侧钻出两个水平井眼。Date20中国石油集团经济技术研究中心Date21中国石油集团经济技术研究中心二维双水平分支井（Y形多分支井）：从一个 主井眼在同一平面内向不同的方向侧钻出二个 水平井眼，由于其形状像一个倒写的“ Y” ，所以也称Y形多分支井。Date22中国石油集团经济技术研究中心Date23中国石油集团经济技术研究中心二维三水平分支井：从主井眼在同一平面 内侧钻出三个水平分支井眼。Date24中国石油集团经济技术研究中心Date25中国石油集团经济技术研究中心二维移位（offset）四分支水平井：是先 钻一水平井眼，再于水平井眼内的气个不同 位置向同一方向侧钻出水平井眼。Date26中国石油集团经济技术研究中心Date27中国石油集团经济技术研究中心二维反相四水平分支井（鱼刺形水平分支井 ）：是先钻一个水平井眼，然后在水平井眼的 不同位置侧钻出3段方向相反的水平井眼，因 其形状象鱼刺，所以又叫鱼刺形多分支水平井 。Date28中国石油集团经济技术研究中心Date29中国石油集团经济技术研究中心叠加/定向三分支水平井（U形井）：是先钻 一水平或定向井眼，再在水平或定向井眼的不 同位置侧钻出2段水平井眼。Date30中国石油集团经济技术研究中心Date31中国石油集团经济技术研究中心辐射状四分支水平井：是从一个主井眼 向不同方向和不同的层位侧钻出4个水平或 定向井眼。Date32中国石油集团经济技术研究中心Date33中国石油集团经济技术研究中心由垂直主井眼侧钻的辐射状三分支井： 主要特点是保留了直井眼，井组实际上是 由直井眼和3段侧钻的分支井眼组成。Date34中国石油集团经济技术研究中心Date35中国石油集团经济技术研究中心叠加辐射状四分支井：是在不同的层位从垂 直主井眼分别侧钻4个水平井眼。这种井多用 于重油开发。Date36中国石油集团经济技术研究中心Date37中国石油集团经济技术研究中心多分支井按造斜半径分为四类：长半径分支 井；中半径分支井；短半径分支井；超 短半径分支井。以上四类分支井，短半径分支 井应用最广泛。多分支井按井眼轨迹分为四类：主井筒为 直井的双分支井；主井筒为直井的三分支井 ；主井筒为水平井的三分支井；主井筒为 水平井的梳齿状分支井。Date38中国石油集团经济技术研究中心多分支井的整体几何形状可分为三类：平面 型（指在水平面上）