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遇油遇水自膨胀封隔器的研制

完井是连接水平井和采收带的重要纽带。在早期,对完井的认识仅停留在下套管固井和射孔上,完井技术仅是固井技术和射孔技术的结合。随着对储层物性的深入研究和采油工艺的需要与发展,人们逐渐认识到完井是建立在对油、气储集层的地质结构、储油性质、岩石力学性质和流体性质全面分析的基础之上,它将地质、钻井、采油、油藏等理论结合在一起,是一项系统工程。自膨胀封隔器水平井完井技术是以遇油\遇水自膨胀封隔器作为主要环空封隔工具对水平井进行完井的。由于该完井工艺简单,能够缩短完井时间,降低完井风险和完井费用,已成为油田水平井开发中一项关键技术。1swellpack公司的油层管道封隔器自膨胀封隔器是自膨胀封隔器完井技术中的主要部件,其性能、结构特点决定了其完井的工艺。目前,国内外研发的自膨胀封隔器主要包括遇油自膨胀封隔器和遇水自膨胀封隔器2种类型。在该领域,主要有4家国外公司提供相关产品和技术服务:哈里伯顿公司的Swellpacker系列、SwellFix公司的ZIP(ZonalIsolationProfiler)系列、TAM公司的FreeCAP系列和BakerHughes公司的REP(ReactiveElementPacker)系列封隔器。自2002年问世以来,Swellpacker在中东、北海油田已经成功应用约1200次。在北海油田的1口井中,同时下入了12个Swellpacker系统,成功隔离了各个油层。2008-11,由中国石油勘探开发研究院装备所研制的遇油自膨胀封隔器首次在冀东油田G160-P13井成功应用,并打破了国外服务公司对该项技术在中国的垄断。1.1井筒条件、作业要求自膨胀封隔器作为一种新型的封隔器,可根据地层不同的油气含量、井筒条件、作业要求,在井下遇油或水自主膨胀来封隔地层。该封隔器能够适应不规则裸眼形状,膨胀胶筒贴紧井壁,无需靠管柱重力或加压等方式坐封,最终实现油井分层分段效果,其结构如图1所示。1.2力式膨胀封隔器1)自膨胀封隔器可靠性高,没有机械运动部件,现场作业无需专家指导。2)自膨胀封隔器具有可自动补偿环空间隙功能。热动力式膨胀可持续膨胀以弥补产液冲蚀面造成的空隙。当发生此类故障造成了漏失,即使在较低的压差下,动态膨胀仍然会最终实现密封,该特性使之很适合在裸眼井段中使用,这是该技术相对于其他封隔器技术的最大优点。3)可代替管外封隔器用于水平裸眼井的完井,该封隔器能够使完井工艺简化,降低完井风险,减少作业费用。4)避免修井和井下作业,降低维护成本,延长油井寿命。2在水平井的应用中2.1水平井全井完井技术近几年,随着水平井开发技术的发展,水平井完井技术有了长足的进步。但是对于国内大多数砂岩油藏,例如冀东油田在完钻的所有水平井中,除少数水平井采用裸眼完井和射孔完井外,近几年的水平井全部采用统一的非选择性完井方式(全水平段筛管完井)。由于水平井全井段采用筛管完井,水平井见水后,其后续测试、找水、堵水等作业难度很大,目前国内外尚无成熟可靠的技术来满足筛管完井水平井生产后期的控水要求。水平井完井方式已成为影响水平井生产后期产量和开发效果的瓶颈。针对水平井在完井方面暴露的诸多问题,提出了2种水平井选择性完井方式。2.1.1遇油清水自膨胀封隔器地层井该完井方式是近几年冀东油田新钻水平井应用较多的一种完井方式。完井时,将自膨胀封隔器和筛管串联一次性下入井内,利用遇油\遇水自膨胀封隔器将裸眼井进行了分段隔离,确保水平井段的出液均匀,延缓底水的推进时间。由于采用了遇油\遇水自膨胀封隔器的先期分段完井,方便了后期作业工具(找堵水等)的下入及工艺实施。图2为冀东油田G160-P13井完井示意图。该井选择了造斜段注水泥,水平段采用“遇油自膨胀封隔器+控流筛管”完井方式,其中遇油自膨胀封隔器由中国石油勘探开发研究院研制。根据预测产能将控流筛管在下井前进行油嘴的调节,从而确保完井后水平各层段的均匀出液,保证了油层底水的均匀推进。为了验证遇油自膨胀封隔器的封压性能,半年后进行加压作业试验,封隔器封压8MPa,完全满足现场油井的分段需要。2.1.2陆梁油田luhw1512井“自膨胀封隔器+ICD”完井方式是通过将自膨胀封隔器对水平井进行分段,应用滑套进行层间流量控制的一种完井方式,如图3。ICD(InflowControlDevice)是一种节流控制装置,其结构如图4。该装置可以通过多种方式进行井下调节。调节开关大小的方式包括:下入专有开关工具进行开关;通过管内分级加压实现多级调控;通过连接液控管线或电缆管线进行地面控制等方式实现。2010-10,由中国石油勘探开发研究院装备所和新疆油田采油工艺研究院共同完成了新疆陆梁油田LUHW1512井现场试验。该井井深2009m,其中水平段长150m。为了确保封隔器能够顺利下入井内(封隔器外径最大尺寸ue54f198mm,胶筒长3000mm),造斜段井眼选用ue54f241.3mm钻头钻进。最终在ue54f215.9mm水平井眼内下入ue54f139.7mm套管完井管柱进行完井。完井方案:下入2只型遇油自膨胀封隔器,将水平井段分为3段,每段设置2个节流式套管滑阀。根据预测的分段产液剖面数据,进行ICD的地面水嘴预置后入井。水平井生产一段时间后如果含水量上升,通过关闭和打开动作滑套进行分段找水,并根据找水结果关闭高含水段的套管滑阀。如果套管滑阀失效,水平井后端可以进行管内机械隔水,前端和中部出水则需要结合管内封隔器进行化学堵水。LUHW1512井完井结构如图5。根据钻井后的测井结果:水平井的趾根段分配产量为4t/d,中间段为6t/d,趾尖段为5t/d。通过现场试产,油井初期产油量>10t,稍低于设计产量。经过几个月的试采,水平井含水上升率明显低于邻近油井,底水推进得到了很好的抑制。2.2推行自膨胀封隔器+注水泥固井对于国内大多数水平井都是采用“传统水泥固井+射孔”完井方式。由于完井管柱在水平井段受重力因素影响,管柱中心易偏离井眼中心,造成了水平井段固井相对难度较大,质量难以保证,易发生油水窜层。为避免该现象的发生,采用“遇油\遇水自膨胀封隔器+注水泥固井”相结合的完井方式,完井结构如图6。通过封隔器与水泥的双重封固,实现水平段的有效分段封隔,满足后期作业(酸化、压裂等)的要求。将膨胀橡胶硫化在套管外壁,当水泥固井质量较差时,即水泥作业失效或后期管柱受外界拉伸影响而形成微循环,此时油水易出现串槽,该橡胶能够遇到油\水后进行膨胀,从而有效地密封水泥与套管间的环空,最终提高固井质量。目前,哈里伯顿、Swellfix公司已成功应用于多个油田的完井,并很好地防止了油水层的后期串通。目前,由中国石油勘探开发研究院研制的遇油自膨胀封隔器在长庆油田已成功应用4井次,提高了固井的质量,有效防止了油水层串槽现象的发生。2.3多自动井技术进步随着勘探开发的深入,一些主力油田已相继进入开发中后期,而新发现的大储量的油气层越来越少,小井眼水平井侧钻和水平井钻井技术的出现对开发中后期阶段的油气田提供了机会,同时也是开发这些老油气田新储层的一种有效方法。如同水平井的发展是依赖于钻井工艺技术的进步一样,分支井的发展主要依赖于完井技术的进步。目前,世界上绝大多数多分支井采用1级、2级的裸眼完井和3级的隔缝衬管完井,下套管注水泥完井的较少。这是由于4级多分支完井技术工艺和工具复杂,施工风险较高。据统计,全世界8000多口分支井中仅有351口是采用4级完井方式。由于分支井及侧钻井的井眼较小,例如在常见的ue54f139.7mm(5ue6e6ue6f1英寸)套管上开窗侧钻,钻头多选用直径ue54f117.5~ue54f120.6mm,由于新钻井眼尺寸较小,其固井质量难以保证,特别是对造斜段钻遇水层时难以实现有效封隔。完井时为了获得较大的内通径尺寸,可以采用自膨胀封隔器的裸眼完井,可有效地封隔油气水,代替水泥固井,减少施工工艺,保障完井效果。2.3.1ue54f139.7mm5ue6e6f1钢管井为了挖掘剩余油,2010-09,由中国石油勘探开发研究院和冀东油田钻采院共同完成了冀东G59-12CP1井完井施工,结构如图7。该井井深2075m,主井眼采用ue54f139.7mm(5ue6e6ue6f1英寸)套管完井。通过在ue54f139.7mm(5ue6e6ue6f1英寸)套管上开窗侧钻,侧钻井眼为ue54f118.5mm,侧钻水平段长140m。为了防止造斜段水层对水平段油层的影响,在造斜段的上下两端各加1只裸眼封隔器进行水层封隔,同时在水层段两侧又各加1只遇水封隔器,起到双重保护的作用。采用2只遇油封隔器将水平井段分隔为2段,各段均通过筛管防砂采油。通过完井后1个月的试采油,油井产量达18t/d,取得了较好的经济效益。利用自膨胀封隔器进行侧钻完井,能够代替常规固井射孔,简化完井工艺,有效地挖掘油田剩余油资源。3水平井分段完井技术1)通过多年的膨胀材料研究,中国石油勘探开发研究院首次在国内开发了能够适应油田完井的遇油\遇水自膨

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