多年來，沙特阿美石油公司與斯倫貝謝公司合作，研發(fā)出一項先進(jìn)的集分支水平井技術(shù)與智能完井技術(shù)于一體的井下鉆完井工藝，創(chuàng)下了世界首個智能分支水平井鉆完井范例。這項技術(shù)的先進(jìn)性在于將井眼與儲層的接觸推向極值，以“極限儲層接觸” 獲取更高的采收率，使井眼能夠接觸超過 20km 的儲層， 為了確保整個儲層均勻開采，需對儲層開采進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭澐峙c管理。
分支水平井多采段智能完井工藝整合了多項新技術(shù)和新實踐：建井與布井實踐，利用感應(yīng)耦合器讓電纜分岔進(jìn)入水平段；合理部署多個低功耗、無限位置的電流控制閥；驗證了一個一體化的生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)；提供井下各開采段壓力、溫度、流量及含水率的直接測量；為提供實時數(shù)據(jù)和開采動態(tài)成功地開發(fā)出一套集地面測量、監(jiān)測、產(chǎn)量監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集于一體的控制系統(tǒng)?？稍诓徊捎脗鹘y(tǒng)采油模式估算節(jié)流孔徑的情況下直接控制某個開采段，使其穩(wěn)定在一個目標(biāo)流量。
技術(shù)介紹自 2000 年以來，沙特低滲透碳酸鹽地層“最大儲層接觸”的技術(shù)應(yīng)用與評價有增無減，目前這類分支水平井總的儲層接觸超過 10km，且配有液壓內(nèi)控閥和永久性的井下監(jiān)測系統(tǒng)；一口智能化的、最大儲層接觸的井已展現(xiàn)出開發(fā)成本低、產(chǎn)出率高的開采特性。鉆井技術(shù)使分支水平井油層覆蓋面積大幅提高，產(chǎn)出率驚人。
然而，智能完井技術(shù)尚未跟上步伐，致使油藏工程師們只能用較少的數(shù)據(jù)管控這類高產(chǎn)井。極限儲層接觸完井技術(shù)，將分支水平段分隔為多個開采段，各開采段都能提供流量、壓力、溫度、 含水率及可變節(jié)流等參數(shù)，使復(fù)雜的分支水平井開采效率得到了極大提升，采收率更高。技術(shù)開發(fā)極限儲層接觸鉆完井工程是一個復(fù)雜的多學(xué)科開發(fā)項目，融合了工程開發(fā)、系統(tǒng)鑒定、現(xiàn)場試驗與評估等多個開發(fā)步驟；一個簡單的產(chǎn)品開發(fā)活動可以采用一種“第一次做正確”的方法，但這并不適合一個復(fù)雜項目，因為這可能導(dǎo)致不切實際的管理預(yù)期，從而使未來的研發(fā)處于尷尬的危險境地。
即使是最有經(jīng)驗和最勤奮的開發(fā)團(tuán)隊也無法應(yīng)對“未知的不確定的事物”，涉及的嚴(yán)重問題隱藏的如此之深，致使所有實驗室樣機(jī)試驗的方法都難以發(fā)現(xiàn)這些問題。因此，作為開發(fā)進(jìn)程的一部分，必須先進(jìn)行全面的測試和初步的現(xiàn)場試驗，盡力發(fā)現(xiàn)預(yù)想不到的問題，在對關(guān)鍵開發(fā)環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響之前解決這些問題，以防耽擱項目進(jìn)展。
這種早期現(xiàn)場試驗的方法成功地運用在試驗1 中，試驗 1 驗證了建井實踐；試驗 2 測試了原型機(jī)電控閥；試驗中獲得的經(jīng)驗極為重要，所獲的知識融入到后續(xù)的技術(shù)開發(fā)和現(xiàn)場實踐中。在試驗 1 和試驗 2 過程中，發(fā)現(xiàn)壓力表電子元器件和含水率傳感器總成出現(xiàn)了“未知的不確定的故障”，由于這些都是工具類故障，整改起來比較簡單；試驗 3 期間，當(dāng)井底鉆具出套管窗后沿尾管外徑追蹤監(jiān)測至幾百英尺時，遭遇了一次應(yīng)用性失敗，導(dǎo)致井底鉆具與 7″ 智能尾管外電臍帶發(fā)生交叉故障，毀壞了井下通信系統(tǒng)；這一嚴(yán)重而難以預(yù)測的問題不可能通過有效規(guī)劃來預(yù)見和預(yù)防；因為這是一次應(yīng)用上的失敗，只有通過現(xiàn)場試驗才能發(fā)現(xiàn)。流程圖如圖 1，展示了試驗3 計劃評估的內(nèi)容擴(kuò)展，因程序終止導(dǎo)致的應(yīng)用失敗表示為紅色“X”，重大的項目資源轉(zhuǎn)變?yōu)槭〉脑蛘{(diào)查，根源很快被找到。
調(diào)查小組決定重新開發(fā)側(cè)出口方法及修正鉆井傳感器的用法，以防應(yīng)用再次失敗。制定了一個新的項目計劃，要求追加三個并行試 驗， 試 驗 4、5、6， 試 驗 4 計劃利用電阻率測井和修改后的程序有效規(guī)避電臍帶故障；詳細(xì)內(nèi)容在極限儲層接觸井的建井部分予以闡述；試驗 5 是一個簡化的試驗；試驗 6 是一個全面的安裝測試，類似于先前試驗 3 的安裝測試，這部分是我們討論的重點。由于鉆完井作業(yè)重復(fù)交織，圖 3 是這口極限儲層接觸井的示意圖，圖中重點突出了沿 7″ 有線尾管到每個母感應(yīng)耦合器的電路走向，每個智能分支通過一個公感應(yīng)耦合器與 7″ 有線尾管連接?？刂崎y，控制開采段的流量。
圖 6 是一個“非濕”感應(yīng)耦合器剖面圖，充當(dāng)著連接器的作用，因此，不需要接觸式連接，將兩個放在一起的線圈通上交流電，線圈之間產(chǎn)生磁場，就像一極限儲層接觸井的設(shè)計試驗 6 在一口三分支裸眼生產(chǎn)井中進(jìn)行，儲層為低滲透碳酸鹽地層，三個分支水平段都分別安裝了智能完井裝置，利用感應(yīng)耦合器將完井裝置與 7″ 有線尾管連接，圖 2 展示了該井設(shè)計的三分支水平段。圖 4 是智能分支完井的關(guān)鍵組件，包括公感應(yīng)耦合器、饋穿膨脹封隔器及提供流量監(jiān)測與狀態(tài)監(jiān)控的流量控制閥。
圖 5 為流量控制閥剖面圖，借助一個并行的工具管，開采段的流量進(jìn)入完井裝置，該工具管包含一個用來測量流量的文氏里流量計，測量壓力、溫度和含水率的一組傳感器，以及一個可變的電扼流線圈，相當(dāng)為一個流入個變壓器，用這種方法實現(xiàn)“非濕”連接；雖然它比濕接頭或接觸式連接器更可靠，但也有其自身的復(fù)雜性：井下電源和遙測必須是交流電通過耦合器，而不是采用電子器件，這會進(jìn)一步提高連接的可靠性。
極限儲層接觸井的建井為了實現(xiàn)智能分支完井和上部完井，7″ 有線尾管提供的多功能電插座起到了轉(zhuǎn)接器的作用，它們與一個外部的電臍帶連接在一起；每個連接座包含一個母感應(yīng)耦合器和一個轉(zhuǎn)位的套管接箍，它們在事先進(jìn)行的間隔組裝中配對，轉(zhuǎn)位的套管接箍起到了著陸作用，以確保公母耦合器對準(zhǔn)，使用感應(yīng)耦合器、電臍帶和保護(hù)器，井徑需從 8 1 / 2 ″增至 9″ ，以確保尾管順利下入和固井質(zhì)量；這是通過隨井底鉆具一起下的擴(kuò)眼器來完成的，節(jié)省了一趟專為擴(kuò)眼的起下鉆，為了提供 L-1 分支和 L-2 分支開窗的出口選擇，電臍帶被纏繞在 7″ 尾管上。
7″ 繞線尾管不旋轉(zhuǎn)下至總井深，坐定懸掛器，母耦合器進(jìn)行加電測試，原地固尾管，作為必要程序進(jìn)行一次通井起下鉆，并對轉(zhuǎn)位的套管接箍進(jìn)行噴吹，以確保尾管正確著陸，然后重復(fù)進(jìn)行電測試。用一套常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具以最大機(jī)械鉆速鉆 6 1 / 8 ″ 母井眼（L-0），進(jìn)行通井作業(yè)，扭矩和摩阻軟件用來生成通井鉆具組合與完井管柱兩個模型，試驗 1 至試驗3 展示了通井鉆具組合與完井管柱之間摩擦系數(shù)的良好關(guān)系，從圖 8 可以看出，最終通井作業(yè)可被視為一次虛擬的完井作業(yè)；請注意利用扭矩和摩阻模型生成的圖表中的鋸齒形特性，這反映了作業(yè)期間油管灌裝點的占比。
眼前重復(fù)電測試，L-0 分支完井結(jié)束。下 L-1 分支斜向器和軸向定位，作為一個井下參考點旋轉(zhuǎn)使用轉(zhuǎn)位套管連接器，這會使套管開窗朝著外布電臍帶相反的方向向上磨銑；根據(jù)試驗 3 獲得的經(jīng)驗，初始井下開窗造斜需利用電阻率來消除沿套管向下的可能性，這需要密切監(jiān)測井下工具測得的實時電阻率數(shù)據(jù)，以證實開窗井眼是否鉆出尾管，鄰近金屬尾管時，采用電阻率對比的方法完成操作，即高地層電阻率與低電阻率之間進(jìn)行測量對比。
分支井的成功實踐，完成了 L-1分支井的完井作業(yè)；上部完井包括將電臍帶、生產(chǎn)封隔器和公感應(yīng)耦合器下入井下，與 7″ 有線尾管感應(yīng)耦合器配接，通過對 6 個流量控制閥進(jìn)行的功能測試，所有的 3 個分支水平井眼總的完井連通性得到了驗證；液壓坐定生產(chǎn)封隔器，并成功進(jìn)行了重復(fù)電測試，完成了“極限儲層接觸”井的建井作業(yè)。這里所描述的作業(yè)程序清楚地說明了鉆完井之間的多重交替作業(yè)，這需要一個新層次的協(xié)作水平，確保滿足極限儲層接觸井的要求。許多情況下，完井要求制約著鉆井作業(yè)程序，這對獲得6 1 / 8 ″ 井眼的完井摩擦系數(shù)尤為重要；鉆井與通井作業(yè)由于其相互影響，作為一項聯(lián)合作業(yè)必須對其進(jìn)行優(yōu)化；重點放在運用優(yōu)化的井底鉆具組合、結(jié)合有效的泥漿調(diào)整和巖屑清除實踐，由此產(chǎn)生的低機(jī)械鉆速延長了鉆井周期，但改善了井眼質(zhì)量，這種改善減少了為滿足摩擦系數(shù)要求需要通井的起下作業(yè)，因此獲得的凈收益是可觀的。
完井要求嚴(yán)重影響鉆井進(jìn)程的其它方面包括：需為 7″有線尾管擴(kuò)一個 9″井眼；斜向器定位檢查，避免切斷電臍帶；為提高開窗質(zhì)量，研磨需要恒定的機(jī)械鉆速而非恒定的鉆壓；專為進(jìn)行電性能檢查的起下作業(yè)。這些都是影響鉆井進(jìn)程的復(fù)雜工藝。（未完待續(xù)）進(jìn)行通井作業(yè)，直到獲得所需的摩擦系數(shù)，一個公感應(yīng)耦合器、兩個流控閥和兩個膨脹封隔器組成的 L-0 分支完井組件不旋轉(zhuǎn)下至總井深，配對驗證感應(yīng)耦合器的電性能和流量控制閥的功能，封隔器通過液壓使感應(yīng)耦合器就位，釋放下井工具，起出井井下電阻率記錄曲線的反應(yīng)結(jié)果。
圖中套管開窗出口的低電阻率向上逐漸增大，向著較高的地層電阻率穩(wěn)定上升；也有可能發(fā)生相反的情況，例如，如果低電阻率讀數(shù)持續(xù)，表明出現(xiàn)了井底鉆具沿套管附近鉆進(jìn)的情形，遇此情形鉆進(jìn)會被停止，以免與電臍帶相碰。使 用 常 規(guī) 旋 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 向 工 具 鉆進(jìn)，確保初始開窗造斜鉆出一個低 狗 腿 度 的 井 眼， 一 旦 隨 鉆 測量 MWD 獲得可靠的定向方位，就可以對電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行密切監(jiān)測，一旦井底鉆具鉆出尾管超過4.5m，就會出現(xiàn)此種情形。
L-1分支井鉆至總井深，成功實現(xiàn)智能分支完井和電測試，利用 L-0分支井的成功實踐，完成了 L-1分支井的完井作業(yè)；上部完井包括將電臍帶、生產(chǎn)封隔器和公感應(yīng)耦合器下入井下，與 7″ 有線尾管感應(yīng)耦合器配接，通過對 6 個流量控制閥進(jìn)行的功能測試，所有的 3 個分支水平井眼總的完井連通性得到了驗證；液壓坐定生產(chǎn)封隔器，并成功進(jìn)行了重復(fù)電測試，完成了“極限儲層接觸”井的建井作業(yè)。這里所描述的作業(yè)程序清楚地說明了鉆完井之間的多重交替作業(yè)，這需要一個新層次的協(xié)作水平，確保滿足極限儲層接觸井的要求。
許多情況下，完井要求制約著鉆井作業(yè)程序，這對獲得6 1 / 8 ″ 井眼的完井摩擦系數(shù)尤為重要；鉆井與通井作業(yè)由于其相互影響，作為一項聯(lián)合作業(yè)必須對其進(jìn)行優(yōu)化；重點放在運用優(yōu)化的井底鉆具組合、結(jié)合有效的泥漿調(diào)整和巖屑清除實踐，由此產(chǎn)生的低機(jī)械鉆速延長了鉆井周期，但改善了井眼質(zhì)量，這種改善減少了為滿足摩擦系數(shù)要求需要通井的起下作業(yè)，因此獲得的凈收益是可觀的。完井要求嚴(yán)重影響鉆井進(jìn)程的其它方面包括：需為 7″有線尾管擴(kuò)一個 9″井眼；斜向器定位檢查，避免切斷電臍帶；為提高開窗質(zhì)量，研磨需要恒定的機(jī)械鉆速而非恒定的鉆壓；專為進(jìn)行電性能檢查的起下作業(yè)。這些都是影響鉆井進(jìn)程的復(fù)雜工藝。（未完待續(xù)）
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