鉆遇大段泥巖水平井的完井技術對策

楊喜，卓振州，史富全，和鵬飛，葉周明

鉆遇大段泥巖水平井的完井技術對策

楊喜1，卓振州2，史富全2，和鵬飛2，葉周明1

1.中海石油（中國）有限公司天津分公司（天津300452）
2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司（天津300452）

針對渤海S油田沙河街組水平井穿層較多，整體水平段砂泥巖比例不穩定、交互較多，造成防砂管柱下入困難、盲管配管較多以及投產后篩管堵塞嚴重的問題。通過采用鉆井尾管懸掛器替代防砂管柱中的頂部封隔器、管外機械封隔器封堵氣層技術、分段開采及控水技術、簡易防砂管柱開關滑套沖洗等完井技術，實現了防砂管柱順利到位、機械液壓式管外封隔器+密封筒進行分層生產/卡水、封堵氣層等，有效保證了水平井產量。

水平井；砂泥巖互層；防砂管柱；封隔器

經過長期發展，水平井已成為目前海上油氣開發的主力井型，通過增加井眼軌跡在油層中的穿行距離，擴大油井生產過程中的泄油面積，能夠降低生產壓差和提高產油量[1-4]。渤海S油田沙河街組構造屬于在古潛山背景上發育起來的斷裂半背斜，沙河街組地層超覆或披覆于潛山面之上，具有頂薄翼厚的特點。該區域油氣田井區含油范圍小，構造頂部儲層層數較多，厚度大，夾層較多，構造邊部油層薄，底水能量大，為充分利用氣頂氣和底水能量，并降低氣竄和水竄的影響，利于控制水錐，提高油井產能和采收率，渤海S油田沙河街組采用水平井開發[5-6]。

1 水平井開發的特點與難點

1.1特點

1）儲層物性不均質性強。泥質含量波動較大（4.1%～48.0%），大部分大于10%，不均度系數和分選系數較大，地層砂顆粒分布非常不均勻；地層砂泥巖互層較多，測井泥質含量較高，但蒙脫石含量低。儲層孔隙度多大于25%，滲透率多大于100×10-3μm2，儲層具有中高孔滲的儲集物性特征。

2）水平井穿層較多，砂巖鉆遇比例不穩定。由于儲層處于理論平行狀態，地層傾角相同，水平井鉆進時橫向穿過每一層，表現在錄井剖面上即為砂泥巖互層，水平穿層井因每次穿過砂層受位置薄厚影響，整體水平段砂泥巖比例不穩定。

1.2難點

渤海S油田沙河街組水平井多采用裸眼優質篩管方式完井，部分沙河街組水平裸眼井完鉆后，隨鉆測井資料顯示裸眼目的層段砂泥巖互層交互變化較多，且在含油砂巖段中常見夾有大段泥巖，盲管配管較多，有時會有氣層發育顯示，且部分井區為邊水油藏，投產時水侵風險高。

1）對于儲層段砂泥巖互層嚴重的水平裸眼井，泥巖段不穩定性會增加防砂管柱的下入風險。

2）儲層較高的泥質含量易造成生產階段篩管堵塞而影響產能。

3）邊底水油藏水平井生產過程中底水錐進，含水率上升快，產量遞減快，使得采油速度減慢，降低采收率，還增加了油田污水處理的成本，影響油田整體開發的經濟效益。

2 水平井完井技術對策

2.1鉆井尾管懸掛器替代防砂管柱中的頂部封隔器

目前渤海灣油田水平井裸眼段完井施工中常規使用防砂頂部封隔器懸掛防砂管柱，下入過程中受頂部封隔器結構限制抗拉抗壓強度低，渤海S油氣田沙河街組目的層段水平井為砂泥巖互層，情況復雜，在含油砂巖段中夾雜大段泥巖段，種種不利因素增加了防砂管柱的下入風險。

采用鉆井尾管懸掛器替代防砂管柱中的頂部封隔器，利用其高抗拉強度的優勢彌補頂部封隔器抗拉強度不足的弱點，提高水平裸眼段內下入防砂管柱作業的風險控制手段，有效保證了防砂管柱的順利到位。

2.2水平裸眼井管外機械液壓封隔器封堵氣層技術

目前渤海S油田水平井裸眼段完井施工中，為了封堵大段泥巖或具有水侵風險的裸眼井段，在下入防砂外管柱時，在優質篩管段中間穿插連接若干管外封隔器及盲管段（圖1）來達到卡水層氣層、防泥巖的目的。

圖1 裸眼機械液壓封隔器應用示意圖

該方式可防止生產過程中泥巖段被沖蝕垮塌后堵塞優質篩管段的濾網，并有效降低邊底水型油藏段的水侵風險，控制水平裸眼段產出液的含水率。渤海S油氣田常用管外膨脹封隔器多為橡膠膠皮膨脹，通過與地層流體發生化學反應來膨脹其外層膠皮桶，封堵防砂管柱與裸眼段之間的環空。膠皮桶需要一定的反應時間方可完全膨脹封堵外環空。改進型管外機械液壓封隔器只需隨防砂管柱下放到裸眼段預定的深度后，提放防砂管柱中心管中的坐封工具到合適的位置，通過向油管加壓使活塞受力剪切銷被剪斷使活塞移動，膠筒被壓縮膨脹。由于棘輪鎖環的鎖定使膠筒維持很好的密封性，通過坐封工具逐一坐封裸眼段封隔器，從而彌補了膨脹封隔器在坐封時效性的短處，為水平井裸眼段內可能發生的各種工況提供了保障措施。

管外機械液壓封隔器在裸眼井及套管內可承受較高的上下壓差。該封隔器用于對多層層間隔離，適用于215.9mm（8.5″）裸眼，工具最大外徑203.2mm（8″），坐封范圍215.9mm～224.4mm（8.5″～8.835″）裸眼段。

2.3水平裸眼井分段開采及控水技術

水平井開發是通過擴大油層泄油面積提高油井產量、油田開發經濟效益的一項開發技術。但是水平裸眼井開發中，對于均質、單一油層，由于井筒內流體的摩阻和不均衡壓差的影響，各井段采液強度不一，導致水平井各段的貢獻率不平衡，隨著開采時間的推移，水平井的漏斗效應愈加明顯，在水平段始端壓力梯度最大處形成水脊或氣脊，造成底水或氣頂錐進；對于非均質、多油層油藏，由于層間矛盾突出，更會加劇底水或氣頂錐進，使水平井的優勢不能夠充分發揮，造成資源和資金浪費。邊水型油藏水平井產量遞減快，含水率上升快，找水、堵水困難，已成為影響水平井長期穩產和水平井開發壽命的關鍵問題，水平井控水完井技術已成為水平井開發中的重要技術難題[7-10]。

油氣田水平生產井裸眼段可能出現水侵風險，因此在設計階段完善多套預案以便在完井作業時采取有效的控水措施，對開發項目實現增產、穩產具有重要意義。

1）在地質油藏研究的基礎上，結合沙河街組開發井水平段需鉆遇多套砂體的特點，優化定向井設計軌跡，降低防砂下入風險。

2）邊開發邊總結，根據鉆后部分單元油水界面變化，優化水平段深度，完善對油水界面的認識。

3）根據鉆遇水平段滲透率的變化，利用不同的孔密來調節不同部位的壓差節流（圖2）。調整井底壓力剖面，對于均值油藏，減小跟端孔密，增大壓差損失；增大趾端孔密，減小其壓差損失，以達到均衡生產壓差，降低底水錐進速度的目的。

圖2 變密度篩管控水示意圖

4）在砂泥巖互層情況較復雜，并具有水侵風險的裸眼井段，下入的防砂管柱配套使用管外封隔器和分段密封筒，中心生產管柱分段下入生產滑套及隔離密封（圖3）。后期通過連續油管作業開關生產滑套，或者更換生產管柱的組合，以實現對水平井段的分段控水和選擇性開采。

2.4簡易防砂管柱開關滑套沖洗技術

水平生產井砂泥巖層互層，泥質含量波動較大，水平生產井采用常規優質篩管簡易防砂。考慮渤海S油氣田沙河街組儲層均質性差、泥巖段較多且砂泥巖互層較復雜，簡易防砂井防砂管柱外層沒有充填陶粒作為井筒環空內的支撐劑，所以生產井經過一段時期的生產之后，優質篩管篩縫有被黏土礦物及死油堵塞的風險，從而造成油井產能降低。為了油井后期有更好的增產調整措施，本次實踐在簡易防砂管柱封隔器與篩盲管之間增加沖洗滑套（圖4）以便在后期增產作業中，通過下入充填服務工具打開沖洗滑套，循環沖洗優質篩管外壁，或者關閉滑套，對優質篩管內壁進行沖洗，解除優質篩管表面堵塞的含油泥雜質，可以最大限度地延長油井壽命。

圖3 分段控水示意圖

圖4 開關防砂管柱滑套沖洗優質篩管

3 工程應用與效果分析

1）渤海S油田沙河街組鉆遇砂泥巖互層嚴重的水平井，完井期間采用鉆井尾管懸掛器替代防砂管柱中的頂部封隔器，在防砂鉆具組合中將加重鉆桿倒裝連接在井斜小于45°井斜角的上部井段，以增加防砂管柱進入裸眼時的管柱下放重量，使防砂管柱均順利到位，有效保證了裸眼段儲層的泄油面積，提高了油氣田單井產能,進而提高油氣田的開發經濟效益。

2）截至目前，油田實際投產效果好，已投產井單井產量均達到或超過油藏配產（圖5），目前生產情況良好，投產初期日產原油682.30m3/d，平均含水22.74%，遠低于同期油田平均含水44.25%（圖6）。

圖5 渤海S油田D平臺單井投產數據

圖6 渤海S油田D平臺投產后日產量數據

4 結論

1）水平裸眼井完鉆后及時通過隨鉆測井資料完成裸眼段防砂管柱配管，在滿足油藏卡水、卡氣的前提下優化裸眼段防砂管柱配管中管外封隔器的位置，以降低防砂管柱在裸眼段的下入風險，保證防砂管柱順利到位和正常生產。

2）本次水平裸眼井均采用“優質篩管+管外封隔器/盲管”防砂和封堵泥巖層，通過優化配置管外封隔器和盲管來封隔泥巖夾層，防砂效果良好，同時有效降低氣竄和水竄對油井產能和采收率的影響，投產后基本能實現控水穩油生產。

3）對于儲層砂泥巖互層較復雜、泥巖段較多且夾層多、泥質含量波動較大的情況，通過在簡易防砂管柱中加裝沖洗滑套，為后期篩管解堵提供了有效的處理手段，提高了油氣井的產能和壽命。

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The horizontal wells in Shahejie formation of Bohai S oilfield pass through large segment of sand-shale interbed,its sand-toshale ratio is unstable and there is frequent interaction between sandstone and mudstone,which causes sand control screen into well dif?ficultly,more number of blind pipes and serious clogging of sand control screen after production.For these reasons,a series of technical measures were taken to ensure the production of the horizontal wells,including to use tail pipe hanger instead of the packer at the top sand control screen,to use mechanical packers plugging gas layer,segmenting production and water control,to wash by using simple sand control pipe switch sliding sleeve,etc.

horizontal well；sand-shale interbed；sand control screen;packer

強

2016-12-19

楊喜（1984-），男，工程師，主要從事海上完井監督技術及管理工作。