水平井分段完井工具的室內(nèi)試驗及現(xiàn)場應(yīng)用分析

靳榮博

中海油田服務(wù)股份有限公司 天津 300452

水平井在開發(fā)新油田和提高老油區(qū)效率方面發(fā)揮著越來越重要的作用。由于篩分完井具有采油面積大、施工工藝簡單可靠的優(yōu)點，60%以上的水平井采用篩分完井。然而，隨著水平井開發(fā)中薄油氣藏和周邊地下水資源所占份額的增加，部分油井發(fā)生水淹，嚴(yán)重影響了開采效果。而分段或互補技術(shù)則能夠達到不同層間的分離程度, 延長井的產(chǎn)出期,不需要水或低脫水處理,為后期的排水管理與排澇措施提供了有利條件。這是水平井完井科技的主要發(fā)展方向之一，也是開發(fā)水平井完井工具并進行實驗室和現(xiàn)場試驗的主要原因[1]。

1 水平井分段開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀

近年來，水平井、分期完井和采油技術(shù)在我國得到了大力推廣和應(yīng)用。經(jīng)過十多年的研究和測試，已經(jīng)發(fā)生了兩大變化：一是完井技術(shù)的變化，從水泥射孔完井到裸眼和管理完井，再到襯管完井和其他配套技術(shù)，適用于不同類型、不同油藏，具有水平完整性高、完井成本低、防止油層二次污染、提高水平井產(chǎn)能和采收率等優(yōu)點：二是采油工藝的轉(zhuǎn)換，從全井射孔投產(chǎn)發(fā)展成滿足要求的分段生產(chǎn)技術(shù)，包括分段采油、分段堵水和提高采油能力的技術(shù)。我國在以上兩個方面均取得了突破：膨脹包裝油水的分段膨脹技術(shù)和水平井儲罐低滲透分段壓裂完井技術(shù)。還開發(fā)了八項新技術(shù)，包括長橡膠分段精制技術(shù)、單管外包裝、分段涂飾技術(shù)、水泥填充長橡膠桶包裝技術(shù)、生油包裝分段技術(shù)、水平井分段密度（分段）分級技術(shù)、水平井分段采油技術(shù)、水平井完成智能水平井技術(shù)、借助智能水平井技術(shù)，穩(wěn)定水平熱井蒸汽注入并優(yōu)化蒸汽注入?yún)?shù)[2]。

關(guān)鍵技術(shù)的研究和突破，配套儀器的改進，大規(guī)模技術(shù)的廣泛推廣應(yīng)用，使水平井完井采油技術(shù)的應(yīng)用取得了新的進展。新技術(shù)的應(yīng)用將有效減緩低邊水的積聚，延長油井的低水開采周期，提高采收率。

2 水平井分段完井工具

2.1 工具設(shè)計

水平井的部分修井可以通過改進現(xiàn)有延伸工具和設(shè)置工具的外部封隔器來實現(xiàn)。筆者設(shè)計的輔助工具主要包括外串和內(nèi)串。外管簾線是填充管的簾線，該填充管與殼體一起進入井內(nèi)，并通過外殼橡膠筒的延伸與井壁緊密接觸，以允許水平面冷凝；內(nèi)管串主要用于定位和設(shè)置外管包裝。可根據(jù)實際需要清洗管面，與管道連通[3]。

2.2 室內(nèi)試驗

對新開發(fā)的139.7mm 氣動外管包裝進行了多次實驗室測試，以檢測并提高其特性，使之最終更符合現(xiàn)場施工條件。封隔器的測試步驟包括：

（1）將包裝安裝在試驗臺上，連接液壓管，開始印刷；

（2）當(dāng)壓力升高11MPa 時，銷釘剪斷，封隔器的橡膠缸被液壓缸壓縮，外徑開始增大，壓力保持在4M～5MPa（約15min）。當(dāng)液壓缸向前移動時，橡膠缸被壓下，外徑逐漸增大[4]。

（3）一旦膠筒的外徑達到最大值，液壓缸將不再移動，壓力持續(xù)升高。此時，鎖定裝置鎖定，使液壓缸不會后退；橡膠筒的外徑最大，保持不變；膨脹試驗結(jié)束。

（4）將139.7mm 外封隔器（工作直徑244.5mm）放置在外殼（模擬鉆筒）中，施加壓力，測試其承壓能力。試驗結(jié)果如表1 和表2 所示。

表1 封隔器膠筒膨脹前后的外徑mm

表2 管外封隔器承壓能力試驗

由表1 和表2 可見，壓縮式管外徑保持在約290mm的精度，可以完全壓實井壁，并防止橡膠桶和井壁之間出現(xiàn)小開口。放大后，膠筒壓力為20MPa，沒有液體泄漏，證明加壓外管封隔器能夠滿足現(xiàn)場應(yīng)用的要求。

與常規(guī)封隔器相比，壓縮式管外封隔器結(jié)構(gòu)簡單可靠，與多級封隔器配合使用時密封效果好，硬度高，固體橡膠筒內(nèi)承壓能力強。

3 分段完井工藝

3.1 工藝介紹

分階段完工過程主要包括兩個階段：分階段工具和在線工具的延伸和密封。分段完井工具應(yīng)安全平穩(wěn)地放置在地下，以確保區(qū)塊的完整性，并為封隔器的膨脹和設(shè)置提供基礎(chǔ)。內(nèi)部管道工具補充延伸部分并設(shè)置封隔器，以實現(xiàn)分段完井的目標(biāo)。具體流程如下：

（1）電子測量數(shù)據(jù)表明，非均質(zhì)層位置良好，設(shè)計了最低外管柱組合；

（2）將管線降至設(shè)計井深度后，按壓并放置管道的外包裝；

（3）保壓，打開壓差均壓環(huán)，循環(huán)環(huán)內(nèi)泥漿和砂，然后注入水泥；

（4）更換水泥后，繼續(xù)壓縮，關(guān)閉分級環(huán)，等待凝固；

（5）準(zhǔn)備擦拭工具，用于去除膠帶中的殘留痕跡；

（6）準(zhǔn)備一組工具，將管放置在放置內(nèi)管壓縮機的位置；

（7）安裝后，將冷凝密封添加到清洗閥中，以將其沖洗回泥餅中；

（8）卸料后，將管封隔器置于正壓狀態(tài)，打開限壓器，將內(nèi)管封隔器從底部向上放置；

（9）繼續(xù)壓縮并保持球座，拉出內(nèi)管工具并執(zhí)行分段補充。

圖1 為水平井端流程圖。

圖1 水平井分段完井工藝示意圖

3.2 技術(shù)優(yōu)勢

（1）采用壓后外徑大的固體壓縮式外管壓縮機，將固體橡膠組件嵌入壓力能力高的地層中，保證分段質(zhì)量；

（2）分段襯套內(nèi)徑比殼體內(nèi)徑小10mm，通過盲板的位置不易劃傷，可雙向重復(fù)排列，具有穩(wěn)定的保壓效果；

（3）內(nèi)部繩索還可以通過單個鉆孔來補充外包裝和酸化的設(shè)置，從而縮短使用壽命并降低運營成本。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 長膠筒管外封隔器分段完井技術(shù)

長膠筒管外包裝分段補充技術(shù)（圖2 和圖3）是一種廣泛使用的外水平井分段補充方法，該技術(shù)的目的是在完井階段驅(qū)動外部封隔器，然后驅(qū)動內(nèi)管工具擴展封隔器，以實現(xiàn)預(yù)期的分段生產(chǎn)。該方法適用于有泥巖夾層的井，不適用于油罐內(nèi)的熱采。自勝利油田開始分段以來一直使用，直到2007 年長筒外包裝試驗結(jié)束，已成功推廣應(yīng)用近百口，油井的低含水開采期可延長5～10 個月,取得了較好的應(yīng)用效果[5]。

圖2 長膠筒管篩管式外封隔器分段完井

圖3 長膠筒管滑套式外封隔器分段完井

4.2 水泥充填長膠筒封隔器分段完井技術(shù)

為延長封隔器的使用壽命，克服封隔器的失效問題，國內(nèi)進行了水泥充填長管封隔器的分段水平井完井階段關(guān)鍵技術(shù)研究。該技術(shù)設(shè)計用于在完井階段將封隔器降到長橡膠帶（筒體2～3m）外。激活時，使用水泥膨脹環(huán)延長和關(guān)閉封隔器；封隔器的井部分固化后，封隔器充滿水泥以形成水泥蓋，實現(xiàn)預(yù)期的分段生產(chǎn)（圖4）。應(yīng)用水泥包裝技術(shù)從根本上解決了封隔器失效的問題，確保了封隔器的長期關(guān)閉。該技術(shù)在20 世紀(jì)80 年代末開始被國外使用，并在20 世紀(jì)90 年代被廣泛應(yīng)用于特定工藝井（如水平井）和特殊水池（如破碎的石灰石罐）。中國也開展了水泥污泥填充的研究。然而，由于設(shè)備和技術(shù)的限制，該技術(shù)主要用于套管表面處理。近年來，勝利采油研究院開展了分段定型技術(shù)研究，水泥填充長橡膠簡易包裝和展示完井。實施該技術(shù)的難點在于確保管道外的封隔器充滿致密水泥，并有效分段，不會導(dǎo)致高密度水泥泄漏污染容器和顯示器。根據(jù)不同的注水管道，目前已完成了雙管延伸工藝和單管延伸工藝，并在冀東油田兩口井中應(yīng)用。

圖4 水泥充填長膠筒封隔器分段完井示意圖

4.3 遇油遇水膨脹封隔器分段完井技術(shù)

吸水膨脹封隔器保溫技術(shù)是利用橡膠的油（水）膨脹性能自動膨脹并密封地下，以實現(xiàn)分段生產(chǎn)的目標(biāo)。目前，許多外國公司都有比較成熟的排水包。哈里伯頓、Tam、Waffix 和其他公司致力于研究油/ 水膨脹封隔器，總共使用了近100 個水/ 油膨脹封隔器，最高壓力為60MPa，耐溫性為175℃。組合式油水膨脹封隔器是一部分油和一部分橡膠筒膨脹的組合。哈里伯頓混合油/ 水延伸（Genesis）是水膨脹和油膨脹材料的融合，而不是一部分水膨脹和一部分油膨脹，具有膨脹速度快、耐高壓的特點。國內(nèi)的勝利、華北和中國石油勘探院也在該領(lǐng)域開展了相關(guān)研究和應(yīng)用。

4.4 水平井分段變密度射孔技術(shù)

水平井鉆井作業(yè)在長井段射孔完井過程中，存在不能充分提高中部和后部油層產(chǎn)能、局部注水后注水困難等問題。為此，開發(fā)了水平井分段變密度射孔技術(shù)。根據(jù)容器的特點、井道、質(zhì)量保證和其他信息，優(yōu)化了水平井?dāng)?shù)量、周期長度、產(chǎn)能和射孔參數(shù)，提高了各射孔段的開發(fā)效果，促進不同程序措施的實施，提高了恢復(fù)率。

該技術(shù)已應(yīng)用于勝利、塔河、大港等油田復(fù)雜斷塊油藏中，效果明顯。其中大港油田將該技術(shù)應(yīng)用于20 多口井，不同程度地緩解了見水時間，取得了顯著效果。

5 結(jié)論

（1）水平井相位調(diào)整工具主要由內(nèi)外殼螺紋組成。外部標(biāo)志線可進行中間層絕緣，內(nèi)部外殼串可設(shè)置坐封管外封隔器。

（2）設(shè)計采用固定加壓外管包裝，擴徑后外徑寬，密封效果好，承壓能力強，完全滿足分段結(jié)構(gòu)的要求。

（3）分期完井技術(shù)的應(yīng)用，成功解決了水平井地下水積聚等諸多問題，大幅度提高了開發(fā)效率。