MRC技术的研究与应用

环球石油技术的江怀友沈平平?裘怿楠2胡海燕3刘万赋←崔丽雅(1.中国石油经济技术研究院;2.中国石油勘探开发研究院3.中国石油勘探与生产分公司;4.中国石油天然气集团公司咨询中心;)摘要:MBC技术被国际石油专家们确认为21世纪初最具发展潜力的八项钻井新技术之一,代表了石油钻井技术的发展方向,因此,受到石油业界的高度关注。所谓MRC技术,就是指从一个主井眼中钻两个或多个分支井眼的钻井技术,除了具有水平井的常规优势外,它可以钻遇多个不同空间位置的产层,增大储层钻穿凡率和有效面积,提高单井油气产量,其成本比单个水平井低。MRC技术现已成为油气田开发的一种重要技术在世界范围内广泛应用。研究和发展MRC技术,开釆储层剩余油,必将为全球老油田的高水平、高效益开发和可持续发展提供有力支持。关键词:MRC技术分支井开发油田、MRC技术发展现状MRC技术是在水平井、定向井基础上发展起来的一种钻井技术。MRC技术( Maximum reservoir contact,油藏最大接触位移技术),是指在一口主井眼(直井、定向直井抽排水分支水平井眼主水平并眼井水平井)中钻出若干个进入油气藏的分支井眼的技术它可以从一个井眼中获得最大的总水平位移,在相同或不同方向上钻穿不同深度的多套油气层(总接触位移≥5km)(见图1)。a穴沟通两井1发展历程中国煤化工分支井的概念起源于20世纪30年代,而首先开展分CNMHG支井技术研究是在20世纪50年代。第一批多分支井钻于图1MRc技术示意图42石油科技论坛2007.2前苏联的俄罗斯和阿塞拜疆、乌克兰,但一开始技术发展缓慢,主要原因是完井技术没有过关。我国20世纪60年代初也曾在玉门油田进行了研究与实践,打成功了两口井。到90年代末,全世界累计钻分支井126口。1995年以后,随着水平井完井技术的发展和三维地震技术的普及,多分支井技术得到迅速发展。美国、加拿大、英国、法国、沙特等国家的多家石油公司对分支井的开发应用给予了较大的投入,开始集中力量解决分支井的完井系统问题。完井工具和工艺技术的成功开发使分支井技术在世界图4混合型多分支井范围内被广泛应用,并日益得到开发。(A S. Dossary, 2003)2.分类类型3级别划分根据分支井的数量、方向及与主井眼的连接方式,分TAML复杂性分级的依据是功能和连接的复杂性。支井可分为:叠加式双或三水平分支井、反向双分支井TAML是由德士古、壳牌等16家有钻多分支井经验的二维双水平分支井、二维三水平分支井、二维位移四分司和8家伙伴公司组成的公司集团,为多分支井发展提支水平井、二维反向四水平分支井、叠加/定向三分支出技术规范和方向,将TAML划分为级别1至级别6共水平井、辐射状四分支井、辐射状三分支井、叠加辐射6个亚级状四分支井。目前出现的分类方法是将多分支井划分为4.核心技术音叉型、鱼骨型、混合型(见图2至图4)MRC技术是集井眼轨道设计、钻井液设计、侧钻技术、完井技术和采油工艺于一体的新技术。目前国际著名大公司,如斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯、威德福等都研发出自己的专利技术。哈里伯顿公司研发了分支井的钻井、完井、开采和分支井重新进入等配套技术和工具装备,拥有20余项专利技术,技术水平在世界处于领先地位in查鞋二、适用于MRC技术的储层地质条件图2音叉型多分支井该技术适合于碎屑岩、碳酸岩、变质岩、岩浆岩储层,(A S Dossary, 2003)适用于新老油田的低渗透油层、重油油藏、多层薄油藏、裂缝性油藏、复杂断块油藏以及煤层气开发。图5是沙特阿拉伯国家石油公司 Delta油田的 Unayzah砂岩气藏的口多分支井剖面,为3级智能完井。储层为砂岩气藏,开采目的层为2个砂岩单元: Unayzah a和 UnayzahB。中间由粉砂岩单元分隔开来国外油田应用情况卵0则7衬管鞋中国煤化工,如墨西哥湾、北海、3鱼骨型多分支井中CNMHGpears and Associates(A.S. Dossary, 2003)公司统计,全世界分支井共计2481口,其中智能完井1522007.2石油科技论坛43环球石油从图上可以看出设计井眼与实际钻井井眼吻合得很好。A设计并眼轨迹13560TVD买际抖眼轨迹粉砂岩13780′TVDnay实际井眼轨迹王眼图5沙特Deta油田D-10多分支井轨迹合效果好(Ginest, 2005)次,可膨胀实体管150次(30480m);可膨胀筛管150次分支眼1.MRC技术解决的实际问题MRC技术在油田开发中可以解决如下问题:一是通图7SHYB-220并井眼轨迹过提高井眼与油藏的接触长度,增加泄油面积,提高单(N. G, Saleri, 2003)井生产能力;二是降低井数,并且降低打井时的地面设2)钻井施工备,对于海上油田可减小平台尺寸重量;三是降低钻井SHYB-220井2002年3月7日开钻,采用智能完井方和生产的单位成本,从而降低油田的整体开发成本四是式。主井及分支井的长度、钻进时间、钻速数据详见表1。有效地应用有限的空间五是减少岩屑和钻井液的排放,表1主井眼分支井眼钻井数据表减少对环境的污染。类型井深(rt)坻度(r)的间()钻速(tn)2.典型井MRC技术解剖160269796分支L116150535039.1随着石油工业界对分支井认识的不断深入,发达国分支L216246150家钻分支井的技术日渐成熟,已经能够完成各种难度等分支L312755级的分支井作业。下面以SHYB-220井为实例作详细解分支L411256剖。该井是沙特阿拉伯国家石油公司 Shay bah油田海相2964沉积储层的一口多分支井,2002年投产(见图6)。11275分支L7956411237合计1158108·L水平共3)油藏地质特征储层为海相沉积。以岩心、测井曲线和以前的研究成果为依据,通过孔隙度和伽马值确定岩相。划分的岩相有: Deep Algal Platform(深海藻台地相)、 AlgalPlatforn(海藻台地相)、 Lithocodium/ Coral(珊瑚相)图6 Shaybah油田开发井位图Deep lagoon(深泻湖相)、 Shallow Lagoon(浅泻湖(N. G. Saleri, 2003)相)、 Deep Slope(深斜坡相)、 Shallow Slope(浅斜坡1)井眼轨迹设计相)、 Fore Bank(滩前相)、 Back Bank(滩后相)、 Rudist单井轨迹设计如下:主井眼平行于构造(3km长);(厚壳蛤类、固着蛤类相)。 Back Bank(滩后相)为目分支井眼(Ll,L2)平行于主井眼;其他6个分支井眼的中国煤化工(L3,L4,L5,L6,L7,L8)与主井眼成30°角;目的CNMH井眼深度在气顶以下层在油水界面以上60in,油气界面以下50in(见图7)。和油柱边界丙(见图944石油科技论2007.2sHYB-2eb浅污岩石相sHIB-toN进岩石相孔原度图11SHYB-220井主井眼与分支井眼穿过剖面图8伽马和孔隙度测井曲线确定的岩相N. G. Saleri, 2003)(N G Saleri, 2003)浅石相图12SHYB-220井主井眼与分支井眼岩相边界图9SHYB-220井主井眼相关的地层横剖面(N. G. saleri, 2003)(N. G. Saleri, 2003)技术成熟。主井眼=表2SHYB-220等3口多分支井生产数据L6 L8油投产井口压力油嘴采油指数井号(Mba)日期(ps)(%)(stba/ps)SHY8-22012202-111940102图10SHYB-220井主井眼与分支井眼电相描述SHYB-3801002-81060120根据伽马曲线和孔隙度、电阻率曲线组合证实,主井5)经济评价眼、分支井眼钻遇的是滩后相集合体,很少有厚壳蛤类M凵中国煤化工单位开发成本明显下泻湖、珊瑚相,达到了只钻入目的层,保护其他储层的降,CNMHG益率增值明显。以1km效果(见图10至图12)地质设计与储层特征吻合,MRC水平井为基准点,SHYB-22,并单位开发成本下降4倍2007.2石油科技论坛45环球石油(见图13)。多分支井含剩油的坨状砂体坨状砂体图14分支井与剩余油关系图MRC经过储层长度(km)点坝砂体的储层概念模型——半连通体模式(见图图13单位成本与油藏接触距离关系图15)。它表征了点坝侧积砂体与侧积泥质隔夹层的组合特(N. G. Saler, 2003)征,其下半部连通,上半部不连通,即所谓的“半连通体”。四、中国陆相储层MC技术应用模式=5=236典型砂体面MRC技术是继定向井、侧钻井、水平井技术之后发展起来的新的钻井技术,由于它增加了泄油面积,可大比是少幅提高新老油田产量,开采速度及最终采收率,成为21世层内灾层分布模式分支井布位纪受高度重视的技术。目前,全球许多老油田已进入高含水甚至特高含水开发阶段,随着含水率的上升,剩余油在空间分布零散。图15分支井位置及曲流河砂体夹层分布图运用MRC技术挖掘剩余油,减缓产量递减提高采收率,在注水开发过程中,若注采井方向与河流走向垂直改善开发效果,将是今后发展的重点和方向。在将来较则井间的泥质侧积层会阻碍注入水的驱替,造成点坝上长一段时间内成为全球低成本IOR技术,在世界范围内部的驱替效率低甚至无驱替,形成剩余油,而点坝下部广泛应用。驱替效率很高且可能发生窜流,从而严重影响注水开发1.MRC技术在油田开发中应用机理效果,因此对于这类储层,要合理布置注采井网,以避MRC技术使井与油藏的接触面积扩展,井与剩余免开发战略的失误。油接触的准确度提高。应用MRC技术挖潜剩余油原理在剖面上,分支井平行于河道砂顶面,位置在河道砂如下上部的侧积泥质条带垂向上的中间位置,或稍向上部布(1)MRC技术在空间定向上具有灵活性,将分支井井(见图16)伸向剩余油部位,如三角洲前缘相泥包砂等坨状储层,可平面上,分支井方向与侧积泥质条带要有夹角,不能获得较好的经济效益(见图14)。平行于侧积泥质条带,否则由于侧积泥质条带的遮挡作(2)利用使用MRC技术可以增大与油层接触的面用出现只采无注,影响开发效果。积,提高剩余油钻穿几率的优势,绕过精细描述河道砂同时封堵油层底部特高渗透水窜层,可使注入水改顶部的困难只要能相对精细地描述河道砂顶部剩余油,向,启动低渗透层剩余油,扩大注入水波及系数,提高即可将其采出,降低了地质设计风险。水驱采收率。2挖掘河道砂顶部剩余油中国煤化工河流相不同沉积模曲流河道相储层以其分布广泛、储量丰富而闻名于式CNMHG曲分流河道砂体。世因而也成为最重要的储层类型之3挖掘三角洲前缘相砂体剩余油46辖坛2007.2的剩余油部位(见图18)。多分支井图16曲流河分支井布井平面图图18老君庙油田油藏构造与分支井布井图据王乃举整理,199砂体为三角洲内前缘枝状、坨状、过渡状和外前缘稳定、不稳定席状、过渡型席状。沉积时河流作用较弱,三5.挖掘裂缝性潜山基岩油藏剩余油角洲前缘相沉积时湖浪改造作用强,河流作用弱。储层中国的裂缝性潜山油藏多属于断块古潜山油藏,储物性逐渐变差层为古生代海相沉积的基岩,生油层为中、新生代陆相平面上,分支井与水下分流河道砂体或席状砂体走沉积的泥岩,属于“新生古储”油藏。储层岩性为碳酸盐向平行,开发横流带方向的剩余油(见图17)。岩、变质岩和火成岩。应用MRC技术进行裂缝性潜山基岩油藏剩余油挖潜如图19所示。第四系上第三系多分支井多分支抖分支方向多分支分支方向多分支井分支方图19龙虎庄奥陶系断阶潜山油藏造剖面与分支井布井图河道税、表内球砂表外尖灭6挖掘多层砂岩油藏剩余油图17前缘相分支井布井平面图世界的大型油田多属此类。这类油田均具有中、高渗剖面上,对于席状砂分支井应布在砂体垂向上的中间位透率储层,成藏圈闭条件以各种成因的背斜构造或被断层置,对于水下分流河道砂体,分支井布于河道砂体的上部。复杂化的背斜构造为主,构造形态比较完整且相对简单4.挖掘复杂断块油藏剩余油构造面积大,构造闭合高度达数百米。油层上倾方向被断层遮挡形成圈闭的油藏称为断块河流一三角洲体系沉积的多层砂岩储层是这类油藏油藏;以断块油藏为主的油田称为断块油田;地质储量的首要特点。湖盆长轴方向地形开阔、坡度较小,河流体半以上储存于面积小于Ikm断块的油田称为复杂断块系源远流长,辫状河、曲流河发育,河流携带碎屑物注入油田。断块油田中油气分布有利的砂体是以河流相砂体湖泊,在河口浅水缓坡处卸载,形成一个完整的“河流和三角洲相砂体类型为主,也有少量水下扇和扇三角洲中国煤化工油田一般是分布于盆沉积砂体类型。地同CNMHG系中。应用MRC技术应用MRC技术进行剩余油挖潜时,分支井伸向断块开展多层油藏剩余油挖潜如图20所示2007.2石油科技论坛4环球石油多分支井Reservior Contact Wells With Smart Completions in the[5 AL-Dossary A S First Installation of HydraulicFlow Control System IN Saudi A Franco. SPE 931836] Ginest N H First Deep Multi-Lateral Gas WellsObjectives, What We Got, Lessons Learned and NextSteps. SPE 93530图20多层油藏不稳定互层型储层与分支井布井图(据隋军整理,2000J Siddiaul S. Techniques for Extracting ReliableDensity and Porosity Data From cuttings. SPE 96918五、结论与认识[8] Kanj M Y. Taming Complexities of CoupledMRC技术除具有水平井的常规优势外,还能增大储 Geomechanics in Rock Testing: From Assessing Reservior层钻穿几率和有效面积,提供多种泄油模式,控制底水 Compaction to Analyzing stability of Expandable sand锥进和延缓边水推进速度。由于MRC技术可以大幅度提 Screens and Solid Tubulars.SPE97022高单井产量,提高开采速度,提高最终采收率,并且有[9] AL-Otaibi M B. Wellbore Cleanup by Water助于解决特殊油藏的开采问题,减少开发凤险,降低开| Jetting and Enzyme Treatments in MRC Wel:case发成本,经济效益明显,已受到石油业界的高度关注,Histories. SPE97427适合于应用MRC技术的储层条件有:水锥造成的死[10] AL-Jeffre A M. World's First MRC Window油区和阁楼油、透镜体油气藏、薄油气藏及低渗透油藏Exits out of Solid Expandable open-hole Liner in the高黏度稠油藏、渗透率不同需水驱的储层、有多组天然Shaybah Field, SaudI Arabia. SPE97427[11] Perez-Tellez, Carlos. Improved Bottomhole裂缝的油气藏、高定向渗透性储层、致密砂岩油气藏、自Pressure Control for Underbalanced Drilling Operations然沥青油藏等。适合于应用MRC技术的岩性有碎屑岩Ph. D. Dissertation. Louisiana State University and碳酸盐岩、变质岩、岩浆岩。Agricultural Me-chanical College, 2003应用MRC技术挖潜剩余油,是油藏精细描述发展过[12] Hottman W E Multilateral and Multibranch Wells程中提高采收率的有效手段。随着该项的进步及在油田for Mature Reservoirs. SPE 3705开发中应用,必将为全球老油田的高水平、高效益开发[13] Themig D. Planning and Evaluation Are crucial和可持续发展作出积极贡献。to Multilateral Wells. Petroleum Engineer international参考文献[14] Smith R C. The Lateral Tie-back System[1] Saleri N G. Salamy S P. SHAYBAH-220: A The Ability to DriHand Case Multiple Laterals. IADC/Maximum Reservoir Contact (MRc) Well and ItsSPE27436Implications for Developing tight Facies Reservoirs[15]Baryshnikov A, Calderoni A, Ligrone A, FerraraSPE81487P. A New Approach to The Analysis of Drillstring Fatigue[2] Dossary A S. Challenges and Achievements ofBehavior, SPE 30524Drilling Maximum Reservoir Contact (MRC) Wells[16] Dale B A. 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