海上油田优快完井工艺及配套技术

海上油田优快完井工艺及配套技术

在海上气田的开发过程中，井井处理成本占相当大的比例。由于海洋钻完井作业受环境、气候条件影响较大,对作业设备的性能要求较高,这就注定了海洋石油作业的高成本、高风险。在这种情况下,为了使海洋石油达到工业开发的价值,就必须不断更新和完善钻完井作业技术,尽可能节约作业时间,降低作业成本,挖掘油田潜力,提高最终采收率。由于海上多数油田需要防砂完井,若采用传统的单层防砂作业方式,作业周期长,成本高,许多边际油田都无法投入开发,为此,引入了世界上最先进的一次多层射孔和防砂技术,充填方式也由循环充填发展到高速水充填和压裂充填,还提出了适度防砂的理念,使得海上油田完井理念从传统的“满足油藏和生产需要,实现采油气要求”发展到如今的“更好地为油藏和生产服务,以获取最高、最经济有效的油气采收率为目标”,积极探索更适用于海上油田的新型完井工艺和方法。1海上油田井处理技术1.1洗井充填作业利用海上油田的自然优势,在正式进行完井作业前对套管进行刮管洗井,组装下入刮管管柱:钻头+套管刮管器+钻铤+钻杆,对套管进行刮管作业。至井底后,先后用海水、砂浆和胶液进行循环洗井至返出液的浊度值NTU为50左右。替套管清洗液、浸泡,后跟海水和过滤海水洗井至返出口液体的NTU连续半小时小于30后才结束洗井作业。经过洗井,使套管、钻具和地面循环系统都得到了彻底的清洗,从源头上减少了固相颗粒对储层的污染。1.2海洋石油的好井技术—完井液技术海上完井主要使用保护储层的完井液体系,重点强调完井液本身对储层应是低损害或是尽可能不损害储层。在完井液体系中引入了黏土防膨剂来抑制储层中黏土矿物的膨胀,在现场施工中采用井口精细过滤装置,可防止完井液中固相粒子对储层的损害。20世纪90年代中后期以来,国外技术服务公司在直井和大斜度油井的完井作业后期采用酸洗技术措施来解除近井地带的污染,提高油井的产能;在水平井完井作业后期采用化学—生物破胶方法来解除近井地带的污染以提高油井的产能;中海石油与石油院校联合研究和应用了可改造储层的隐型酸类新型完井液体系,它不仅能解除前期作业液对储层造成的损害,而且对储层具有改造作用。目前,已在海洋石油中得到广泛应用的完井液体系主要有:(1)低张力隐性酸完井液;(2)无固相清洁盐水完井液;(3)甲酸盐和溴盐完井液;(4)钻井液滤饼清洗解除液。1.3模块射孔地层压爆技术海上油田的射孔方式基本和陆上油田相同,大多采用油管输送射孔方式。使用大直径枪或深穿透、无碎屑射孔弹进行高孔密、大孔径射孔,减少了油气层污染,达到保护油层的目的。对于疏松砂岩地层,结合现场实际,总结出选择合理负压值的方法。形成了配套的油管输送射孔联作新技术,包括油管输送射孔与投产联作、油管输送射孔和地层测试联作、油管输送射孔和高能气体压裂复合射孔等。随着一次多层防砂技术的引进,一次多层负压射孔技术得到了成功应用,使射孔作业效率得到了大幅度提高,但长射孔段时常出现断爆和盲枪憋压的情况,为解决这一问题,联合中国航天科技集团公司川南机械厂和中海油服测井公司开发了隔板传爆技术,既做到了安全环保,又避免了断爆的发生。隔板传爆技术就是在夹层枪两端各连接1个隔板传爆装置,以阻止钻完井液及油气进入夹层枪,同时起到良好的传爆和隔离油气的作用。隔板传爆装置的特点:(1)适用于各类有枪身射孔作业;(2)可靠传递爆轰能量,爆轰输出稳定;(3)工作后密封可靠,夹层枪内无污物,不会造成平台、海洋污染;(4)重复使用夹层枪时不用清洗;(5)接头上的卸压阀能可靠释放夹层枪内气体,卸枪更安全;(6)提高拆枪速度,降低劳动强度;(7)若射孔枪断爆,可重新利用密封段射孔器材。该技术已成功运用于渤海SZ36-1II期和QHD32-6油田6个平台,近170多口井,效果极佳。尤其对于隔层较长的井段,使用效果更为突出,大幅度提高了作业时效,见表1,表1中C、D平台使用了隔板传爆技术。1.4不同填充材料的防砂效果目前海上油田常用防砂方法包括套管和裸眼砾石充填防砂、优质筛管防砂和膨胀式筛管防砂等模式。其中砾石充填防砂作业所占比例最大,与其它防砂方式相比,其防砂效果较好,使用寿命较长;膨胀式筛管防砂目前还处于试验阶段;裸眼井优质筛管适度防砂效果理想,正处于推广应用阶段。1.4.1多层防砂工艺对于需要多层分段防砂的井,可通过钢丝作业或井下作业对各层进行分层控制并分层采取措施。多层防砂主要有以下方式。(1)单层防砂。一次进行一层射孔、防砂作业。每完成一层作业都要经过投堵、射孔、冲砂、捞堵、防砂几个过程。优点是工具简单,防砂作业安全性较高;缺点是作业工序多,周期长,成本高。(2)1趟/2趟管柱多层防砂。一次射孔射开全部油层、1趟/2趟管柱分别完成防砂管柱逐层坐封、逐层充填作业。缺点是工具复杂,防砂风险高;优点是可减少起下钻次数,工序少,整体作业周期短,成本低。其中,1趟/2趟管柱多层防砂工艺系统在1998年以后陆续在渤海湾应用,并结合渤海油田的实际情况进行了防砂服务工具的技术改进,提高了完井作业效率,降低了作业成本,见表2。除了采用以上防砂工艺外,还应用了不同的砾石充填方式,包括循环充填、高速水充填、水充填微压裂和胶液压裂充填防砂等。(1)循环充填。此种方式在初期海上油田防砂完井应用较多,主要适用于速敏以及离气或水较近的地层,充填压力低于地层破裂压力,砾石充满筛套环空和射孔炮眼,但该种充填方式所造成的表皮因数平均高达15以上,大大影响油井产能的发挥。(2)高速水充填。该方式的充填压力超过或接近地层破裂压力,微裂缝穿越了近井污染带,见图1。一般情况下,微压裂能形成0.3～0.6m的裂缝,统计表明该种方式造成的表皮因数通常在7～12左右,明显优越于循环充填;另外,此种充填方式所需地面设备受平台空间制约不大,而且成本与循环充填相比也增加不多,因此近几年来得到了广泛应用。(3)压裂充填。以前由于压裂充填所需的地面防砂设备多,平台无法容纳,加上租用压裂船费用太高,因此其使用受到了限制。近年来随着大功率防砂泵的出现和地面设备的集成化,克服了上述限制,并在海上几个油田进行了成功试验。压裂充填以高于地层破裂压力进行充填,在井筒周围形成对称的2条裂缝,并充填以具有高导流能力的支撑剂,改变了井筒附近的流体流动方式,提高油井产能。压裂充填的表皮因数通常只有2～5,可替代增产措施作业。一次多层压裂充填防砂方式在渤海BZ25-1油田开发井中得到了大量成功应用,取得了理想的应用效果。1.4.2膨胀筛管技术适用于黏土含量低、高速开采的油层,它可以避免砾石充填所造成的高表皮因数,有利于产能的发挥。在渤海湾PL19-3油田的完井作业中,膨胀筛管技术已经应用到不同的井型:(1)裸眼+膨胀筛管;(2)套管射孔+膨胀筛管;(3)套管射孔+压裂充填+膨胀筛管。其中,以裸眼+膨胀筛管的使用效果最好。由于消除了砾石充填防砂所需的筛管和井壁之间的环空,可以使从地层到井口整个完井管柱直径减少,简化了砾石充填完井的过程,节省了作业时间,减少了作业风险。随着该项技术的发展和成功应用,为高效开发油藏提供了一种新的思路和手段。1.4.3质筛管井管外封隔通常应用于3种井型:裸眼定向井、水平井和水平分支井。作业方式简单,即技术套管下在生产层以上,生产层采用主井眼裸眼内下入适当滤砂精度的优质筛管,见图2。采用“适度防砂”理念完井。对于裸眼定向井,同时使用优质筛管和管外封隔器可有效分隔生产层位,从而实现分层开采,便于油藏管理。此项技术已经在SZ36-1油田和QHD32-6油田调整井得到了成功应用。从SZ36-1油田所做的5口分支井的生产情况来看,由于采用了“适度防砂”,使油井的产能得到大幅度提高,邻井平均日产原油26.5m3,水平分支井日产原油近150m3,约是常规定向井产能的5倍。1.5基于海洋平台的“一变多控”系统对于不能自喷的生产井和水源井,由于产量高和受平台空间限制,大多采用潜油电泵开采方式,并将潜油电泵集中在中央控制室统一进行管理。渤海油田多为稠油油藏,使用50Hz工频直接启动电机时往往因为启动电流过大造成过载,许多油井需反复启动多次才能正常运行;部分油井还需要进行挤柴油和注海水等作业,才可以启动;甚至少数油井通过以上作业仍然无法启动;同时由于启动时电机长时间在高电流过载的情况下工作,每次启动都可能引起电机烧毁。据统计资料显示,目前海洋70%以上的潜油电泵是因为电机绝缘烧穿而导致失效的。针对海上平台油井分布相对集中的情况,研制出适用于海洋平台的“一对多”的“一变多控”系统,极大地改善了机组的启动工况,延长了电机的使用寿命,减少了工程建造中放置设备所需的面积,节约了大量人力物力。“一变多控”系统是在工频控制系统的基础上,增加一套变频控制系统。通过中央控制系统控制潜油电泵工频系统和变频系统的切换,使1套变频控制系统可以分时分别给多台潜油电泵供电,实现“一变多控”;使潜油电泵可以保持低频启动,使启动电流小于电机额定电流的1.5倍,直接解决了使用工频启动会因启动电流过大而导致过载停机甚至烧毁电机的问题,而且操作简单。“一变多控”系统主要由特殊变频器(包括ME开关、快熔和进线电抗器)和正弦波滤波器、整流变压器、特殊升压变频变压器、大功率高压开关柜、中央控制柜及各井所对应的工频控制柜、长距离抗干扰信号电缆组成。“一变多控”系统工作过程:来自动力电源的AC380V经过整流变压器升压至AC690V接到变频器内的ME开关,经过快熔、进线电抗器,再经过变频器变频后,输出0～50Hz、AC690V电源,然后经过正弦波滤波器、变频升压变压器,输出0～50Hz、AC700～3500V电源。根据潜油电机不同的电压等级,中央控制柜自动调节变频升压变压器二次抽头,可以拖动不同电压等级的潜油电机。1998年JZ9-3油田引进了“一变多控”系统,采用1台变频器不同时控制整个平台所有潜油电泵机组并将其应用到SZ36-1油田和QHD32-6油田的完井作业中,经过多次改进后,最终取得了令人满意的效果。2海洋石油完井概念2.1提高作业时效技术在1994年以前,中国海洋石油完成1口2000m的3层防砂井平均需要10多天,作业成本较高,导致许多油田由于达不到经济开发界限而未能开发。随着快速钻井项目在渤海QK17-3油田的成功应用,引入了优快完井理念,利用平台有限的空间,完成“横向结合、立体交叉、优化工艺、创新作业方法”等作业模式,保证了作业质量,节省了钻井时间,提高了作业时效。优快完井理念在近年完成的QK18-1油田、JZ9-3油田、QK17-2油田、QHD32-6油田和SZ36-1Ⅱ期油田完井作业中得到广泛应用,引进了多套新技术,开发了适应优、快的新工艺,共完成438口井,提前了600多个船天,而且这些油田的提前建成投产,也及早收到了效益。优快完井理念推动了海上完井技术的现代化和国际化进程,同时开发出的国产化工具也得到了大面积推广应用,国产筛管、油管、过滤芯、整体式采油树井口装置、隔板传爆装置等就是在这个理念下发展成熟的。2.2剪切破坏,提高地层渗透率适度放大防砂粒径,允许部分地层砂随原油产出,从而避免细小砂粒堵塞筛管造成近井地带油流通道的堵塞,并对地层进行“卸载”,引起井眼周围地层发生剪切膨胀直至剪切破坏,破坏钻完井过程中形成的损害带,提高地层渗透率,使地层“渗透强化”。适度防砂理论的提出打破了对地层砂“防死”的传统观念,为渤海油田稠油油藏的有效开发开辟了一条新思路。该理论在SZ36-1油田和QHD32-6油田调整水平分支井中得到了证实,像南堡35-2、LD16-1等海上稠油油田,若采用常规的开发模式,其内部收益率根本达不到海洋石油总公司要求的目标,如运用此项技术,达到少井高产,其内部收益率可大幅度地提高,这样的稠油油田就可以大胆地投入开发了。2.3海洋石油的基础凡出海人员都要进行海上求生、急救、消防、艇筏操纵、直升机水下逃生、井控培训,体检合格获健康证后方能出海。由于海洋作业环境的特殊性,远离基地,海上生存和生活能力是出海作业的前提,也是海洋石油发展的基础,没有这个理念,就没有现在的海洋石油。同时