勝利油田水平井完井技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

勝利油田水平井完井技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1完井、無井油井隨著油藏地質(zhì)調(diào)查和鉆井技術(shù)的發(fā)展，盛利油田水平井的開采和開采技術(shù)可以隨著時(shí)間的推移而發(fā)展和改進(jìn)。先后完成了“8”和“9”工程“水平井、側(cè)井開采技術(shù)研究”和“15”工程“分支井、大位移井采井技術(shù)研究”等重要工程的科學(xué)研究和技術(shù)支持。形成了中國勝利特色、中國領(lǐng)先、適合不同油藏、技術(shù)要求的水平井開采技術(shù)。經(jīng)過十幾年的研究攻關(guān)和試驗(yàn),水平井完井采油技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)方面的轉(zhuǎn)變。一是完井技術(shù)上的轉(zhuǎn)變,即由過去單一的固井射孔完井方式發(fā)展成適應(yīng)不同油藏類型和儲(chǔ)層特點(diǎn)的裸眼防砂完井、襯管完井等多種配套完井工藝。二是采油技術(shù)上的轉(zhuǎn)變,水平井采油工藝由全井射孔投產(chǎn)發(fā)展成滿足油藏及工藝要求的分段開采工藝,實(shí)現(xiàn)了分段采油、分段卡堵水,提高了采收率。在疏松砂巖油藏實(shí)現(xiàn)了水平井裸眼防砂完井一體化和水平井礫石充填防砂兩大技術(shù)突破,研制了以水平井井下管柱打撈技術(shù)為主的水平井修井技術(shù)。同時(shí),水平井完井采油研究形成了十項(xiàng)配套技術(shù),即水平井裸眼完井技術(shù)、水平井固井射孔技術(shù)、水平井割縫(或鉆孔)篩管完井技術(shù)、水平井裸眼防砂完井一體化技術(shù)、水平井礫石充填防砂完井技術(shù)、魚骨狀分支水平井完井技術(shù)、水平井分段壓裂技術(shù)、水平井分段開采技術(shù)、水平井井下增力打撈技術(shù)、熱采水平井均衡注汽及注汽參數(shù)優(yōu)化技術(shù)。通過對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研究攻關(guān)、完善配套和規(guī)?；茝V應(yīng)用,勝利油田的水平井應(yīng)用近年來取得了一系列新進(jìn)展、新成果,呈現(xiàn)出進(jìn)展快、亮點(diǎn)多、效果好的良好局面,水平井技術(shù)已成為勝利油田新區(qū)高效開發(fā)、老區(qū)挖潛提高采收率的重要手段。2勝利油田水平井完井技術(shù)2.1完井方式優(yōu)化設(shè)計(jì)針對(duì)勝利油田不同類型油藏的特點(diǎn),開展了水平井完井方式優(yōu)化研究,主要考慮油藏地質(zhì)特點(diǎn)、工藝技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素,建立了出砂預(yù)測分析、產(chǎn)能預(yù)測、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析、完井方式選擇、完井參數(shù)設(shè)計(jì)和射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)等6個(gè)主要數(shù)學(xué)模型,開發(fā)了水平井完井方式優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件?？赏ㄟ^對(duì)不同的水平井完井方式進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)選,得出適應(yīng)勝利油田不同類型油藏的完井模式,為水平井開發(fā)提供了理論支持,現(xiàn)場實(shí)施取得了較好的效果。2.2水平井結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)針對(duì)以往疏松砂巖油藏水平井完井存在的固井水泥污染油層、管內(nèi)防砂后內(nèi)通徑小、射孔費(fèi)用高和完善程度低等問題,在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了在水平井裸眼內(nèi)直接下入大通徑精密復(fù)合濾砂管完井,利用酸洗工藝解除泥餅堵塞、打開油流通道的技術(shù)方案,并設(shè)計(jì)了水平井篩管頂部注水泥完井、水平井懸掛篩管頂部注水泥完井和水平井分段篩管完井等工藝管柱,研制了水平井管外封隔器、分級(jí)箍、多功能洗井閥和大通徑精密復(fù)合濾砂管等專用工具,形成了較為完善的疏松砂巖油藏水平井裸眼防砂完井一體化技術(shù)(圖1)。該技術(shù)改變了人們的固有觀念,實(shí)現(xiàn)了水平井裸眼防砂完井,增加了泄流面積,提高了油井的完善程度,大幅度降低了完井成本,并為后期措施提供了有利條件。該技術(shù)為勝利油田疏松砂巖油藏特別是稠油油藏的開發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐,使草13、草20、沾18、鄭411和坨826等稠油油藏得以經(jīng)濟(jì)高效地動(dòng)用和開發(fā)。截至2007年底,該項(xiàng)技術(shù)已在勝利、冀東、大港等油田近400口水平井上得到成功應(yīng)用,僅2007年勝利油田就在122口井推廣、應(yīng)用了該技術(shù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知,該技術(shù)比套管固井射孔完井每口井節(jié)約投資30×104~50×104元,平均單井產(chǎn)油量為18t/d,比同區(qū)相鄰套管固井射孔完井的水平井的產(chǎn)油量提高了5.8t/d。2.3管柱及充填口檢測工藝對(duì)于地層砂分選差、泥質(zhì)含量高達(dá)20%以上的砂巖油藏,單一的濾砂管水平井防砂工藝不能滿足水平井長期高效開發(fā)的要求,為此開發(fā)了水平井管內(nèi)礫石充填防砂技術(shù)和水平井裸眼礫石充填防砂技術(shù)。水平井管內(nèi)礫石充填防砂技術(shù)目前已建立的大型水平井實(shí)尺寸物理模型和開展的水平井“平衡堤充填”機(jī)理研究,為管內(nèi)礫石充填防砂技術(shù)的攻關(guān)奠定了理論基礎(chǔ)。水平井管內(nèi)礫石充填技術(shù)在工藝管柱方面也取得了長足進(jìn)步,研發(fā)的集水平段坐封、丟手和充填口定位于一體的充填工具及雙精度結(jié)構(gòu)的復(fù)合繞絲篩管實(shí)現(xiàn)了抗堵塞的擋砂功能;壓差式阻流裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了水平段分段連續(xù)充填的功能,提高了充填效率。另外還研制了粘度可調(diào)(40~90mPa·s)、攜砂能力強(qiáng)、低殘?jiān)偷蛡Φ腟PF-1型攜砂液體系,以及密度低、圓度好、強(qiáng)度高且易攜帶的DM-1型低密度充填支撐劑。同時(shí),對(duì)施工參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)一步提高了充填效果。目前該技術(shù)已在勝利、大港、冀東等油田的12口井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn),技術(shù)可靠性得到良好的驗(yàn)證,實(shí)施成功率達(dá)100%,最長充填井段達(dá)到258m,整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。水平井裸眼礫石充填防砂技術(shù)該技術(shù)是一種防砂強(qiáng)度高、防砂壽命長的防砂方法,在國外應(yīng)用廣泛。勝利油田近年來開展了該技術(shù)的研究與應(yīng)用,主要采用精密復(fù)合濾砂管裸眼完井和管外進(jìn)行逆向礫石充填的方案。該技術(shù)已經(jīng)在埕北701-平1和草109-平2等5口井上進(jìn)行了先導(dǎo)試驗(yàn),取得了初步效果。2.4復(fù)合水平井技術(shù)特點(diǎn)開發(fā)稠油出砂油藏單靠增加水平段長度難以進(jìn)一步提高油藏動(dòng)用程度、改善開發(fā)效果。而魚骨狀分支水平井具有最大限度地增加油藏泄油面積、充分利用上部主井眼、節(jié)約鉆井費(fèi)用等顯著優(yōu)點(diǎn),最終能達(dá)到提高采收率的目的,已經(jīng)成為高效開發(fā)油氣藏的理想井型。勝利油田近年來開展了窄時(shí)窗儲(chǔ)層預(yù)測、井眼懸空側(cè)鉆、分支井地質(zhì)導(dǎo)向軌跡控制、無固相鉆井液完井液、分支井完井等關(guān)鍵技術(shù)研究,形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的魚骨狀分支水平井開發(fā)技術(shù)。2006年10月,在海上埕北26塊成功完鉆了中國第1口完全依靠自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)設(shè)計(jì)施工的魚骨狀分支水平井埕北26B-支平1井。該井在10m油層內(nèi)設(shè)計(jì)鉆了4個(gè)分支,水平段總長度達(dá)915m。初期產(chǎn)油量為105t/d,目前穩(wěn)定在95t/d,是周圍直井的3.3倍。2007年,魚骨狀分支水平井應(yīng)用領(lǐng)域由海上擴(kuò)展到陸上,由新區(qū)擴(kuò)大到老區(qū),成為水平井技術(shù)的新突破,目前已完鉆魚骨狀分支水平井6口,經(jīng)濟(jì)效益顯著。其中,截至2008年6月30日,沾18-支平1井累積產(chǎn)油量為0.61×104t。2.5水平井分段壓裂工藝技術(shù)為了提高低滲透、特低滲透油藏的儲(chǔ)量動(dòng)用程度和采收率,勝利油田開展了套管限流壓裂和封隔器分段壓裂等水平井壓裂技術(shù)研究和試驗(yàn),完成了高89-平1、史127-平1、商75-平1和大牛地35-1等6井次的水平井分段壓裂施工,并取得了重大進(jìn)展。2.5.1水平井分段壓裂試驗(yàn)研究針對(duì)灘壩砂油藏儲(chǔ)量豐度低、縱向薄層多、儲(chǔ)層橫向變化快且砂體連通性差和自然產(chǎn)能低等特點(diǎn),結(jié)合地應(yīng)力研究和單井控制可采儲(chǔ)量等經(jīng)濟(jì)政策界限論證,優(yōu)化水平井段軌跡和長度,在研究分段壓裂方式對(duì)油層滲流能力、泄油面積及產(chǎn)能影響的基礎(chǔ)上,開展了限流射孔優(yōu)化和水平井壓裂裂縫動(dòng)態(tài)模擬研究,研制了限流壓裂方式管柱(圖2),在高89等區(qū)塊開展了小型壓裂測試試驗(yàn)。高89-平1井水平段長為202m,分3段限流壓裂,自噴轉(zhuǎn)抽后產(chǎn)油量穩(wěn)定在14t/d,動(dòng)液面基本穩(wěn)定,產(chǎn)量遞減率明顯低于大型壓裂投產(chǎn)的直井。2.5.2分段壓裂管柱由于長水平段限流壓裂施工難度大,因而在綜合分析國外機(jī)械分段壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)勝利油田油藏及工藝特點(diǎn),進(jìn)行了水平井封隔器分段壓裂管柱設(shè)計(jì)研究。形成了小直徑、大膨脹比、高壓差SPK344封隔器跨隔密封技術(shù),實(shí)現(xiàn)了一次管柱逐段壓裂;設(shè)置井下壓力、溫度測試儀,為壓裂施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)記錄。利用該管柱,壓裂完成后可實(shí)現(xiàn)反洗井;配套安全接頭,減少了發(fā)生意外事故時(shí)的處理難度。水平井分段壓裂管柱滿足2~3段壓裂工藝要求,封隔器工作壓差可達(dá)50MPa,最高工作溫度可達(dá)150℃。利用該技術(shù)在大牛地氣田大牛地35-1井進(jìn)行了3井次水平井分段壓裂試驗(yàn),均取得成功。3水平井開采技術(shù)3.1水平井分段射孔技術(shù)針對(duì)長井段水平井全井段射孔完井存在的中后部油層段的產(chǎn)能得不到充分發(fā)揮、局部水淹后卡堵水困難等問題,勝利油田開發(fā)了水平井分段射孔技術(shù)。根據(jù)油藏特點(diǎn)、測井資料、井身軌跡和固井質(zhì)量等資料,優(yōu)化設(shè)計(jì)水平井分段數(shù)量、分段長度、產(chǎn)能和射孔參數(shù),提高了各射孔段的開發(fā)效果,有利于各種工藝措施的實(shí)施,提高了采收率。該技術(shù)在勝利油田復(fù)雜斷塊油田應(yīng)用廣泛,滿足了其開發(fā)的需要。3.2管柱的壓封工藝截至目前,勝利油田已研究開發(fā)了3種水平井分段生產(chǎn)工藝管柱,在東辛、純梁、臨盤和孤島等采油廠實(shí)施200井次以上,卡堵水成功率達(dá)90%以上。封下采上機(jī)械卡堵水管柱該管柱適用于逐級(jí)上返投產(chǎn)的水平井,它采用帶雙向卡瓦支撐的SPY441封隔器封堵下部油層,應(yīng)用液壓丟手工具實(shí)現(xiàn)丟手,承壓能力為25MPa。任意層段封堵工藝管柱該管柱采用皮碗封隔器實(shí)現(xiàn)封閉層的封堵,應(yīng)用液壓丟手工具實(shí)現(xiàn)丟手,可以實(shí)現(xiàn)水平段任意層段的封堵。全部管柱支承在人工井底,上部采用防落物管柱插入丟手接頭,防止管柱移動(dòng),承壓能力為20MPa。水平井段選擇性采油管柱該管柱采用多級(jí)封隔器將各水平井段分隔開,兩級(jí)封隔器中間放置一液控開關(guān),首先合理設(shè)置液控開關(guān)的開啟/關(guān)閉壓力,下入前預(yù)先將開采層的液控開關(guān)置于開啟狀態(tài),其他液控開關(guān)置于關(guān)閉狀態(tài),當(dāng)須更換開采層時(shí),只須從地面打壓至對(duì)應(yīng)油層液控開關(guān)的開啟壓力,便可實(shí)現(xiàn)水平井分段選擇性生產(chǎn)。3.3高效注汽熱采技術(shù)2007年,勝利油田投產(chǎn)的水平井中,稠油油藏水平井占49.7%。針對(duì)油層埋藏深、邊底水活躍和原油性質(zhì)多樣等特點(diǎn),采用水平井精密濾砂管裸眼防砂和酸洗堵漏完井工藝,研制了熱采水平井均勻注汽管柱(圖3),形成了水平井高效注蒸汽熱采技術(shù),在草13、草20和沾18等稠油區(qū)塊實(shí)施應(yīng)用后,解決了多年來一直無法有效動(dòng)用的難題,取得了顯著的效果。該技術(shù)具有如下特點(diǎn):①實(shí)現(xiàn)了水平段全段均勻注汽,提高油井產(chǎn)量和油層動(dòng)用程度;②通過水平井井筒熱力計(jì)算,結(jié)合油藏?cái)?shù)值模擬進(jìn)行注汽工藝參數(shù)優(yōu)化;③采用大排量注采一體化泵舉升工藝,充分利用注汽后地層處于高溫狀態(tài)的有利條件,不動(dòng)管柱直接轉(zhuǎn)抽,并可實(shí)現(xiàn)多輪次的注汽生產(chǎn)。4迫切性的顯現(xiàn)隨著水平井技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用,水平井修井工作的迫切性也日益顯現(xiàn)出來。近年來,勝利油田在水平井修井技術(shù)上也取得了長足的發(fā)展,初步形成了水平井井下管柱打撈技術(shù)和連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)等技術(shù)系列。4.1管柱的壓打針對(duì)由于水平井井身結(jié)構(gòu)造成的常規(guī)解卡打撈成功率低的問題,在中國率先研制成功了井下打撈增力器,改變了管柱的受力方式,通過油管打壓的方式直接在卡點(diǎn)產(chǎn)生拉力,配合使用研制的提放式可退撈矛,實(shí)現(xiàn)了水平井井下管柱的打撈。水平井井下管柱打撈技術(shù)在勝利和冀東等油田的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井打撈作業(yè)中共應(yīng)用42井次,成功率達(dá)95%,取得了良好的應(yīng)用效果。4.2中國模糊試驗(yàn)研究基地連續(xù)油管生產(chǎn)連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)與常規(guī)作業(yè)技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢,可應(yīng)用于水平井的測試、沖砂、酸化和壓裂等作業(yè),中國一些研究單位一直沒有停止對(duì)這一技術(shù)的探索。勝利油田于2005年底率先研制出外徑為38.1mm、長度為2600m的連續(xù)油管,其抗內(nèi)壓、彎曲和拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,其性能達(dá)到現(xiàn)場應(yīng)用要求。之后又依靠自主技術(shù)生產(chǎn)出中國第1套撬裝式連續(xù)油管作業(yè)裝備,作業(yè)深度達(dá)2600m,額定提升力為100kN,油管輸送速度為0~15m/min。2008年1月14日該技術(shù)在勝利采油廠ST2-1-141井順利完成了現(xiàn)場試驗(yàn),與常規(guī)作業(yè)相比較,降低了作業(yè)難度,縮短了施工作業(yè)時(shí)間。5在現(xiàn)有問題下的研究方向5.1水平井研究現(xiàn)狀國外水平井完井及采油技術(shù)研究早,應(yīng)用規(guī)模廣,配套工藝完備且技術(shù)趨于成熟。相比較而言,勝利油田水平井技術(shù)還存在一定的差距:①2007年底,調(diào)研了勝利油田11個(gè)采油廠628口水平井。經(jīng)統(tǒng)計(jì),停產(chǎn)井為102口,占調(diào)研水平井總井?dāng)?shù)的16.2%,其中因高含水停產(chǎn)的為8口。水平井高含水已經(jīng)嚴(yán)重制約了水平井的高效生產(chǎn),亟需研究水平井找水、堵水等配套技術(shù)。②低滲透油藏水平井分段壓裂技術(shù)還處于研究試驗(yàn)階段,技術(shù)不成熟。③分支井完井技術(shù)不完善。④現(xiàn)有的水平井井筒檢測技術(shù)無法滿足套管損壞檢測的需要。5.2水平井開發(fā)難度越來越當(dāng)前,勝利油田新區(qū)開發(fā)以超稠油、特低滲透等低品位油藏為主,老區(qū)油水關(guān)系更加復(fù)雜,剩余油分布更加零散,開發(fā)難度越來越大,油藏條件對(duì)水平井完井及采油技術(shù)的要求也越來越高?，F(xiàn)有的技術(shù)系列不能很好地滿足勝利油田復(fù)雜多樣的油藏類型和工藝要求,必須進(jìn)一步加大科技創(chuàng)新力度,加大新技術(shù)的集成配套。5.2.1在井中的應(yīng)用遇油/水膨脹封隔器分段完井技術(shù)耐高溫、耐高壓的遇油/水膨脹封隔器可應(yīng)用于多層系油藏的分層完井、篩管完井和防砂完井的分層,降低完井的復(fù)雜程度,進(jìn)行安全高效完井,如海上完井和高壓井完井等。在應(yīng)用國外遇油/水膨脹封隔器的同時(shí),勝利油田已經(jīng)完成遇油/水膨脹橡膠配方的研制,進(jìn)行了室內(nèi)模擬試驗(yàn)和評(píng)價(jià),體積膨脹率大于50%,目前正在進(jìn)行模擬井條件下的耐壓試驗(yàn)。水泥充填長膠筒封隔器分段完井技術(shù)對(duì)于管外封隔器加濾砂管防砂完井的水平井,由于封隔器處于高溫高壓的復(fù)雜環(huán)境下,封隔器在使用幾年后容易出現(xiàn)膠皮老化破損的現(xiàn)象,影響密封效果。水泥充填長膠筒封隔器技術(shù),是利用凝固的水泥來防止膠筒老化造成的封隔器失效,可承受采油及增產(chǎn)措施中的溫度及壓力變化。5.2.2下一步工作重點(diǎn)勝利油田引進(jìn)了氧活化及脈沖中子測井等含油飽和度測井技術(shù),并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn),但與國外先進(jìn)的組合式測井技術(shù)相比,無論在測試成功率還是在技術(shù)配套上均還有較大差距。下一步要優(yōu)化水平井找水測井技術(shù),進(jìn)行水平井測試工藝的完善配套,同時(shí)探索更加先進(jìn)、有效的水平井找水技術(shù)。進(jìn)一步深化油藏基礎(chǔ)研究和水平井滲流規(guī)律研究,建立簡單實(shí)用的出水規(guī)律預(yù)測模型。同時(shí)開展篩管完井水平井堵水技術(shù)研究