哈薩克斯坦S油田淺層水平井完井工藝

何漢平　翁行芳　張塏莘　付道明　韋代延　吳俊霞（.中石化石油工程技術(shù)研究院，北京　000；.中石化國(guó)際石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京　000；.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津　0045）

哈薩克斯坦S油田淺層水平井完井工藝

何漢平1翁行芳2張塏莘3付道明1韋代延2吳俊霞1
（1.中石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101；2.中石化國(guó)際石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京100101；3.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津300452）

為了提高哈薩克斯坦S油田單井產(chǎn)量，開(kāi)展了水平井完井工藝研究。利用Joshi公式計(jì)算不同水平井段長(zhǎng)度下的油井產(chǎn)能變化趨勢(shì)，優(yōu)選了水平井段長(zhǎng)度范圍；利用出砂量、儲(chǔ)層的聲波時(shí)差數(shù)據(jù)、孔隙度等參數(shù)，綜合評(píng)價(jià)了水平井井眼穩(wěn)定性，認(rèn)為S油田水平井必須采用適度防砂工藝；通過(guò)分析儲(chǔ)層溫度、黏土含量等因素和現(xiàn)有水平井防砂完井方式現(xiàn)狀，認(rèn)為S油田水平井不適合采用化學(xué)防砂方法，只能采用割縫篩管防砂方法；結(jié)合S油田代表性井的砂樣粒度分布分析結(jié)果，對(duì)篩管縫寬進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最終篩管縫寬值為0.6 mm。設(shè)計(jì)的水平井完井工藝在S油田進(jìn)行了4口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，其中S-431H和S-432H水平井產(chǎn)量達(dá)到垂直井的2.5～3倍，S-614H和S-615H水平井產(chǎn)量達(dá)到同油田垂直井的8～10倍，取得良好的增產(chǎn)效果。

哈薩克斯坦；淺層油藏；水平井；完井工藝；割縫篩管防砂

哈薩克斯坦S油田淺層油藏埋藏深度500 ～ 800 m，平均孔隙度25.0%，平均滲透率290 mD，屬于淺層、高孔、中高滲、具有邊、底水砂巖油藏，具有地層壓力低、有效產(chǎn)層薄、單井產(chǎn)量低、出砂的特點(diǎn)。現(xiàn)有生產(chǎn)井主要采用垂直井下套管射孔完井，平均單井日產(chǎn)量低于10 m3。綜合評(píng)估認(rèn)為現(xiàn)有完井工藝在一定程度上滿足垂直油井產(chǎn)能的發(fā)揮，但單一的直井下套管射孔完井，在一定程度上制約了油田產(chǎn)能的發(fā)掘。研究和實(shí)踐表明，對(duì)于低產(chǎn)能儲(chǔ)層，水平井完井方法是一種有效提高產(chǎn)量的方法［1-5］。一般來(lái)說(shuō)，如果水平井實(shí)施成功，其產(chǎn)量是直井的3～5倍或更高。針對(duì)S油田直井單井產(chǎn)量較低情況，開(kāi)展了水平井完井技術(shù)研究。通過(guò)水平井產(chǎn)能預(yù)測(cè)［6-7］確定水平井段長(zhǎng)度，通過(guò)出砂分析確定井底結(jié)構(gòu)，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究確定防砂參數(shù)，提出了針對(duì)S油田的水平井防砂完井工藝。

1　水平井段長(zhǎng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用修正后的Joshi公式［8］，利用S油田實(shí)際參數(shù)，計(jì)算不同水平井段長(zhǎng)度下的油井產(chǎn)能變化趨勢(shì)，從而進(jìn)行水平井段長(zhǎng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)。

式中，Jsi為完井水平井采油指數(shù)，m3/（d·MPa）；kh為儲(chǔ)層水平向滲透率，μm2；h為油層厚度，m；Bo為原油體積系數(shù)；μo為原油黏度，mPa·s；α為水平井泄油橢圓的長(zhǎng)半軸，m；L為水平井的水平段長(zhǎng)度，m；β為儲(chǔ)層各向異性系數(shù)，β=kh/kv；δ為水平井井眼偏心距，m；rw為井眼半徑，m；S為總表皮因數(shù)。

S油田水平井產(chǎn)能預(yù)測(cè)采用的信息和基本參數(shù)：巖石類型為砂巖，孔隙型結(jié)構(gòu)；井眼半徑149.225 mm，井筒方位角280°，原油黏度40.9 mPa·s，油層厚度6 m，垂直向滲透率400 mD，水平向滲透率400 mD，原油體積系數(shù)1.083，水平井井眼偏心距0.1 m，相鄰直井表皮因數(shù)S為0，設(shè)計(jì)生產(chǎn)壓差1.5 MPa。

不同水平段長(zhǎng)度下的產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1?？梢钥闯觯?dāng)水平段長(zhǎng)度小于200 m時(shí)，產(chǎn)能增加較快，當(dāng)水平段長(zhǎng)度大于200 m后產(chǎn)量增加速度明顯降低。模擬結(jié)果表明，水平井水平井段長(zhǎng)度控制在200 m內(nèi)較為合適，且水平井的產(chǎn)量為直井的2～3倍。

圖1　不同水平段長(zhǎng)度下的產(chǎn)能預(yù)測(cè)

2　水平井井底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

S油田試采過(guò)程中部分井出砂，試采出砂量0.1%～0.2%，高于國(guó)際防砂標(biāo)準(zhǔn)0.03%～0.05%。采用了地層孔隙度法和組合模量法［9-10］對(duì)S油田儲(chǔ)層進(jìn)行出砂預(yù)測(cè)分析。S油田淺層儲(chǔ)層孔隙度大于20%，潛在中等以上程度出砂風(fēng)險(xiǎn)；利用S油田3口井的測(cè)井資料，計(jì)算了儲(chǔ)層巖石的組合彈性模量，數(shù)值均小于2.0×104MPa，說(shuō)明該油田存在嚴(yán)重出砂風(fēng)險(xiǎn)。因此，S油田水平井需要考慮防砂工藝。

S油田水平井防砂方法設(shè)計(jì)主要考慮了儲(chǔ)層溫度、黏土含量等因素。S油田含油層系為中三疊統(tǒng)，巖性以細(xì)砂巖為主，主要含油層泥質(zhì)含量3%～10%，地溫梯度1.55～1.99 ℃/100 m（地面溫度為16 ℃），700.0 m深度測(cè)得靜溫為26.0 ℃。綜合上述考慮因素，S油田主要儲(chǔ)層溫度低于50 ℃，不適合采用化學(xué)防砂方法，只能采用機(jī)械防砂方法。

目前水平井常用防砂方法有水平井割縫篩管或繞絲篩管防砂、水平井精密微孔復(fù)合篩管防砂、水平井礫石充填防砂等［11-12］，其中割縫篩管完井方式在水平井應(yīng)用中占主導(dǎo)地位。割縫篩管完井優(yōu)點(diǎn)：一是割縫篩管完井滲流面積大，流動(dòng)阻力小，可滿足大排量生產(chǎn)的需要；二是油層段不固井，提高了井底完善程度；三是篩管完井不污染油層，同時(shí)節(jié)省射孔費(fèi)用。因此，S油田水平井在開(kāi)發(fā)中早期設(shè)計(jì)用割縫篩管防砂井底結(jié)構(gòu)。井底管柱組合（自下而上）：引鞋＋洗井閥總成＋割縫篩管串＋短套管＋固井盲板＋裸眼膨脹式封隔器（兩級(jí)）＋套管＋水平井液壓分級(jí)箍＋套管。

3　割縫篩管縫寬設(shè)計(jì)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

3.1縫寬設(shè)計(jì)

根據(jù)粒度分析報(bào)告繪制粒度分布圖，根據(jù)粒度分布數(shù)據(jù)確定縫寬范圍值，再通過(guò)室內(nèi)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)確定最終縫寬［13-14］?？p寬范圍確定是根據(jù)砂粒在縫眼外形成“砂拱”的條件：割縫寬度不大于占累計(jì)重量10%的對(duì)應(yīng)砂粒直徑的兩倍，即e≤2dl0。根據(jù)S油田具有代表性井408井的砂樣粒度分布分析結(jié)果得出儲(chǔ)層砂d10值為0.2～0.4 mm，選擇縫寬為0.5～0.7 mm。

3.2縫寬優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

對(duì)上述設(shè)計(jì)的篩管縫寬范圍細(xì)分為0.5 mm、0.6 mm、0.7 mm等3個(gè)等級(jí)，進(jìn)行再優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為石油大學(xué)研發(fā)的防砂專用設(shè)備。該設(shè)備在不考慮儲(chǔ)層的孔滲特性的情況下，利用配置好的油砂混合液進(jìn)行循環(huán)，控制流量與壓差，加快防砂管的堵塞進(jìn)程，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)短短的幾個(gè)或十幾個(gè)小時(shí)來(lái)模擬防砂管在井下幾個(gè)月或幾年的堵塞程度，從而實(shí)現(xiàn)了不同特性防砂管的抗堵能力評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　割縫篩管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，縫寬為0.6 mm的割縫篩管，在設(shè)定的實(shí)驗(yàn)壓差下，其砂流量比縫寬為0.7 mm的割縫篩管的砂流量低，而縫寬為0.5 mm的割縫篩管實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，確定S油田割縫篩管縫寬為0.6 mm。

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2013—2014年，在S油田進(jìn)行了4口水平井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。4口井均采用水平井裸眼下割縫篩管的完井方式，S431H、S432H井水平段長(zhǎng)100 m， S614H、S615H井水平段長(zhǎng)為200 m，水平井段均采用?215.9 mm的鉆頭鉆井，割縫篩管直徑為139.7 mm、壁厚為7.72 mm、鋼級(jí)為N80。割縫篩管之上設(shè)置分級(jí)箍、雙裸眼封隔器、盲板，進(jìn)行水泥固井，封隔目的層之上的氣層。

S431H設(shè)計(jì)日產(chǎn)液量為28 m3/d（?6 mm油嘴），投產(chǎn)時(shí)日產(chǎn)液量為41 m3/d（?6 mm油嘴），且一直穩(wěn)產(chǎn)在40 m3/d左右；S432H設(shè)計(jì)日產(chǎn)液量為30 m3/ d，投產(chǎn)日產(chǎn)液量為42 m3/d（?6 mm油嘴），也一直穩(wěn)產(chǎn)在40 m3/d左右，產(chǎn)量為同地區(qū)直井的2.5～3倍。S614H、S615H井投產(chǎn)后日產(chǎn)油均超過(guò)22 m3/d，和同區(qū)塊的直井單井產(chǎn)油2～3 m3/d相比，單井產(chǎn)量提高了8～10倍，取得了顯著的增產(chǎn)效果。

5　結(jié)論

（1）針對(duì)哈薩克斯坦S油田垂直井單井產(chǎn)量低的情況，提出了水平井完井工藝，并計(jì)算、優(yōu)選了水平井段長(zhǎng)度控制在200 m內(nèi)較為合適。

（2）綜合評(píng)價(jià)了水平井井眼穩(wěn)定性，認(rèn)為S油田水平井必須采用適度防砂工藝，采用割縫篩管防砂方法，割縫篩管縫寬為0.6 mm。

（3）設(shè)計(jì)的水平井完井工藝在S油田進(jìn)行了4口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，水平井產(chǎn)量達(dá)到垂直井的2.5～10倍，取得良好的增產(chǎn)效果。水平井完井工藝在該油田具有較大的推廣價(jià)值。

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（修改稿收到日期2015-06-15）

〔編輯朱偉〕

Completion technology for shallow horizontal wells of S Oilfield in Kazakhstan

HE Hanping1, WENG Xingfang2, ZHANG Kaixin3, FU Daoming1, WEI Daiyan2, WU Junxia1
（1. Research Institute of Petroleum Engineering, SINOPEC, Beijing 100101, China; 2. International Petroleum Exploration & Production Corporation, SINOPEC, Beijing 100101, China; 3. Energy Technology & Services Limited, CNOOC, Tianjin 300452, China）

Research on well completion for horizontal wells is developed to improve single-well output of S Oilfield in Kazakhstan. Joshi Formula is used to calculate change trend of oil well capacity in different lengths of horizontal well segments, and length range of horizontal well segments is optimized. Borehole stability of horizontal wells is under integrated assessment by making use of sand production rate, interval transit time of reservoirs, porosity and other parameters, and proper sand control process is necessary for horizontal wells of S Oilfield. It is considered upon analysis of reservoir temperature, clay content and other factors as well as the current situation of sand control and well completion methods for the existing horizontal wells that chemical sand control method is not suitable for horizontal wells of S Oilfield, and only the sand control method of slotted sieve tubes can be adopted Optimization design is conducted for slot width of screen tubes in combination with sand sample size distribution analysis results for representative wells of S Oilfield, and final width of sieve tube slot is determined to be 0.6 mm. The designed well completion process for horizontal wells is put in field application for 4 wells of S Oilfield. The output of S-431H and horizontal well S-431H reaches 2.5-3 times of that of vertical wells, and the output of S-615H and horizontal well S-615H even reaches 8 times to 10 times oilfield, showing a sound yield-increasing effect.

Kazakhstan; shallow oil reservoirs; horizontal well; well completion technology; sand control by slotted sieve tubes

TE243

B

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0033 – 03

10.13639/j.odpt.2015.04.009

“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“中東富油氣區(qū)復(fù)雜地層井筒關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：2011ZX05031-004）。

何漢平，1966年生。1989年畢業(yè)于華東石油學(xué)院石油工程專業(yè)，研究方向?yàn)橛蜌饩昃こ蹋呒?jí)工程師。E-mail：840538223@qq.com。

引用格式：何漢平，翁行芳，張塏莘，等.哈薩克斯坦S油田淺層水平井完井工藝［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：33-35.