胜利油田钻完井技术

胜利油田钻完井技术钻井工艺研究院二零一四年二月前言

近些年，紧紧围绕提高“两率”和单井产能两大主题，以“勘探开发一体化”理念为指导，研发推广应用了8类完井技术，在完井领域为油田增储上产提供了技术支撑。完井技术低密度水泥保护套管水平井筛管分段完井塑性微膨胀水泥固井高温水泥固井侧钻井膨胀套管完井水平井免钻塞完井水平井筛管防砂完井侧钻井膨胀悬挂器尾管完井前言

但是，随着油田勘探开发的进一步深入，油井生产中暴露出稠油油藏热采井开发时效短、疏松砂岩油藏含水上升快、低渗透油藏水平井固井顶替效率低、老区调整井环空窜槽、新投产深井套管保护、膨胀管及衍生产品应用范围窄等新问题，对完井技术提出了更高要求。目录一、特种工艺固井技术二、水平井筛管完井技术三、膨胀管应用技术（一）塑性微膨胀水泥固井技术（二）水平井固井技术（三）实心低密度水泥固井技术环空窜槽示意图（一）塑性微膨胀水泥固井技术问题解决方法针对上述问题，可采用以下技术预防：（1）提高二界面的胶结质量——塑形微膨胀水泥；（2）环空辅助机械封隔——管外封隔器。塑性微膨胀水泥防窜示意图管外封隔器辅助封隔层系1，压力系数P1层系2，压力系数P2管外封隔器管外封隔器二界面窜通通道（一）塑性微膨胀水泥固井技术微膨胀效果，抵消水泥浆凝固体积收缩；产生弹性形变，起到缓冲作用，提高水泥石抗冲击性能，减少射孔压裂时水泥环的破坏。塑性水泥常规水泥纤维抗裂膨胀率较普通水泥提高1～3%塑性微膨胀水泥体系塑性微膨胀水泥性能参数90℃×21MPa×24h条件下水泥石抗压强度，MPa80℃×0.1MPa×48h条件下水泥石抗折强度，MPa80℃×0.1MPa×48h条件下水泥石抗冲击强度，J/m2（一）塑性微膨胀水泥固井技术现场应用500余井次，包括老168、河50、官2、永3等区块。官2-31固井质量图为进一步解决管外窜槽的问题，下步将开发兼具韧性、微膨胀性和自愈合性的“三合一”水泥浆体系，提高复杂压力条件下固井防窜效果。“三合一”水泥浆体系裂纹自动修复原理图（一）塑性微膨胀水泥固井技术重力作用导致水平段套管贴向下井壁；射孔、压裂段的环空封隔质量要求高。长水平段水平井固井技术示意图（二）水平井固井技术问题水泥泥浆（1）提高水平段套管的居中度——液压式扶正器；（2）提高注水泥顶替效率——高效前置液；（3）配套采用塑性微膨胀水泥固井。水平井注水泥模拟实验装置固井优化设计软件胶结性能评价装置液压式扶正器解决方法（二）水平井固井技术密封圈失效中心管外径最大外径最小通径胀开最大外径长度打开压力139.7mm185mm121mm285mm1.95m14MPaFZQ140-185型号液压扶正器的性能参数止退环结构（1）液压式扶正器工具外径小、井下扩张后外径大、承载力强增加进液孔关闭机构，避免了工具重复进液密封失效“先张开扶正、后固井碰压”工艺特点工具优势（二）水平井固井技术（2）强胶结前置液体系对泥饼界面具有预处理功能，使滤饼与水泥界面具有“契合效应”，从而提高界面胶结能力。固井后，水泥与泥饼界面模糊，胶结紧密，“契合效应”明显水基泥浆在岩心表面形成较为平整致密的滤饼强胶结前置液冲洗后，滤饼变疏松，表面出现孔隙和裂痕泥饼水泥固井后，水泥与泥饼界面明显常规前置液冲洗后，滤饼变化不大泥饼水泥（二）水平井固井技术完成4口水平井的现场应用，水平段的固井质量明显改善，总体固井质量优良。井号井深/m水平段长/m工具数量通井摩阻/t完井摩阻/t摩阻增长/t盐227-1HF459110323518268盐227-4HF4323103232182810盐227-2HF45229043014140盐227-8HF4931112732203012（3）应用情况建议在低渗透油藏水平井开发中推广应用。（二）水平井固井技术为保护注水井上部套管免受地层流体腐蚀，目前，油田普遍实施低密度水泥返地面固井。在深井高压差作用下，常规低密度（泡沫、漂珠）水泥浆易被压缩甚至破裂，密度上升，发生井漏，污染储层，难以实现全井封固。（三）实心低密度水泥固井技术水泥浆体密度1.2g/cm3~1.4g/cm3，50MPa下保持不变；失水量小，流变性能良好；21MPa、50～120℃，48h水泥石强度≥14MPa。实心低密度水泥浆体系编号密度/g/cm3流动度/cm初稠/Bc析水/%API失水/mL90℃抗压强度/MPa24h48h11.3520.515.5094.015.417.021.3519.514.0092.015.317.931.3521.514.5093.014.916.041.3519.815.0096.015.316.9水泥浆体系呈直角稠化水泥浆基本性能（三）实心低密度水泥固井技术应用情况建议加大实心微珠低密度水泥浆体系在深井中应用力度。（三）实心低密度水泥固井技术目录一、特种工艺固井技术二、水平井筛管完井技术三、膨胀管应用技术（一）稠油热采水平井预应力完井技术（二）水平井均衡供液筛管完井技术稠油热采水平井开发中暴露出井口抬升、地面冒汽的问题，影响正常生产，带来安全隐患。软管埋地管线暴露问题（一）稠油热采水平井预应力完井技术受热后套管伸长量大于水泥石，两者之间易产生相对移动；多轮次注汽造成常规加砂水泥强度衰减严重，环空水泥石封隔失效。原因分析水泥石膨胀系数金属膨胀系数（10-6℃-1）水泥环套管蒸汽沿套管-水泥石间隙上返示意图（一）稠油热采水平井预应力完井技术常规加砂水泥300℃×21MPa×72h解决方法A-水平井空心地锚B-配套新型抗高温水泥C-配套筛管段热熔式补偿器D-配套卡瓦式套管头。可采用预应力完井技术从根本上解决这一问题，即通过对A靶点以上套管提拉一定的预应力、水平筛管段采用热力补偿器，从而缓解注汽过程的热胀冷缩效应。（一）稠油热采水平井预应力完井技术上部套管串分级箍套管套管封隔器盲板或球座下部筛管串地锚（1）完井管柱组合（2）施工工艺通井下入完井管柱常规筛管顶部注水泥工艺井口座挂固井碰压循环投球候凝通井电测开启空心地锚提拉预应力（一）稠油热采水平井预应力完井技术（3）水平井空心地锚地锚拉拔力实验水平井空心地锚工具实物图开发出适用于筛管顶部注水泥工艺的地锚，该工具具有内通径一致（内通径≥159mm）、外径小（工具外径≤215mm）、拉拔力大（100t）的特点。直井双级地锚实物图（一）稠油热采水平井预应力完井技术（4）抗高温水泥通过添加新型增强材料，降低钙硅比，使其水化物由柱硅钙石部分变为硬硅钙石，提高水泥石耐高温性能。水化产物X-衍射图（一）稠油热采水平井预应力完井技术（5）热熔式热力补偿器以热熔材料做补偿器的开启装置，温度低于160℃时热熔材料强度大于60MPa，实现安全下入；当温度超过180℃时，材料熔化，管柱可以自由伸长，自动开启。型号公称直径mm最大外径mm开启温度℃适用井径mm伸缩量mm工作压力MPa许用载荷kNLRRB-178178205180≤24260020MPa1780工具基本参数热熔材料（一）稠油热采水平井预应力完井技术单56-17-斜更11井固井电测图抗高温水泥累计应用85井次。典型区块单56块实施12口，含水率得到有效控制；热熔式热力补偿器应用10井次，共使用17套，施工成功率100%；空心地锚预应力完井在排6-平77井成功应用。排6-平77井200-500m造斜段固井电测图下一步计划将空心地锚与免钻塞工艺结合，开发可拉预应力的免钻塞工具。下入分级箍下入盲板连接地锚起间隔作用的短套下入管外封隔器（一）稠油热采水平井预应力完井技术（6）应用情况（二）水平井均衡供液筛管完井技术水平井筛管完井将水平段作为一个笼统的开发对象，面临的一个主要问题就是随着开发的进行，水淹或高含水情况越来越严重。非均质油藏均质油藏非均质性，局部任意位置突破均质油藏跟趾效应，底水跟端突破

A段筛管B段盲管C段筛管D段盲管E段筛管封隔器封隔器（1）利用各类封隔器实现筛管的分段——便于后期内管分段作业；（2）利用控流筛管实现各段进液的平衡——实现均衡供液。油水界面转变解决方法（二）水平井均衡供液筛管完井技术(1)水平井筛管完井综合评价技术采用物理模拟、数学模拟相结合的方法，对水平井筛管完井方式进行优化设计。研制出国内首套水平井筛管完井室内模拟装置；开发出水平井筛管完井设计优化软件。水平井筛管完井模拟装置水平井筛管分段配产设计软件（二）水平井均衡供液筛管完井技术（2）开发出系列筛管分段工具酸洗分段一体化内管工具适用于稠油油藏的热敏式分段封隔器遇水自胀封分段封隔器充填式分段封隔器压缩式分段封隔器（二）水平井均衡供液筛管完井技术（3）研发出控流筛管孔密变化日液（m3/d）优化率%优选优化前1624.79-方案16-1616.8192.39方案27-2419.9695.03方案38-4022.8597.97方案48-6024.8799.87☆方案58-8026.0299.03变密度控流筛管孔密优化及加工流道式控流筛管（二）水平井均衡供液筛管完井技术（4）应用情况2013年累计施工36口井、41井次，典型应用为排601区块。跟段趾端中间段（二）水平井均衡供液筛管完井技术目录一、特种工艺固井技术二、水平井筛管完井技术三、膨胀管应用技术（一）膨胀悬挂器尾管完井技术（二）膨胀筛管防砂完井技术常规悬挂器存在重叠段长，尾管头密封效果差、内通径小等缺点；膨胀悬挂器具有大通径、全密封的优点。膨胀悬挂器（一）膨胀悬挂器尾管完井技术常规悬挂器膨胀悬挂器尾管头密封差大通径、全密封膨胀悬挂器累计200余井次，创造多项应用纪录及技术指标。2009.092010.052010.072011.012009.07GDN23-52，首次悬挂筛管修井GDN32-05，首次悬挂膨胀筛管进行防砂应用王102-侧54，首次实施侧钻井膨胀悬挂器尾管完井义11-47，首次实施悬挂小套管修套辛17-斜40平1，首次在水平井筛管完井应用2011.07BB5井，首次海上油田辅助深井钻井封堵应用永89-斜2侧平1.悬挂尾管最长（1639.56m）2011.12（一）膨胀悬挂器尾管完井技术新春采油厂排612区块膨胀悬挂器完井方案尾管头密封，防止水窜套管重叠段由150～200m减少为20～30m；悬挂点稳定，消除对上层套管造成的损伤；可悬挂更大尺寸的筛管，便于后期作业。Ф244.5mmХФ168.3mm常规悬挂器Ф244.5mmХФ168.3mm膨胀悬挂器（一）膨胀悬挂器尾管完井技术膨胀筛管完井膨胀筛管由割缝基管、重叠式筛网和保护外罩三层结构构成，采用膨胀悬挂器进行悬挂密封，通过变径膨胀工具实现膨胀，膨胀后筛管紧贴井壁，可获得较大通径和可靠的防砂性能。膨胀筛管结构割缝基管重叠式筛网保护外罩膨胀前、后的膨胀筛管（二）膨胀筛管防砂完井技术膨胀筛管防砂技术优势减少砂粒运移，提高油井产能；降低生产压差、表皮效应及环空压力损耗；均衡进液，降低了筛管被冲蚀破坏的风险；内通径大，便于后期维护作业。（二）膨胀筛管防砂完井技术目前已试验9