水平井割缝筛管完井工艺研究与应用

水平井割缝筛管完井工艺研究与应用

目前，国内外水平井选择性开采和井管技术日益增多。1997年大港油田水平井采用筛管完井有6口井,分别在低渗透油藏和生物灰岩油藏进行了试验,取得了较好的效果,形成了对筛管从设计到现场应用的一套可行的方法,具有一定的应用前景。但在应用过程中相应出现一些不可忽视的问题,如筛管下井无法循环、钻塞时间长、缝隙易堵等。1切缝销的参数确定1.1产层均质,均质无气顶(1)产层坚固,不准备实施生产压裂。(2)产层只有一层,产层横向均质,无气顶、无底水或有底水、有气顶。(3)井眼不稳定,可能发生井眼坍塌,不需要实施生产措施。(4)天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩油层。1.2占砂强度的测定割缝筛管的宽度必须根据油藏地层砂粒度分析数据进行合理选择。(1)根据实验研究,砂粒在缝眼外形成“砂拱”的条件是:割缝宽度不大于占累计重量10%的对应砂粒直径的两倍,即e≤2d10。该式表明:占砂样总重量为90%的细小砂粒允许通过缝眼,占砂样总重量为10%大直径的骨架砂不能通过,被阻挡在筛管外面形成具有较高的高渗透的“砂桥”。(2)由于割缝管只能阻挡中、粗砂粒而不能防细砂,目前大港油田一直以来对地层砂样作粒度分析均为d50,没有提供d10数据,因此,考虑在生产后期可能放大生产压差开采,推荐目前割缝宽度按e≤3/2d50标准设计。1.3割缝筛管外包法速敏临界值缝眼数量应在保证筛管强度的前提下,有足够的流通面积。割缝筛管有效面积=日产液量/油层速敏临界值。割缝筛管割缝数量一般取割缝开口总面积为衬管外表面积的2%～6%,一般取2%。α=eLn/F式中:e——缝宽度,mm;L——缝长度,mm;F——每米筛管外表面积,mm2/m;n——割缝数量,条/米;α——割缝总面积占筛管表面积百分数2%～6%。1.4轴向割缝的缝长根据断裂力学理论,割缝筛管缝长是依据井下应力状态、管径大小和缝眼的排列方式而定。由于垂直轴向割缝强度低,因此垂直轴向割缝的缝长较短,一般为20mm～50mm。平行轴向割缝的缝长一般为50mm～300mm,考虑到弯曲、扭转应力,割缝长度越长,对应力场强度因子值影响越大,因此,平行轴向割缝缝长应小于100mm,缝间距取0.3～0.7倍割缝长度L。1.5断裂力学强度割缝筛管强度与缝长、缝宽、缝的几何形状、分布、缝密度、缝的加工工艺等因素有关,具体强度计算应根据断裂力学理论计算。割缝筛管弹性断裂力学强度条件:K≤Kic(K=δπa−−√Κ≤Κic(Κ=δπa式中:K——线弹性断裂力学理论因子,MPa;Kic——材料平面断裂韧度门限值,MPa;a——无限体微小裂纹长度中值;δ——裂纹扩张临界断裂应力,MPa。弹塑性断裂力学强度条件:δ≤δ0式中:δ——割缝裂纹张开位移,mm;δ0——割缝裂纹张开位移起裂点,mm。2水平油层段注水泥尾管固井固井女MH2井是女34断块第二口水平井,完钻井深3490m,水平油层段下入〉139.7割缝筛管,割缝筛管上部〉139.7套管注水泥尾管固井。基本数据见表1,井身结构示意图见图1。2.1旋流短节1.4m的情况〉152引鞋×0.36m+〉139.7套管×45.53m+〉139.7割缝筛管×289.59m+〉139.7套管×33.96m(装有〉139.7×〉220×1.2m水泥伞3只)+〉139.7水泥塞盲管1.29m+〉139.7套管×11.38m+〉139.7旋流短节×1.4m+〉139.7套管×11.39m+〉139.7浮箍×0.23m+〉139.7套管×11.28m(其中装有挡球花篮)+〉139.7套管×11.24m+〉139.7。送球器锁紧座×0.23m+〉139.7套管×453.07m+〉139.7送球器×0.23m+〉139.7短套管×2.77m+〉244.5×〉139.7套管悬挂器×4.08m+〉127钻杆×2610.61m(每根筛管加一个弹性扶正器,进入垂直段前每根套管加一个弹性扶正器,垂直段200m每两根套管加一个弹性扶正器)。2.2割缝筛管有效面积与产量预测通过对女34断块岩心的粒度分析认为其粒度中值为0.252mm～0.257mm,敏感性分析认为不发生“水锥”条件下的临界流速为10m/d,超过此界限油井含水量上升。根据地质部门的产量预测在8MPa生产压差下可达到65t/d,在12MPa的生产压差下可达到85t/d。按照割缝筛管有效面积等于最高日产液量除以油层速敏临界值,割缝宽度按e=1.5d50标准设计;筛管过流面积占套管外表面积2%～6%,一般取2%的原则。根据上述条件我们确定割缝筛管的缝隙、缝长、过流面积的参数。缝宽:0.55±0.05mm;缝长:80mm净缝长:60m;缝间距:20m;缝型:矩形直缝;缝密度:300条/米;过流面积:9900mm2/m;注:当时割缝能力只能满足0.5mm以上。2.3mh2井该井节约套管2500多米,折合人民币56.2万元。女MH2井投产初期(1997年5月)日产液量68t,含水11.1%,是直井产量的9.5倍。目前平均日产液量38t(1998年2月),含水40%,至今无出砂现象。3管井配套技术现状水平井女MH2、女MH3井所采用完井管柱为:引鞋+筛管+水泥伞+盲板+悬挂器,在水泥伞以上注水泥封固。官50-9KH、官H2所采用完井管柱为:引鞋+筛管+管外封隔器+悬挂器,管外封隔器以上没有注水泥封固。风H1、女MH2、女MH3分别造成管内留水泥塞5m、3m、383m。增加了完井周期并延长钻井液对油层的浸泡时间。经过近几年水平井配套技术的发展,该工艺存在以下问题需解决。(1)筛管在下井中由于刮拉下井壁,对缝隙容易堵塞。若采用酸洗方法,其作业时间较长。(2)完井管柱设计不合理,筛管下井过程中无法建立循环。(3)完井液中的架桥粒子在完井期间就要及时进行解除。3.1这些因素是由裂缝形成的3.1.1筛管井壁刮紧较好的完井液能在井壁上形成薄而韧的滤饼。筛管从井口下入井底通过对井壁的刮、拉,虚滤饼被筛管刮掉,管缝将被滤饼糊住。加之油田筛管完井无法与井底建立循环,管内处于“真空”状态,因此筛管外壁上的滤饼会很快形成,细小的砂粒被夹在缝隙处,形成永久堵塞。3.1.2低渗透油气藏的工具井中,筛管易犯,易堵塞,易管道设计以硬在采油过程中,原油中所含蜡质、沥青等杂物一起通过管缝流进井筒。对于水平井采油泵挂深度受到井眼曲率的限制,采油泵无法下入弯曲段,造成采油要有较高的动液面。因此,筛管在油品物性差的井中更易堵塞。对低渗透采油指数不高的油藏其蜡质、胶质对管缝堵塞更加严重。因为筛管缝隙分布得越多油流入井的速度越小,加之缝隙光洁度低的原因,原油中蜡、沥青等杂质越易在管缝处堆积,久而久之便将管缝堵死。3.2水力解堵增加利用水力冲刷配合酸溶性解堵剂的方法加以解决。目前解堵方法采用分段注酸解堵分段试油的方法,其势必增加作业时间和成本。水力解堵是利用在完井管柱中下入一套内管柱。内管柱有一套扩张封隔器,在扩张封隔器上有两套皮碗,在皮碗的中间装有可喷射的喷嘴。通过上提内管柱在扩张封隔器皮碗的密闭区间内酸溶液体对筛管的缝隙进行冲洗,并在水平段充满干净的酸溶性液体。也可利用扩张封隔器进行多管外封隔器的膨胀作业和管外注水泥作业,减少钻水泥塞时间及钻井液对油层的浸泡时间。4改进后的钻孔管柱在吸收国外完井管柱技术基础上自行开发设计了不留塞选择性完井工艺技术,并增加了割缝管水力解堵技术。4.1外封隔器、外封隔器〉152引鞋+〉139.7套管+〉139.7筛管若干根+〉139.7套管+〉139.7管外封隔器+〉139.7套管+〉178分注接箍+〉139.7套管+〉244.5×〉139.7悬挂器。4.2内管柱结构〉121开关总成+〉128扩张封隔器+118定位机构+〉73油管若干根+〉90承压座+悬挂器中心器。4.3管柱开泵、压泵、分注接再压缩放出液管至井底(1)下完井管柱前,充分循环,并在水平。(2)井眼内替入对油层无伤害的优质完井液。(2)将设计好的外管串结构下入预定位置,坐于井口。(3)下入内管串,插至外管串底。(4)将悬挂器与外管柱套管上扣拧紧,当钻杆下到井底预定位置,开泵循环两周。(5)投入承压胶塞,慢慢开泵,使内管柱内建立压力,剪断悬挂器销钉坐挂悬挂器。证明悬挂器坐挂后,倒扣上提内管柱2m～3m,再加压,开泵憋压剪断承压座。(6)缓慢上提内管柱,使扩张封隔器上、下皮碗封隔筛管并不停地反复冲洗,冲洗液采用无伤害优质酸溶性完井液。(7)上提皮碗封隔器使定位短接定位封隔器外封隔器,打压,完成管外封隔器膨胀。(8)上提内管柱,打开分注接箍,使皮碗封隔器上、下皮碗封隔分注接箍,慢慢开泵,建立循环,泵入计量好的水泥浆。(9)上提内管柱到分注接箍以上50m～100m,将多余水泥浆洗出。(10)将内管柱取出,关井候凝。5其他水平井工具配套工具包括皮碗封隔器、分注接箍、定位机构、开关钩等。这类工具在这几年水平井发展中应用较多,在国内具有独创性。本研究只对油田〉139.7规格进行了设计。5.1井筛解堵皮碗封隔器适用于筛管上部需注水泥或多封隔器完井或筛管解堵。工作原理:由内管串送入到管外封隔器或分注接箍位置,使上下皮碗封隔住管外封隔器或分注接箍,实现封隔器膨胀或注水泥作业。5.2注水泥的循环流通分注接箍连接在外管串需要注水泥位置,以实现注水泥建立循环流通作用。工作原理:其工作是纯机械式的,由钩体操作,上提内管柱打开和关闭循环孔。5.3分注接再滑套钩的工作原理开关钩接在内管柱皮碗封隔器下面,用于实现对分注接箍的关闭、打开。工作原理:4个钩体分布在管体上,外径大于分注接箍径3mm～5mm,钩体通过分注接箍滑套凹槽时,钩体与滑套凹槽啮合,上提内管柱迫使4个打开钩合拢,强迫滑套下行,使循环孔外露。5.4定位设备定位机构接在管外封隔器和分注接箍的下面,实现对管外封隔器和分注接箍的定位。6多管外封隔器组合完井工艺的展望