水平井分段完井工具的室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

魏新芳 徐 鑫 余金陵 馮德杰 鄒曉敏

(中國(guó)石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院,山東東營(yíng) 257017)

?設(shè)備與工具?

水平井分段完井工具的室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

魏新芳 徐 鑫 余金陵 馮德杰 鄒曉敏

(中國(guó)石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院,山東東營(yíng) 257017)

水平井完井技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是分段完井,即能實(shí)現(xiàn)分層開(kāi)采及異質(zhì)層隔離功能的完井技術(shù)。為此,設(shè)計(jì)了由內(nèi)外兩套管柱組成的分段完井工具,外管柱實(shí)現(xiàn)層間隔離功能,內(nèi)管柱實(shí)現(xiàn)坐封管外封隔器功能。室內(nèi)試驗(yàn)表明,管外封隔器膨脹后其外徑、密封效果、耐壓能力等均可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,采用分段完井工具進(jìn)行分段完井的水平井能實(shí)現(xiàn)分層開(kāi)采及各個(gè)不同層系間的隔離、延長(zhǎng)無(wú)水或低含水開(kāi)采期、提高采收率的目標(biāo)。

水平井;完井工具;篩管完井;套管外封隔器;平13井

水平井在油田新區(qū)開(kāi)發(fā)、老區(qū)挖潛增效中的作用越來(lái)越顯著。截止2008年5月,勝利油田累計(jì)設(shè)計(jì)水平井1 156口,累計(jì)產(chǎn)油1 038×104t。水平井常采用固井射孔和篩管完井方式完井,由于篩管完井方式具有泄油面積大,施工工藝簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn), 60%以上的水平井采用該完井方式[1]。但隨著薄油藏、邊底水油藏等在水平井開(kāi)發(fā)中所占的比重越來(lái)越大,部分油井由于一點(diǎn)出水就會(huì)導(dǎo)致全井水淹[2],嚴(yán)重影響了油田的開(kāi)發(fā)效益。分段完井技術(shù)能實(shí)現(xiàn)各個(gè)不同層系間的隔離,從而延長(zhǎng)油井無(wú)水或低含水開(kāi)采周期,為后續(xù)找水堵水措施奠定基礎(chǔ),是水平井完井技術(shù)的發(fā)展方向。為此,筆者研制開(kāi)發(fā)了一種水平井分段完井工具,并進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 水平井分段完井工具

1.1 工具設(shè)計(jì)

水平井分段完井可通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有完井工具,采用輔助工具坐封管外封隔器的方式實(shí)現(xiàn)。筆者據(jù)此設(shè)計(jì)的完井工具主要包括外管柱和內(nèi)管柱。外管柱即為完井管柱,隨套管下入井內(nèi),通過(guò)管外封隔器膠筒膨脹與井壁緊密接觸實(shí)現(xiàn)層位封隔;內(nèi)管柱主要實(shí)現(xiàn)定位并坐封管外封隔器,同時(shí)兼具酸洗泥餅的功能,可根據(jù)實(shí)際需求完成清潔篩管表面,溝通泄油通道的工作。

外管柱組合:滾動(dòng)引鞋+篩管+管外封隔器+套管+管外封隔器+篩管+盲板+管外封隔器+分級(jí)箍+浮箍+套管+懸掛器(外管柱組合可根據(jù)實(shí)際情況而定)。

內(nèi)管柱組合:絲堵+平式油管短節(jié)+內(nèi)管封隔器+平式油管短節(jié)+限壓閥+平式油管短節(jié)+內(nèi)管封隔器+平式油管短節(jié)+變扣短節(jié)+鉆桿。

1.2 室內(nèi)試驗(yàn)

對(duì)開(kāi)發(fā)出的φ139.7 mm壓縮式管外封隔器進(jìn)行了一系列室內(nèi)試驗(yàn),以檢驗(yàn)其性能并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),使其最終滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求,達(dá)到防止相鄰層位連通的目的。

封隔器試驗(yàn)過(guò)程如下:

1)將封隔器安裝于試驗(yàn)臺(tái)上,連接好液壓管線(xiàn),開(kāi)始加壓;

2)壓力升至11 MPa,銷(xiāo)釘剪斷,封隔器膠筒受液壓缸擠壓,外徑開(kāi)始增大;

3)壓力一直維持在4～5 MPa(約15 min),隨著液壓缸不斷向前移動(dòng),膠筒受擠壓,外徑逐漸增大;

4)膠筒外徑達(dá)到最大后,液壓缸不再運(yùn)動(dòng),壓力一直上升,此時(shí)泄壓,鎖緊裝置鎖緊,以防止液壓缸回退,膠筒處于最大外徑位置,保持不變,膨脹試驗(yàn)結(jié)束。

5)將φ139.7 mm管外封隔器置于φ244.5 mm套管(模擬井筒)內(nèi),加壓坐封后,從環(huán)空加壓檢測(cè)其承壓能力。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 封隔器膠筒膨脹前后的外徑

表2 管外封隔器承壓能力試驗(yàn)

從表1和表2可看出:壓縮式管外封隔器膨脹后的外徑保持在290 mm左右,完全可以壓實(shí)井壁,防止膠筒與井壁間形成微小間隙;膨脹后環(huán)空加壓20 MPa,未出現(xiàn)液體泄漏現(xiàn)象,充分表明壓縮式管外封隔器能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。

與常規(guī)封隔器相比,壓縮式管外封隔器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,采用多段封隔方式密封效果好,實(shí)心膠筒硬度高、承壓能力強(qiáng),是分段完井作業(yè)的高效工具。

2 分段完井工藝

2.1 工藝介紹

分段完井工藝過(guò)程主要包括分段完井工具下入過(guò)程及內(nèi)管工具脹封過(guò)程兩個(gè)階段。分段完井工具要安全順利地下至指定位置,以保證封隔層段準(zhǔn)確,為封隔器膨脹坐封奠定基礎(chǔ)。內(nèi)管工具完成封隔器膨脹坐封,以達(dá)到分段完井的目的。

其具體過(guò)程為:

1)根據(jù)電測(cè)數(shù)據(jù),準(zhǔn)確定位異質(zhì)層,據(jù)此設(shè)計(jì)下入外管串組合;

2)管串下至設(shè)計(jì)井深后,加壓坐封管外封隔器;

3)繼續(xù)憋壓打開(kāi)壓差式分級(jí)箍,將環(huán)空泥砂循環(huán)干凈后,進(jìn)行注水泥作業(yè);

4)水泥漿頂替完后,繼續(xù)加壓關(guān)閉分級(jí)箍,候凝;

5)下入通井刮管工具清理管柱內(nèi)殘留物;

6)根據(jù)坐封內(nèi)管封隔器位置,準(zhǔn)備坐封內(nèi)管工具組合;

7)下到位后,密封插頭插入清洗閥,反洗泥餅;

8)酸洗結(jié)束,正向加壓坐封內(nèi)管封隔器、打開(kāi)限壓閥,從下至上依次坐封內(nèi)管封隔器;

9)繼續(xù)加壓憋通球座,起出內(nèi)管工具,完成分段完井作業(yè)。

圖1為水平井分段完井工藝示意圖。

圖1 水平井分段完井工藝示意

2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1)采用實(shí)體壓縮式管外封隔器,壓縮后外徑大,橡膠實(shí)體嵌入地層,承壓能力強(qiáng),能保證分段質(zhì)量;

2)分段內(nèi)管封隔器內(nèi)徑比套管內(nèi)徑小10 mm,過(guò)盲板位置不易刮壞,并可以實(shí)現(xiàn)雙向重復(fù)坐封,保壓效果穩(wěn)定;

3)內(nèi)管柱還可實(shí)現(xiàn)一趟鉆完成坐封管外封隔器和酸洗作業(yè),能縮短作業(yè)時(shí)間和降低作業(yè)成本。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

勝利、大港等油田先后在10多口水平井完井中采用了分段完井工藝技術(shù),大幅延長(zhǎng)了油井無(wú)水或低含水采油期,提高了油井采收率和油藏開(kāi)發(fā)效果,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

以河口采油廠(chǎng)某區(qū)塊平13井為例,該井井深1 638.0 m,造斜點(diǎn)位于井深1 010.9 m處。結(jié)合該井地質(zhì)特征及后期需采取增產(chǎn)措施的要求,該井采用水平段分段完井工藝技術(shù)進(jìn)行完井。該井設(shè)計(jì)在井深1 500.0 m位置下入實(shí)體壓縮式管外封隔器,將水平段篩管分為兩段。

該井實(shí)施篩管頂部注水泥之后,按設(shè)計(jì)要求下入內(nèi)管串。利用水泥車(chē)加壓至8 MPa,打開(kāi)限壓閥,繼續(xù)加壓至10 MPa坐封內(nèi)管封隔器,繼續(xù)加壓至12 MPa,穩(wěn)壓5 min,坐封壓縮式管外封隔器,最后加壓至25 MPa,憋通球座,該井分段完井施工結(jié)束。

河口采油廠(chǎng)還在該區(qū)塊的平21井和平18井采用了分段完井工藝,投產(chǎn)后都取得了良好的效果(見(jiàn)表3)。采用分段完井工藝技術(shù)的油井投產(chǎn)初期,含水量極低,但受到鄰井注水影響,含水量逐步增加,但其采收率高于鄰井,應(yīng)用效果較為明顯。

表3 河口采油廠(chǎng)某區(qū)塊分段完井情況統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

1)水平井分段完井工具主要由內(nèi)、外兩套管柱組成,外管柱可實(shí)現(xiàn)層間隔離,內(nèi)管柱實(shí)現(xiàn)坐封管外封隔器,工藝上切實(shí)可行。

2)設(shè)計(jì)的實(shí)體壓縮式管外封隔器具有膨脹后外徑大、密封效果優(yōu)良、承壓能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),完全滿(mǎn)足分段施工作業(yè)要求。

3)應(yīng)用分段完井技術(shù)成功解決了水平井底水錐進(jìn)等諸多難題,大幅度提高了開(kāi)發(fā)效益。

[1] 萬(wàn)仁溥.現(xiàn)代完井工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,1996:55-56.

[2] 王增林,張全勝.勝利油田水平井完井及采油配套技術(shù)[J].油氣地質(zhì)與采收率,2008,15(6):1-5.

[審稿 楊憲民]

Laboratory Tests and Field Applications of Horizontal Segregated Completion Tools

Wei Xinfang Xu Xin Yu Jinling Feng Dejie Zou Xiaomin
(Drilling Technology Research Institute,S hengli Petroleum A dministration,S INO PEC,Dongying,S handong,257017,China)

Segregated completion technology which can realize zonal production and interzonal isolation is the development direction of horizontal well completion.The segregated well tools are composed of inner and outer strings.The outer string is for zonal isolation while inner string is to expand external casing packer(ECP).Laboratory test results indicate that ECPs can meet requirement of field application after expansion in OD,sealing effect,bearing pressure,etc.In-situ applications indicate that horizontal wells completed with this tool can realize oil production separately and isolate various formations,prolong recovery period without water or with low water cut,and thus improve oil recovery.

horizontal well;completion tools;screen liner completion;external casing packer;Ping 13 Well

book=2010,ebook=129

TE925+.3

B

1001-0890(2010)02-0055-03

2009-08-13;改回日期:2010-01-18

國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“低滲油氣田完井關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號(hào):2008ZX05022-006)部分研究成果

魏新芳(1981—),男,山東東營(yíng)人,2004年畢業(yè)于西安石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè),2007年獲中國(guó)石油大學(xué)(華東)機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位,工程師,主要從事鉆井完井工具及施工工藝的研究工作。

聯(lián)系方式:13561053246,bruceway@163.com