胜利油田水平井完井技术的发展与应用

胜利油田水平井完井技术的发展与应用

1完井、无井油井随着油藏地质调查和钻井技术的发展，盛利油田水平井的开采和开采技术可以随着时间的推移而发展和改进。先后完成了“8”和“9”工程“水平井、侧井开采技术研究”和“15”工程“分支井、大位移井采井技术研究”等重要工程的科学研究和技术支持。形成了中国胜利特色、中国领先、适合不同油藏、技术要求的水平井开采技术。经过十几年的研究攻关和试验,水平井完井采油技术实现了两个方面的转变。一是完井技术上的转变,即由过去单一的固井射孔完井方式发展成适应不同油藏类型和储层特点的裸眼防砂完井、衬管完井等多种配套完井工艺。二是采油技术上的转变,水平井采油工艺由全井射孔投产发展成满足油藏及工艺要求的分段开采工艺,实现了分段采油、分段卡堵水,提高了采收率。在疏松砂岩油藏实现了水平井裸眼防砂完井一体化和水平井砾石充填防砂两大技术突破,研制了以水平井井下管柱打捞技术为主的水平井修井技术。同时,水平井完井采油研究形成了十项配套技术,即水平井裸眼完井技术、水平井固井射孔技术、水平井割缝(或钻孔)筛管完井技术、水平井裸眼防砂完井一体化技术、水平井砾石充填防砂完井技术、鱼骨状分支水平井完井技术、水平井分段压裂技术、水平井分段开采技术、水平井井下增力打捞技术、热采水平井均衡注汽及注汽参数优化技术。通过对关键技术的研究攻关、完善配套和规模化推广应用,胜利油田的水平井应用近年来取得了一系列新进展、新成果,呈现出进展快、亮点多、效果好的良好局面,水平井技术已成为胜利油田新区高效开发、老区挖潜提高采收率的重要手段。2胜利油田水平井完井技术2.1完井方式优化设计针对胜利油田不同类型油藏的特点,开展了水平井完井方式优化研究,主要考虑油藏地质特点、工艺技术可行性和经济指标等因素,建立了出砂预测分析、产能预测、生产动态分析、完井方式选择、完井参数设计和射孔优化设计等6个主要数学模型,开发了水平井完井方式优化设计软件。可通过对不同的水平井完井方式进行评价和优选,得出适应胜利油田不同类型油藏的完井模式,为水平井开发提供了理论支持,现场实施取得了较好的效果。2.2水平井结构一体化技术针对以往疏松砂岩油藏水平井完井存在的固井水泥污染油层、管内防砂后内通径小、射孔费用高和完善程度低等问题,在借鉴国外先进技术的基础上,提出了在水平井裸眼内直接下入大通径精密复合滤砂管完井,利用酸洗工艺解除泥饼堵塞、打开油流通道的技术方案,并设计了水平井筛管顶部注水泥完井、水平井悬挂筛管顶部注水泥完井和水平井分段筛管完井等工艺管柱,研制了水平井管外封隔器、分级箍、多功能洗井阀和大通径精密复合滤砂管等专用工具,形成了较为完善的疏松砂岩油藏水平井裸眼防砂完井一体化技术(图1)。该技术改变了人们的固有观念,实现了水平井裸眼防砂完井,增加了泄流面积,提高了油井的完善程度,大幅度降低了完井成本,并为后期措施提供了有利条件。该技术为胜利油田疏松砂岩油藏特别是稠油油藏的开发提供了强有力的技术支撑,使草13、草20、沾18、郑411和坨826等稠油油藏得以经济高效地动用和开发。截至2007年底,该项技术已在胜利、冀东、大港等油田近400口水平井上得到成功应用,仅2007年胜利油田就在122口井推广、应用了该技术。经统计分析可知,该技术比套管固井射孔完井每口井节约投资30×104~50×104元,平均单井产油量为18t/d,比同区相邻套管固井射孔完井的水平井的产油量提高了5.8t/d。2.3管柱及充填口检测工艺对于地层砂分选差、泥质含量高达20%以上的砂岩油藏,单一的滤砂管水平井防砂工艺不能满足水平井长期高效开发的要求,为此开发了水平井管内砾石充填防砂技术和水平井裸眼砾石充填防砂技术。水平井管内砾石充填防砂技术目前已建立的大型水平井实尺寸物理模型和开展的水平井“平衡堤充填”机理研究,为管内砾石充填防砂技术的攻关奠定了理论基础。水平井管内砾石充填技术在工艺管柱方面也取得了长足进步,研发的集水平段坐封、丢手和充填口定位于一体的充填工具及双精度结构的复合绕丝筛管实现了抗堵塞的挡砂功能;压差式阻流装置的优化设计,实现了水平段分段连续充填的功能,提高了充填效率。另外还研制了粘度可调(40~90mPa·s)、携砂能力强、低残渣和低伤害的SPF-1型携砂液体系,以及密度低、圆度好、强度高且易携带的DM-1型低密度充填支撑剂。同时,对施工参数的优化进一步提高了充填效果。目前该技术已在胜利、大港、冀东等油田的12口井进行了现场试验,技术可靠性得到良好的验证,实施成功率达100%,最长充填井段达到258m,整体技术达到国际先进水平。水平井裸眼砾石充填防砂技术该技术是一种防砂强度高、防砂寿命长的防砂方法,在国外应用广泛。胜利油田近年来开展了该技术的研究与应用,主要采用精密复合滤砂管裸眼完井和管外进行逆向砾石充填的方案。该技术已经在埕北701-平1和草109-平2等5口井上进行了先导试验,取得了初步效果。2.4复合水平井技术特点开发稠油出砂油藏单靠增加水平段长度难以进一步提高油藏动用程度、改善开发效果。而鱼骨状分支水平井具有最大限度地增加油藏泄油面积、充分利用上部主井眼、节约钻井费用等显著优点,最终能达到提高采收率的目的,已经成为高效开发油气藏的理想井型。胜利油田近年来开展了窄时窗储层预测、井眼悬空侧钻、分支井地质导向轨迹控制、无固相钻井液完井液、分支井完井等关键技术研究,形成了具有自主知识产权的鱼骨状分支水平井开发技术。2006年10月,在海上埕北26块成功完钻了中国第1口完全依靠自主知识产权技术设计施工的鱼骨状分支水平井埕北26B-支平1井。该井在10m油层内设计钻了4个分支,水平段总长度达915m。初期产油量为105t/d,目前稳定在95t/d,是周围直井的3.3倍。2007年,鱼骨状分支水平井应用领域由海上扩展到陆上,由新区扩大到老区,成为水平井技术的新突破,目前已完钻鱼骨状分支水平井6口,经济效益显著。其中,截至2008年6月30日,沾18-支平1井累积产油量为0.61×104t。2.5水平井分段压裂工艺技术为了提高低渗透、特低渗透油藏的储量动用程度和采收率,胜利油田开展了套管限流压裂和封隔器分段压裂等水平井压裂技术研究和试验,完成了高89-平1、史127-平1、商75-平1和大牛地35-1等6井次的水平井分段压裂施工,并取得了重大进展。2.5.1水平井分段压裂试验研究针对滩坝砂油藏储量丰度低、纵向薄层多、储层横向变化快且砂体连通性差和自然产能低等特点,结合地应力研究和单井控制可采储量等经济政策界限论证,优化水平井段轨迹和长度,在研究分段压裂方式对油层渗流能力、泄油面积及产能影响的基础上,开展了限流射孔优化和水平井压裂裂缝动态模拟研究,研制了限流压裂方式管柱(图2),在高89等区块开展了小型压裂测试试验。高89-平1井水平段长为202m,分3段限流压裂,自喷转抽后产油量稳定在14t/d,动液面基本稳定,产量递减率明显低于大型压裂投产的直井。2.5.2分段压裂管柱由于长水平段限流压裂施工难度大,因而在综合分析国外机械分段压裂技术的基础上,根据胜利油田油藏及工艺特点,进行了水平井封隔器分段压裂管柱设计研究。形成了小直径、大膨胀比、高压差SPK344封隔器跨隔密封技术,实现了一次管柱逐段压裂;设置井下压力、温度测试仪,为压裂施工提供准确的数据记录。利用该管柱,压裂完成后可实现反洗井;配套安全接头,减少了发生意外事故时的处理难度。水平井分段压裂管柱满足2~3段压裂工艺要求,封隔器工作压差可达50MPa,最高工作温度可达150℃。利用该技术在大牛地气田大牛地35-1井进行了3井次水平井分段压裂试验,均取得成功。3水平井开采技术3.1水平井分段射孔技术针对长井段水平井全井段射孔完井存在的中后部油层段的产能得不到充分发挥、局部水淹后卡堵水困难等问题,胜利油田开发了水平井分段射孔技术。根据油藏特点、测井资料、井身轨迹和固井质量等资料,优化设计水平井分段数量、分段长度、产能和射孔参数,提高了各射孔段的开发效果,有利于各种工艺措施的实施,提高了采收率。该技术在胜利油田复杂断块油田应用广泛,满足了其开发的需要。3.2管柱的压封工艺截至目前,胜利油田已研究开发了3种水平井分段生产工艺管柱,在东辛、纯梁、临盘和孤岛等采油厂实施200井次以上,卡堵水成功率达90%以上。封下采上机械卡堵水管柱该管柱适用于逐级上返投产的水平井,它采用带双向卡瓦支撑的SPY441封隔器封堵下部油层,应用液压丢手工具实现丢手,承压能力为25MPa。任意层段封堵工艺管柱该管柱采用皮碗封隔器实现封闭层的封堵,应用液压丢手工具实现丢手,可以实现水平段任意层段的封堵。全部管柱支承在人工井底,上部采用防落物管柱插入丢手接头,防止管柱移动,承压能力为20MPa。水平井段选择性采油管柱该管柱采用多级封隔器将各水平井段分隔开,两级封隔器中间放置一液控开关,首先合理设置液控开关的开启/关闭压力,下入前预先将开采层的液控开关置于开启状态,其他液控开关置于关闭状态,当须更换开采层时,只须从地面打压至对应油层液控开关的开启压力,便可实现水平井分段选择性生产。3.3高效注汽热采技术2007年,胜利油田投产的水平井中,稠油油藏水平井占49.7%。针对油层埋藏深、边底水活跃和原油性质多样等特点,采用水平井精密滤砂管裸眼防砂和酸洗堵漏完井工艺,研制了热采水平井均匀注汽管柱(图3),形成了水平井高效注蒸汽热采技术,在草13、草20和沾18等稠油区块实施应用后,解决了多年来一直无法有效动用的难题,取得了显著的效果。该技术具有如下特点:①实现了水平段全段均匀注汽,提高油井产量和油层动用程度;②通过水平井井筒热力计算,结合油藏数值模拟进行注汽工艺参数优化;③采用大排量注采一体化泵举升工艺,充分利用注汽后地层处于高温状态的有利条件,不动管柱直接转抽,并可实现多轮次的注汽生产。4迫切性的显现随着水平井技术的不断推广应用,水平井修井工作的迫切性也日益显现出来。近年来,胜利油田在水平井修井技术上也取得了长足的发展,初步形成了水平井井下管柱打捞技术和连续油管作业技术等技术系列。4.1管柱的压打针对由于水平井井身结构造成的常规解卡打捞成功率低的问题,在中国率先研制成功了井下打捞增力器,改变了管柱的受力方式,通过油管打压的方式直接在卡点产生拉力,配合使用研制的提放式可退捞矛,实现了水平井井下管柱的打捞。水平井井下管柱打捞技术在胜利和冀东等油田的复杂结构井打捞作业中共应用42井次,成功率达95%,取得了良好的应用效果。4.2中国模糊试验研究基地连续油管生产连续油管作业技术与常规作业技术相比具有明显的优势,可应用于水平井的测试、冲砂、酸化和压裂等作业,中国一些研究单位一直没有停止对这一技术的探索。胜利油田于2005年底率先研制出外径为38.1mm、长度为2600m的连续油管,其抗内压、弯曲和拉伸实验结果表明,其性能达到现场应用要求。之后又依靠自主技术生产出中国第1套撬装式连续油管作业装备,作业深度达2600m,额定提升力为100kN,油管输送速度为0~15m/min。2008年1月14日该技术在胜利采油厂ST2-1-141井顺利完成了现场试验,与常规作业相比较,降低了作业难度,缩短了施工作业时间。5在现有问题下的研究方向5.1水平井研究现状国外水平井完井及采油技术研究早,应用规模广,配套工艺完备且技术趋于成熟。相比较而言,胜利油田水平井技术还存在一定的差距:①2007年底,调研了胜利油田11个采油厂628口水平井。经统计,停产井为102口,占调研水平井总井数的16.2%,其中因高含水停产的为8口。水平井高含水已经严重制约了水平井的高效生产,亟需研究水平井找水、堵水等配套技术。②低渗透油藏水平井分段压裂技术还处于研究试验阶段,技术不成熟。③分支井完井技术不完善。④现有的水平井井筒检测技术无法满足套管损坏检测的需要。5.2水平井开发难度越来越当前,胜利油田新区开发以超稠油、特低渗透等低品位油藏为主,老区油水关系更加复杂,剩余油分布更加零散,开发难度越来越大,油藏条件对水平井完井及采油技术的要求也越来越高。现有的技术系列不能很好地满足胜利油田复杂多样的油藏类型和工艺要求,必须进一步加大科技创新力度,加大新技术的集成配套。5.2.1在井中的应用遇油/水膨胀封隔器分段完井技术耐高温、耐高压的遇油/水膨胀封隔器可应用于多层系油藏的分层完井、筛管完井和防砂完井的分层,降低完井的复杂程度,进行安全高效完井,如海上完井和高压井完井等。在应用国外遇油/水膨胀封隔器的同时,胜利油田已经完成遇油/水膨胀橡胶配方的研制,进行了室内模拟试验和评价,体积膨胀率大于50%,目前正在进行模拟井条件下的耐压试验。水泥充填长胶筒封隔器分段完井技术对于管外封隔器加滤砂管防砂完井的水平井,由于封隔器处于高温高压的复杂环境下,封隔器在使用几年后容易出现胶皮老化破损的现象,影响密封效果。水泥充填长胶筒封隔器技术,是利用凝固的水泥来防止胶筒老化造成的封隔器失效,可承受采油及增产措施中的温度及压力变化。5.2.2下一步工作重点胜利油田引进了氧活化及脉冲中子测井等含油饱和度测井技术,并进行了现场试验,但与国外先进的组合式测井技术相比,无论在测试成功率还是在技术配套上均还有较大差距。下一步要优化水平井找水测井技术,进行水平井测试工艺的完善配套,同时探索更加先进、有效的水平井找水技术。进一步深化油藏基础研究和水平井渗流规律研究,建立简单实用的出水规律预测模型。同时开展筛管完井水平井堵水技术研究