冀東油田水平井新型完井配套工具研究與應用

姜增所,強曉光,宋穎智,馬 艷,邱貽旺

(中國石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院,河北唐山 063000）

冀東油田水平井新型完井配套工具研究與應用

姜增所,強曉光,宋穎智,馬 艷,邱貽旺

(中國石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院,河北唐山 063000）

為解決冀東油田水平井高含水日益突出的問題,對水平井完井配套工具進行了改進,從完井階段對出水加以控制;主要介紹了可調控水篩管和遇油自膨脹封隔器的結構、特點及現場應用情況,這兩項工具在冀東油田的應用取得了較好的穩油控水效果。

冀東油田;水平井;完井工具

冀東油田自2002年應用水平井開發技術以來,水平井規模迅速擴大,已完鉆投產水平井350余口,為冀東油田的產量增長發揮了重要的作用。但是隨著開發時間的增加,部分水平井由于底水錐進、邊水侵入、管外封隔器失效等原因而高含水,水平井高含水的比例越來越大,目前冀東油田水平井綜合含水已高達97%,嚴重制約了冀東油田的整體開發效果。中國石油勘探開發研究院采油所朱懷江[1]認為,由于結構上的原因,水平井在開采過程中更容易出現過多出水現象。針對以上情況,冀東油田從最初的完井階段入手,引進了新的完井配套工具,形成了一套新的完井方式,并在現場應用中取得了良好的效果。

1 可調控水篩管的控水原理與特點

可調控水篩管是在目前的精密微孔復合防砂篩管上增加流量調節功能,通過設置不同直徑的噴嘴使水平井各段均衡產液,局部見水后限制產水段的產液量。對于一口水平井,根據地層特性、產層狀況、設計產量和水平段長度等參數,通過專門的設計軟件優化設計每段篩管的噴嘴大小,現場調配噴嘴,達到均衡水平段的流動阻力,使水平段上各井段具有基本相同的生產壓差、均衡產液的目的,最大限度地提高油井產量,控制底水水脊的局部升高,使油井能夠正常生產。

1.1 可調控水篩管控水原理

如圖1所示,篩管流道串接有可設定流量的恒流器,利用恒流器的流量低壓敏、流量無粘敏的特點對流經的水量加以控制。流量低壓敏:壓差增加10倍,流量增加2倍左右,而不是十倍;流量無粘敏:300厘泊的油或水通過,水流量和油流量相同,有可能水流量比油流量還小。

圖1 可調控水篩管結構示意圖

可調控水篩管中的恒流器對水平井底水油藏的開發具有三個作用:

(1)恒流作用是為防止水平段滲透率高的地方提前見水,從而延長無水采油期。

(2)見水后,低粘度水向井筒附近突進,此時,可調控水篩管對進水量加以控制,使其只能按照設定的量進入管內,大大降低了產出液的含水量,延長低含水期。

(3)低于設定流量時,恒流器上幾乎沒有壓差,這樣可大大提高低滲透段的生產壓差,提高采收率。

1.2 與普通篩管的試驗對比結果

(1)相同生產壓差下壓力分布情況:普通篩管完井時,無論是低滲段還是高滲段,由于其阻力小,消耗的壓降也小,生產壓差幾乎全部消耗在地層里[2-3]。可調控水篩管完井時,對于低滲段即出油段,地層的回壓大,可調控水篩管上的壓降小;對于高滲段即出水段,地層的回壓小,可調控水篩管上的壓降大。

(2)相同生產壓差下流量分布情況:普通篩管完井時,高滲段(出水段)流量遠大于低滲段(出油段),即水的流量遠大于油的流量。可調控水篩管完井時,對于高滲段(出水段),控流裝置極大限制了其流動,而對于低滲段(出油段)來說,控流裝置幾乎不影響其流動。

(3)提高生產壓差后篩管壓力分布情況:對于普通篩管,假若把生產壓差由初始的1MPa提高到10 MPa,無論低滲段還是高滲段,篩管上阻力很小,壓降很小,提高的生產壓差幾乎都落在地層上[4-5]。對于可調控水篩管來說,假若把生產壓差由初始的1MPa提高到10MPa,可調控水篩管具有以下特點:①低滲透段,可調控水篩管上壓差升高很小,提高的生產壓差大部分落在地層,這樣,大大提高了低滲段即出油段的地層生產壓差,提高采收率。②高滲透段,地層阻力小,消耗的壓降也小,壓差大部分落在控流裝置上,這樣更能有效控制出水量,大幅降低含水率。

1.3 可調控水篩管的特點

(1)對于非均質油藏,可調控水篩管在沿水平段上能夠自行調節各段的產液量;

(2)一管起到防砂、控水的雙重作用;

(3)使用可調控水篩管,不僅達到防砂完井的目的,而且在正常生產后不需要下入管內分層開采管柱,提高投資效益。

2 遇油自膨脹封隔器研究與應用

水平井含水上升速度快的其中一個原因就是常規裸眼封隔器的失效,造成無法有效封隔油水層。在高含水老油田二次開發中,國外公司在北海油田側鉆井中推廣采用遇油自膨脹封隔器進行非固井完井[4],有效地開發剩余油資源。借鑒了自膨脹封隔器在國外油田應用的成功經驗,冀東油田引進了可靠性高的遇油自膨脹封隔器。

2.1 遇油自膨脹封隔器的特點

遇油自膨脹封隔器由基管、膠筒、端環三部分組成(見圖2),可作為完井管串的一部分,不需要服務工具即可下入,在管外遇油脹封,形成高效的封堵壓力 ,通過膠筒與油氣的接觸實現密封,緊貼井壁,如果有損傷能自動修復,工藝簡單,有效期長。

圖2 遇油自膨脹封隔器結構示意圖

遇油自膨脹裸眼封隔器具有以下幾個特點:

(1)不需要單獨下脹封管柱打壓脹封。當產層出液后,含油達到5%時即可膨脹,減少作業占井周期。

(2)膨脹率高,可以滿足不同井眼尺寸的封隔要求,能夠達到有效封隔水層的目的。

(3)基管內徑尺寸與油層套管尺寸一致,便于后期措施。

(4)外徑尺寸小,能夠保證管柱安全下入。

(5)由于膠筒靠遇油反應自由膨脹,在不規則裸眼內可自由膨脹填封,增加了不規則井眼的密封可靠性。

2.2 遇油自膨脹封隔器的功能

由于常規管外封隔器很容易失效,無法形成有效封堵,因此,冀東油田引進了遇油自膨脹封隔器,從幾口井的應用來看取得了一定的效果。

(1)降低施工風險,縮短施工周期。對于長水平段的油井,若全部下入常規裸眼封隔器進行分段,脹封管柱繁瑣,施工風險大,而采用遇油自膨脹封隔器則不必單獨下入脹封管柱,因此極大地降低了施工風險,縮短了施工周期。

(2)提高環空層間封隔的有效性。對于油藏深度較深的井,由于井底溫度高,普通裸眼封隔器橡膠容易老化,使用壽命大幅下降,降低了封隔器的有效性,而使用遇油自膨脹封隔器,即可有效密封,又可在高溫下延長封隔器的使用有效期。

(3)為后期增油降水等提高采收率措施提供了條件。卡封泥頁巖水平段分段完井成功率100%,只要投產后含油大于5%,遇油自膨脹封隔器便可以自行膨脹,封隔環空,耐壓高達34MPa,為后期措施提供有利條件。

3 可調控水篩管與遇油自膨脹封隔器完井方式的現場應用

可調控水篩管和遇油自膨脹封隔器的應用,給冀東油田水平井完井帶來了新的思路,提高了水平井完井效果。

圖3是可調控水篩管完井管柱示意圖,該管柱主要由套管、常規管外封隔器、可調控水篩管、遇油自膨脹封隔器和洗井閥組成。

通過對可調控水篩管和遇油自膨脹封隔器等配套工具的不斷試驗、改進,該完井技術于2008年底應用于 G160-P13井,通過1年的觀察分析,取得了良好的控水效果。

圖3 可調控水篩管完井管柱圖

該井自2008年11月22日投產后,初期日產液28.7m3,日產油10.7t,平均含水為62.7%,生產平穩,含水率上升很慢。截至到2010年1月,G160-P13井累計產液20192.43m3,累計產油2140.51 t,達到了很好的控水效果。

圖4 G160-P13井與 G160-P5井控水效果對比

由圖4可以看出,累計生產等量的油,G160-P13井的累計產液量要明顯低于同區塊同小層的鄰井 G160-P5井的產液量,這說明,使用可調控水篩管和遇油自膨脹封隔器完井后,含水量得到了有效的控制,延長了油井的有效生產期,提高了油田的經濟效益。

4 結束語

可調控水篩管和遇油自膨脹封隔器的使用不僅能夠進行有效地防砂,同時有效地解決了水平井因局部水竄引起的高含水問題,能夠延長油井的有效開發期,提高油田的整體經濟效益。同時,在多層合采的定向井中通過下入可調控水篩管和遇油自膨脹封隔器,可以減小各層相互間的干擾,達到均衡產液的目的。可調控水篩管與遇油自膨脹封隔器可以廣泛應用于水平井完井、定向井多層合采等工藝中,值得在各油田推廣應用。

[1] 朱懷江,徐占東,羅健輝,等.水平井調堵技術最新進展[J].油田化學,2004,21(1):21-23.

[2] 劉想平.水平井向井流動態關系及其應用研究 [D].中國石油天然氣總公司石油勘探開發科學研究院,1998.

[3] 宋付權,劉慈群,張慧生.低滲透油藏中水平井兩相滲流分析[J].水動力學研究與進展,2002,17(2):42-44.

[4] 劉想平,劉翔鶚,張兆順,等.水平井筒內與滲流耦合的流動壓降計算模型[J].西南石油學院學報,2000,22(2):36-39.

[5] 沈澤俊,高向前,童征,等.遇油自膨脹封隔器的研究與應用[J].石油機械,2010,38(1):39-41.

TE834

A

1673-8217(2011)02-0100-03

2010-10-13

姜增所,高級工程師,1966年出生,1989年畢業于大慶石油學院鉆井工程專業,從事大修與完井研究工作。

編輯:李金華