多年來，沙特阿美石油公司與斯倫貝謝公司合作，研發出一項先進的集分支水平井技術與智能完井技術于一體的井下鉆完井工藝，創下了世界首個智能分支水平井鉆完井范例。這項技術的先進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，需對儲層開采進行適當的劃分與管理。
 
分支水平井多采段智能完井工藝整合了多項新技術和新實踐：建井與布井實踐，利用感應耦合器讓電纜分岔進入水平段；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監測系統；提供井下各開采段壓力、溫度、流量及含水率的直接測量；為提供實時數據和開采動態成功地開發出一套集地面測量、監測、產量監控及數據采集于一體的控制系統。可在不采用傳統采油模式估算節流孔徑的情況下直接控制某個開采段，使其穩定在一個目標流量。
 
技術介紹自 2000 年以來，沙特低滲透碳酸鹽地層“最大儲層接觸”的技術應用與評價有增無減，目前這類分支水平井總的儲層接觸超過 10km，且配有液壓內控閥和永久性的井下監測系統；一口智能化的、最大儲層接觸的井已展現出開發成本低、產出率高的開采特性。鉆井技術使分支水平井油層覆蓋面積大幅提高，產出率驚人。
 
然而，智能完井技術尚未跟上步伐，致使油藏工程師們只能用較少的數據管控這類高產井。極限儲層接觸完井技術，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、 含水率及可變節流等參數，使復雜的分支水平井開采效率得到了極大提升，采收率更高。技術開發極限儲層接觸鉆完井工程是一個復雜的多學科開發項目，融合了工程開發、系統鑒定、現場試驗與評估等多個開發步驟；一個簡單的產品開發活動可以采用一種“第一次做正確”的方法，但這并不適合一個復雜項目，因為這可能導致不切實際的管理預期，從而使未來的研發處于尷尬的危險境地。
 
即使是最有經驗和最勤奮的開發團隊也無法應對“未知的不確定的事物”，涉及的嚴重問題隱藏的如此之深，致使所有實驗室樣機試驗的方法都難以發現這些問題。因此，作為開發進程的一部分，必須先進行全面的測試和初步的現場試驗，盡力發現預想不到的問題，在對關鍵開發環節產生影響之前解決這些問題，以防耽擱項目進展。
 
這種早期現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 測試了原型機電控閥；試驗中獲得的經驗極為重要，所獲的知識融入到后續的技術開發和現場實踐中。在試驗 1 和試驗 2 過程中，發現壓力表電子元器件和含水率傳感器總成出現了“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，當井底鉆具出套管窗后沿尾管外徑追蹤監測至幾百英尺時，遭遇了一次應用性失敗，導致井底鉆具與 7″ 智能尾管外電臍帶發生交叉故障，毀壞了井下通信系統；這一嚴重而難以預測的問題不可能通過有效規劃來預見和預防；因為這是一次應用上的失敗，只有通過現場試驗才能發現。流程圖如圖 1，展示了試驗3 計劃評估的內容擴展，因程序終止導致的應用失敗表示為紅色“X”，重大的項目資源轉變為失敗的原因調查，根源很快被找到。
 
調查小組決定重新開發側出口方法及修正鉆井傳感器的用法，以防應用再次失敗。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避電臍帶故障；詳細內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。由于鉆完井作業重復交織，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耦合器的電路走向，每個智能分支通過一個公感應耦合器與 7″ 有線尾管連接。控制閥，控制開采段的流量。
 
圖 6 是一個“非濕”感應耦合器剖面圖，充當著連接器的作用，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，線圈之間產生磁場，就像一極限儲層接觸井的設計試驗 6 在一口三分支裸眼生產井中進行，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，利用感應耦合器將完井裝置與 7″ 有線尾管連接，圖 2 展示了該井設計的三分支水平段。圖 4 是智能分支完井的關鍵組件，包括公感應耦合器、饋穿膨脹封隔器及提供流量監測與狀態監控的流量控制閥。
 
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，相當為一個流入個變壓器，用這種方法實現“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，這會進一步提高連接的可靠性。
 
極限儲層接觸井的建井為了實現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耦合器和一個轉位的套管接箍，它們在事先進行的間隔組裝中配對，轉位的套管接箍起到了著陸作用，以確保公母耦合器對準，使用感應耦合器、電臍帶和保護器，井徑需從 8 1 / 2 ″增至 9″ ，以確保尾管順利下入和固井質量；這是通過隨井底鉆具一起下的擴眼器來完成的，節省了一趟專為擴眼的起下鉆，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″ 繞線尾管不旋轉下至總井深，坐定懸掛器，母耦合器進行加電測試，原地固尾管，作為必要程序進行一次通井起下鉆，并對轉位的套管接箍進行噴吹，以確保尾管正確著陸，然后重復進行電測試。用一套常規旋轉導向工具以最大機械鉆速鉆 6 1 / 8 ″ 母井眼（L-0），進行通井作業，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的良好關系，從圖 8 可以看出，最終通井作業可被視為一次虛擬的完井作業；請注意利用扭矩和摩阻模型生成的圖表中的鋸齒形特性，這反映了作業期間油管灌裝點的占比。
 
眼前重復電測試，L-0 分支完井結束。下 L-1 分支斜向器和軸向定位，作為一個井下參考點旋轉使用轉位套管連接器，這會使套管開窗朝著外布電臍帶相反的方向向上磨銑；根據試驗 3 獲得的經驗，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，這需要密切監測井下工具測得的實時電阻率數據，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；上部完井包括將電臍帶、生產封隔器和公感應耦合器下入井下，與 7″ 有線尾管感應耦合器配接，通過對 6 個流量控制閥進行的功能測試，所有的 3 個分支水平井眼總的完井連通性得到了驗證；液壓坐定生產封隔器，并成功進行了重復電測試，完成了“極限儲層接觸”井的建井作業。這里所描述的作業程序清楚地說明了鉆完井之間的多重交替作業，這需要一個新層次的協作水平，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程序，這對獲得6 1 / 8 ″ 井眼的完井摩擦系數尤為重要；鉆井與通井作業由于其相互影響，作為一項聯合作業必須對其進行優化；重點放在運用優化的井底鉆具組合、結合有效的泥漿調整和巖屑清除實踐，由此產生的低機械鉆速延長了鉆井周期，但改善了井眼質量，這種改善減少了為滿足摩擦系數要求需要通井的起下作業，因此獲得的凈收益是可觀的。
 
完井要求嚴重影響鉆井進程的其它方面包括：需為 7″有線尾管擴一個 9″井眼；斜向器定位檢查，避免切斷電臍帶；為提高開窗質量，研磨需要恒定的機械鉆速而非恒定的鉆壓；專為進行電性能檢查的起下作業。這些都是影響鉆井進程的復雜工藝。（未完待續）進行通井作業，直到獲得所需的摩擦系數，一個公感應耦合器、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下至總井深，配對驗證感應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結果。
 
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定上升；也有可能發生相反的情況，例如，如果低電阻率讀數持續，表明出現了井底鉆具沿套管附近鉆進的情形，遇此情形鉆進會被停止，以免與電臍帶相碰。使 用 常 規 旋 轉 導 向 工 具 鉆進，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，就可以對電阻率數據進行密切監測，一旦井底鉆具鉆出尾管超過4.5m，就會出現此種情形。
 
L-1分支井鉆至總井深，成功實現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；上部完井包括將電臍帶、生產封隔器和公感應耦合器下入井下，與 7″ 有線尾管感應耦合器配接，通過對 6 個流量控制閥進行的功能測試，所有的 3 個分支水平井眼總的完井連通性得到了驗證；液壓坐定生產封隔器，并成功進行了重復電測試，完成了“極限儲層接觸”井的建井作業。這里所描述的作業程序清楚地說明了鉆完井之間的多重交替作業，這需要一個新層次的協作水平，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程序，這對獲得6 1 / 8 ″ 井眼的完井摩擦系數尤為重要；鉆井與通井作業由于其相互影響，作為一項聯合作業必須對其進行優化；重點放在運用優化的井底鉆具組合、結合有效的泥漿調整和巖屑清除實踐，由此產生的低機械鉆速延長了鉆井周期，但改善了井眼質量，這種改善減少了為滿足摩擦系數要求需要通井的起下作業，因此獲得的凈收益是可觀的。完井要求嚴重影響鉆井進程的其它方面包括：需為 7″有線尾管擴一個 9″井眼；斜向器定位檢查，避免切斷電臍帶；為提高開窗質量，研磨需要恒定的機械鉆速而非恒定的鉆壓；專為進行電性能檢查的起下作業。這些都是影響鉆井進程的復雜工藝。（未完待續）