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user: 2. 双分支水平井井身结构设计 为实现砂砾岩储层的有效动用，开展双分支水平井配套大规模压裂工艺。通过个性化的设计，实现发育多套薄差层的砾岩储层可进行上下分支大规模体积压裂、分层开采的分支水平井完井工艺，国内首次实现了四级双分支裸眼分段压裂完井，同时保证施工过程中的安全及储层保护工作。 2.1. 钻具组合和井眼轨迹设计 徐深平32井从井深3420 m开始用∅311.2 mm钻头造斜至井深3691.00 m，井斜角36.32˚，方位角334.50˚，平均机械钻速0.85 m/h；然后用∅215.9 mm钻头造斜至井深3971.30 m着陆，平均机械钻速1.26 m/h；水平段用∅215.9 mm钻头钻至井深4764.00 m完钻，平均机械钻速1.18 m/h。 徐深平34井从井深3257.11 m开始用∅215.9 mm钻头造斜至井深3657.00 m，平均机械钻速1.17 m/h；水平段用∅152.4 mm钻头钻至井深4586.00 m完钻，平均机械钻速1.33 m/h。 以往钻头使用经验表明PDC钻头不适应营城组砂砾岩地层，因此在芳深6-平1井砂砾岩地层使用牙轮钻头试验。 2.1.1. 钻具组合情况 1) 以往水平气井造斜段钻具组合 徐深平32井、徐深平34井造斜段均采用螺杆 + MWD的钻具组合，∅215.9 mm钻头 × 0.24 m + ∅172 mm螺杆 × 6.66 m + ∅127 mm加重钻杆 × 9.16 m + ∅172 mm浮阀 × 0.50 m + ∅178 mm短钻铤 × 2.90 m + ∅174 mm随钻测斜仪 × 10.31 m + ∅127 mm加重钻杆 × 268.20 m + ∅127 mm钻杆。 2) 水平段钻具组合 徐深平32井水平段采用螺杆 + 四参数无线随钻测量仪的钻具组合，∅215.9 mm钻头 × 0.24 m + ∅172 mm螺杆 × 7.86 m + ∅127 mm无磁加重钻杆 × 9.25 m + ∅172 mm阵列电阻率 × 5.9 m + ∅174 mm随钻测斜仪 × 8.17 m + ∅176 mm密度中子测量仪 × 6.04 m + ∅127 mm钻杆 + ∅127 mm加重钻杆 × 275.12 m + ∅127 mm钻杆。徐深平34井水平段采用螺杆 + 随钻测井仪的钻具组合，∅152.40 mm钻头 × 0.19 m + ∅146.00 mm减磨接头 × 2.40 m + ∅120.00 mm阵列电阻率测量仪 × 5.97 m + ∅127.00 mm浮阀 × 1.05 m + ∅120.00 mm随钻测井仪 × 10.89 m + ∅88.90 mm加重钻杆 × 349.71 m + ∅88.90 mm钻杆。 徐深平32井、徐深平34井造斜段和水平段均采用螺杆定向，随钻测斜仪或随钻测井仪监测井眼轨迹，而在芳深6-双平1井造斜段旋转导向定向施工，水平段开展低速马达现场试验。 3) 芳深6-平1井钻具组合 下分支起始造斜采用Autotrak-Express，该系统柔性较好，造斜率较高，同时该系统测量单元完全置于无磁抗压缩钻杆内部，减少了对工具的磨损，同时该系统的抗震性也较好。从第1趟钻的钻井实践看，该工具造斜率可很轻松达到(6~8˚)/30 m，为后面的顺利施工提供了保障。第2趟钻开始采用ATK G3，该系统在原有Autotrak-Express测量参数的基础上，增加了电阻率、ECD、Gamma成像的测量，工程上实现了对井眼轨迹的精确控制，同时OTK提供了较为全面的地质参数，精准地反映了井下地质情况，帮助地质人员更加精准的进行储层导向。第5趟钻采用了OTK + Motor的钻具组合进行钻进，该马达耐温性能好，抗温达 175 ℃ ，该地层中含有砾岩，故选用牙轮钻头，采用高钻压低转速的钻井参数进行钻进。该马达在该井的钻井过程中取得了良好的效果。整个钻进过程中没有因为马达原因起钻。最后4趟钻仍然采用随钻测斜仪 + 伽马 + 马达的钻具组合，顺利钻至设计井深。在预定时间内保质保量地完成下分支的钻井任务。 结合该井下分支的施工经验，上分支起始造斜采用：PDC钻头 + Navi伽马 + 马达的钻具组合。∅9⅝ in套管开窗后下入该趟钻配合陀螺定向，由于使用PDC钻头反扭矩不稳定造成马达工具面不稳，受套管磁干扰的影响实时的马达工具面不可信，决定起钻更换Autotrak Express + 牙轮钻头的组合。根据地质数据，第4~6趟钻开始采用ATK G3，该系统在原有Autotrak Express测量参数的基础上，增加了电阻率、井底压力钻井液当量密度(ECD)、伽马成像的测量，工程上实现了对井眼轨迹的精确控制，同时OTK提供了较为全面的地质参数，精准地反映了井下地质情况，帮助地质人员更加精准地进行储层导向。上分支开钻后，沿用了下分支钻进的经验，提高钻速。 通过钻具组合优化、钻头优选形成了造斜段旋转导向 + PDC钻头，水平段高温低速马达 + 牙轮钻头组合钻井提速技术。通过优化，与以前相比提高了139.7%。 2.1.2. 井眼轨迹的设计及控制 依据2010年重新处理解释的常规地震剖面，采用新解释的砂砾岩储层展布范围、地震属性、流体检测等分析成果，结合测井解释成果和区块地质动态认识综合确定水平井靶点及水平井轨迹，应用Landmark、Geoframe地震解释系统和EPS反演软件综合预测水平段靶点海拔深度；通过对资料的分析，实际钻井轨迹控制，该井水平段具有以下几方面特征： 1) 水平段处于营城组顶面较高部位，顶面海拔−3098 m，构造位置相对较高。 2) 沉积相上属于该区优势亚相——扇三角洲前缘亚相。 3) 过水平段地震反射特征相对有利，过设计井水平段营四段上部砂砾岩地震反射具有波形特征明显、同相轴连续性好、中振幅等特征；下部砂砾岩地震反射特征具有杂乱反射、同相轴连续性好，弱-中强振幅，能量相对较弱等特征。 4) 储层连续性较好，孔隙分布有利、裂缝较发育、含气性较好。从过设计井水平段的波阻抗反演剖面上看，设计水平段上下两段储层均较连续；从过设计水平段的孔隙度预测平面图上看，预测水平段上部砾岩孔隙度4.0%~5.5%，下部砾岩孔隙度3.5%~4.2%，较为有利；从过设计水平段的地震相干体和倾角属性切片来看，水平段处于裂缝相对发育带上；从过设计水平段的AVO含气预测平面图看，水平段上部砾岩和下部砾岩含气性均较好。 5) 预测水平段所处地带对应的上部砾岩砂体厚度分布范围为21~28 m，下部砾岩砂体厚度分布范围为50~64 m。 6) 靶点深度预测。在常规地震剖面上，对现有井的时深关系进行检查校正，得到较好的时深对应，然后，以地震叠加速度体、层位和井分层数据作为约束，利用井上时深关系，建立三维空间速度场 [ 1 ] ，将时间域的地震数据体和层位数据转换成深度域的地震数据体和层位数据，确定靶点海拔深度和对应的砾岩顶面海拔深度。应用Landmark、Geoframe从常规深度域地震体中读取的芳深6-平1井入靶点海拔深度，并通过EPS反演数据形成的深度域平面图上读取水平井靶点海拔深度，误差值不超过10 m (图1)。 图1. 芳深6-平1井上、下分支井眼轨迹示意图 2.2. 壁挂式悬挂系统设计 造斜组合回收完毕后，下壁挂式悬挂器和导向弯管将固井尾管串导入上分支井眼。分支井眼导向器预先装好，上分支井眼压裂结束后回收。通过壁挂式悬挂器的设计，实现了接口处的机械支撑及任意井眼重入，满足后期各种作业需求。 壁挂式悬挂器是4级完井的核心工具，包含：上部和下部接头、丝扣、定位槽、导向槽和密封筒、本体、舌板、法兰、窗口作为套管开窗的接口并为窗口提供机械支撑。还有分支井眼导向器，主井眼导向器等工具(图2)，其特点和功能如下： 1) 斜向器 用于造斜定位，进行侧钻开窗。其特点：①超过6000成功井次；②切割金属，而不是研磨金属；③不会形成鸟窝式的铁屑；④一趟下入，开窗和修整窗口；⑤窗口更干净，圆滑；⑥可回收。 2) 分支井眼导向器 与壁挂式悬挂器配合，实现可重入。其特点：①封闭主井眼，使其他工具可再次进入分支井眼，简单可靠，8900 N插入、53400 N起出；②导向器提供弯曲的刚性的套筒穿过主井窗口；③通过壁挂式悬挂器，提供窗口完整的机械密封；④封闭主井眼可再进入分支井眼，插入和起出导向器简单可靠。 3) 主井眼导向器 与壁挂式悬挂器配合，实现可重入。其特点：封闭分支井眼，可再进入主井眼。简单可靠，8900 N插入、53400 N起出。 图2. 主井眼导向器和分支井眼导向器工作原理图 2.3. 完井及裸眼分段压裂工艺 早期制定方案时，考虑过采用精细水泥的方式来满足窗口的密封，但是受工艺的限制，仅能承压10 MPa左右，无法满足施工需求。因此需要提高开窗点密封，解决开窗点密封问题主要有以下两个途径：一是提高固井质量；二是在套管上加上一个遇水膨胀封隔器。另外在开窗点的选择上要注意：选择固井质量好的层位、避开套管接箍、地层稳定和避开水层。 后期采用管外封隔器的方案，但是该工艺存在等待时间长，水平段过长固井质量无法保证等问题，最重要的是窗口处仍然未实现真正意义上的密封。经过多次方案对比，采取造斜段固井，然后后期钻井可重入的方式来实现窗口的密封，并创新了固井工艺(图3)。 1) 预置分支井眼导向器、内嵌尾管胶塞，保证接口处固井工艺的实施。 2) 导向器、回接筒和暂堵工具采取固井防护措施，保证导向器的取出及压裂和生产完井工具的重入。 3) 尾管悬挂器和顶部固井封隔器提高完井工具悬挂和密封的可靠性，满足安全投产要求。 图3. 上分支开窗结构处井身结构图 2.4. 化学及机械暂堵工艺 1) 采用PERFFLOW暂堵液，有效保护储层的同时节省常规完井液500 m 3 。针对气井大规模压裂后压井液漏失严重，导致储层二次污染的问题，在该井应用了PERFFLOW屏蔽暂堵技术。主要原理是压井过程中在裂缝或储层的表面形成一道渗透率极低的暂堵层，有效降低压井液的漏失，同时具有返排容易的特点。 2) 设计DB暂堵封隔器 + 破裂盘，暂堵下分支井眼，保证上分支完井压裂工艺的顺利实施；上分支设计并应用了压井球座：实现不压储层更换上分支压裂管柱，避免储层污染。下分支压裂试气施工结束后，在储层上部下入DB暂堵封隔器 + 破裂盘，该破裂盘中心是陶瓷结构，实现下分支井眼的有效封堵，为上分支钻井工作提供了安全可靠的保证。在上分支完成压裂试气后，进行生产完井时利用钢丝作业的方式打碎破裂盘，实现下分支的开采。同时在上分支造斜段3400 m处，安装了压井球座。上分支试气结束后，投入配套球，上部灌注高密度压井液，实现下部储层的暂堵，起出压裂管柱，更换为生产完井管柱。 2.5. 生产管柱采用三重密封保护 1) 三重密封保护即为井下安全阀、生产封隔器和两道插入密封最大程度保证管柱安全可靠。为了保证后期生产的安全可靠，根据中国石油天然气股份公司勘探与生产分公司《高温高压及高含硫井完整性指南》要求，生产完井具备两道密封。为此，该井在∅9⅝in套管设计应用了完井封隔器、∅7in套管设计了插入密封，同时，加装了井下安全阀，紧急时刻实现自动关闭，保证安全。 2) 选择性合采或分采。通过开关滑套和投堵塞器，实现气井分合采。在上下分支之间，安装了坐落短节装置；在坐落短节上部，设计并应用了开关滑套装置。坐落短节处投入堵塞器，打开滑套时，实现上分支的单独生产；关闭滑套，捞出堵塞器，实现下分支的单独生产；打开滑套、捞出堵塞器，实现两分支合采。通过分、合采，实现气藏精细开发。