新型裸眼礫石充填工具在海上邊際油田的應(yīng)用

傅文偉,張吉江,王明沖

(1.中海石油能源發(fā)展有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)公司,天津 300452;2.塔里木油田公司,新疆庫(kù)爾勒 841000)

新型裸眼礫石充填工具在海上邊際油田的應(yīng)用

傅文偉1,張吉江1,王明沖2

(1.中海石油能源發(fā)展有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)公司,天津 300452;2.塔里木油田公司,新疆庫(kù)爾勒 841000)

為了滿(mǎn)足海上邊際油田的開(kāi)發(fā)需要,開(kāi)發(fā)了水平井裸眼礫石充填防砂完井技術(shù)。新型防砂管柱配合井下壓力控制工具,既能滿(mǎn)足裸眼礫石充填作業(yè)的需要,又能實(shí)現(xiàn)充填后不動(dòng)管柱破膠作業(yè)。該技術(shù)已在海上某小型邊際油田成功應(yīng)用。

海上邊際油田;裸眼完井;礫石充填;工具;井下壓力控制

Abstract:Horizontal well open-hole gravel packing was recommended for satisfying the development demand of offshore marginal field.The requirements of open-hole gravel packing were realized by applying new model gravelpacking tools and down hole pressure control tools,and the acid treatment could be performed at post pack in a single trip.The successful case histories indicated the reliability and applicability of those gravel pack and pressure control tools.

Key words:offshore marginal field;open hole completion;gravelpack;tool;down hole pressure control

海上邊際小型油田的開(kāi)發(fā)受油藏規(guī)模及開(kāi)發(fā)效益等限制,通常采取少井高產(chǎn)的開(kāi)發(fā)模式,并要求盡可能延長(zhǎng)修井周期,降低作業(yè)費(fèi)用。在井型選擇上常利用水平井以增大油藏接觸面積,提高單井產(chǎn)量。礫石充填完井技術(shù)是目前應(yīng)用廣泛的針對(duì)弱膠結(jié)易出砂地層的一種完井方式。水平井裸眼礫石充填完井一方面可以有效保持井眼穩(wěn)定性,同時(shí)還能取得明顯的防砂效果。因此,應(yīng)用裸眼礫石充填防砂完井的水平井能同時(shí)滿(mǎn)足防砂及邊際油田的開(kāi)發(fā)需要,在邊際油田開(kāi)發(fā)中越來(lái)越受重視。

經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外多年的研究,水平井裸眼礫石充填完井技術(shù)已經(jīng)非常成熟,應(yīng)用范圍不斷拓寬。充填技術(shù)已形成了井下壓力控制、層間隔離充填、帶流量控制工具礫石充填以及充填后不動(dòng)管柱進(jìn)行增產(chǎn)作業(yè)等工藝,以滿(mǎn)足油藏開(kāi)發(fā)和井況需要[1-6]。

在渤海灣某海上小型邊際油田的開(kāi)發(fā)中,引進(jìn)了該項(xiàng)先進(jìn)的防砂技術(shù)。結(jié)合油層保護(hù)技術(shù)、新型礫石充填工具及井底壓力控制技術(shù),已經(jīng)在多個(gè)區(qū)塊多個(gè)油組成功應(yīng)用,滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和油藏開(kāi)發(fā)的要求,取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)也為同類(lèi)區(qū)塊的開(kāi)發(fā)提供了較好的借鑒。

1 礫石充填過(guò)程概述

礫石充填是在油氣井 (裸眼)中下入防砂工具及篩管,用地面防砂設(shè)備將一定濃度的砂漿經(jīng)工作管柱泵人井內(nèi),經(jīng)防砂轉(zhuǎn)換工具進(jìn)入篩管 -裸眼環(huán)空,礫石就在此環(huán)空里沉積下來(lái)形成人工擋砂屏障,防砂篩管則擋住礫石進(jìn)入生產(chǎn)。充填中的一部分?jǐn)y砂液漏失進(jìn)入地層,其余的經(jīng)環(huán)空返至地面。

當(dāng)使用低粘度的鹽水作為攜砂液時(shí),水平井裸眼段內(nèi)礫石沉降充填的過(guò)程一般包括前、后 2個(gè)階段,分別用α和β波表示。選用合適尺寸的篩管和沖管時(shí),砂漿進(jìn)入水平段后由于過(guò)流面積增大、流速降低,部分礫石在篩管-井眼環(huán)空底部沉積,并形成高度穩(wěn)定的砂丘,礫石在砂丘前緣持續(xù)沉積,砂堤前緣不斷向井底推進(jìn),這個(gè)過(guò)程用α波來(lái)描述。當(dāng)砂丘前緣到達(dá)篩管底部后,開(kāi)始反向充填砂丘面與井眼之間的剩余部分,直至充填至篩管頂部,反向充填過(guò)程用β波描述。充填過(guò)程如圖1。

圖1 低粘度鹽水?dāng)y砂、高井斜井眼礫石充填過(guò)程

2 礫石充填技術(shù)及工具實(shí)現(xiàn)

受地層狀況、井眼長(zhǎng)度和井下工具等多種因素的影響,水平井裸眼礫石充填存在著極大的風(fēng)險(xiǎn)性,甚至在有些極端情況下利用常規(guī)作業(yè)方法無(wú)法成功充填,這正是該項(xiàng)作業(yè)技術(shù)的難點(diǎn)。水平井裸眼礫石充填技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)施有 2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

a) 充填過(guò)程中的井壁穩(wěn)定和漏失控制完整穩(wěn)固的濾餅既能保持裸眼井壁穩(wěn)定,又能避免作業(yè)時(shí)過(guò)量的流體漏失。這一般要求設(shè)計(jì)合理的鉆井液和完井液體系,并始終保持 2.1～3.4 MPa(300～500 psi)水力靜壓差或循環(huán)壓力,同時(shí)要求在所有活動(dòng)管柱時(shí)避免抽吸效應(yīng)[3],可以通過(guò)調(diào)整完井液密度以及相應(yīng)井下工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。新型充填工具總成可以實(shí)現(xiàn)活動(dòng)管柱時(shí)保持水力靜壓差,同時(shí)也可以防止抽吸效應(yīng),滿(mǎn)足保持濾餅完整性的要求[3-4]。該充填總成主要由頂部封隔器、充填總成、載荷指示以及相應(yīng)坐封工具、充填轉(zhuǎn)換工具、防抽吸工具、移位工具以及載荷顯示定位工具等服務(wù)工具組成,如圖2所示。

b) 合理的泵注設(shè)計(jì)和充填排量要求,尤其是有效的井底壓力合理控制地面泵注的設(shè)計(jì),包括攜砂液、混砂比、地面泵注排量等相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)。為保證充填質(zhì)量,一方面要求足夠的泵注排量避免礫石在管柱內(nèi)堆積,同時(shí)需要有足夠的返出將礫石攜帶至井底,另外也要求井底壓力不能超過(guò)地層破裂壓力。因?yàn)橐坏毫训貙?將瞬時(shí)增大漏失,極易形成砂堵并導(dǎo)致提前脫砂。因此,存在一個(gè)泵注排量的操作窗口,在此窗口范圍內(nèi)選擇合適的排量。但當(dāng)某些極端情況下,例如極低破裂壓力或者較長(zhǎng)水平段長(zhǎng)度,使得這一操作窗口并不存在,這就需要在充填過(guò)程中利用合適控制技術(shù)和井下工具進(jìn)行有效的井底壓力控制。

井底壓力控制工具主要有一種壓差轉(zhuǎn)向閥。該閥由壓差激動(dòng)開(kāi)啟,自動(dòng)改變返出流路,減少返出摩阻,從而降低井底壓力。通過(guò)有效的壓差設(shè)計(jì)和合理的布置位置,可以有效控制井底壓力,并始終保持在地層破裂壓力之下[5]。配合井底壓力控制工具,可以進(jìn)行常規(guī)方法所不能實(shí)現(xiàn)的充填。文獻(xiàn)[4]指出,通過(guò)合適的充填工具和過(guò)程控制,水平段長(zhǎng)度超過(guò) 2 438 m(8 000英尺)的水平井已經(jīng)成功充填。

由于油藏需要,在充填后要進(jìn)行破膠作業(yè)。一般需要取出服務(wù)工具后重新下入破膠管柱。新型充填工具通過(guò)旁通轉(zhuǎn)換,人為改變轉(zhuǎn)換通路,可以實(shí)現(xiàn)充填后不動(dòng)管柱進(jìn)行破膠作業(yè)[4],可以節(jié)省可觀的作業(yè)時(shí)間和費(fèi)用。新型充填工具作業(yè)示意如圖3所示。

圖2 礫石充填系統(tǒng)工具總成

圖3 新型充填轉(zhuǎn)換工具工藝示意

3 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)步驟

a) 刮管洗井,清洗管柱至返出濁度達(dá)到規(guī)定要求。

b) 替漿,正替無(wú)固相鹽水至合適深度。

c) 下防砂管柱至設(shè)計(jì)深度,連接地面設(shè)備管線并試壓合格。

d) 坐封封隔器,服務(wù)工具脫手。

e) 確定服務(wù)工具擠注、循環(huán)和反循環(huán)位置,并驗(yàn)封頂部封隔器。

f) 在循環(huán)位置進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。

g) 礫石充填作業(yè),直至出現(xiàn)脫砂壓力停泵。

h) 上提管柱至反循環(huán)位置,循環(huán)出管柱內(nèi)多余的礫石。

i) 繼續(xù)上提管柱至合適位置,替破膠劑破膠,觀察漏失。

j) 起出服務(wù)工具,下入生產(chǎn)管柱。

4 應(yīng)用實(shí)例

渤海某邊際油田 XX區(qū)塊的一口 φ215.9 mm(81/2英寸)水平井,井深 2 971 m,垂深 1 693 m,水平段長(zhǎng)度 422.69 m,最大井斜 91°。設(shè)計(jì)下入外徑φ139.7 mm(5.5英寸)的優(yōu)質(zhì)篩管,采用 20/40目人工陶粒,利用密度 1.08 kg/dm3的 KCl鹽水作為攜砂液進(jìn)行礫石充填完井?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)地面泵注排量0.97 m3/min(6.1 bpm),混砂比 59.92 kg/m3(0.5 ppa)。經(jīng)理論計(jì)算,該排量下的最終地面壓力為10.34 MPa(1 500 psi),而地層破裂壓力為 6.90 MPa(1 000 psi)。作業(yè)中采用了壓差轉(zhuǎn)向閥技術(shù)進(jìn)行井底壓力控制。在充填過(guò)程中,該轉(zhuǎn)向閥經(jīng)壓差激動(dòng)開(kāi)啟,有效降低了地面充填壓力。從作業(yè)實(shí)施曲線 (圖4)上看,礫石充填的前后 2個(gè)階段非常明顯,并且地面充填壓力始終控制在破裂壓力之下。充填質(zhì)量評(píng)價(jià)顯示,該水平井計(jì)算充填砂量 14 229 kg(31 369 lbs),實(shí)際充填砂量 14 205 kg(31 316 lbs),充填效率為 100%。

圖4 礫石充填作業(yè)實(shí)施曲線

反循環(huán)管柱內(nèi)多余的陶粒后,上提管柱并實(shí)現(xiàn)旁通轉(zhuǎn)換然后正替破膠劑進(jìn)行破膠作業(yè)。相比較常規(guī)的先取出服務(wù)工具再下破膠管柱程序,節(jié)省作業(yè)時(shí)間 12 h。

5 結(jié)論

1) 水平井裸眼礫石充填完井技術(shù)能滿(mǎn)足邊際油田的開(kāi)發(fā)需要。

2) 保持濾餅完整性及井底壓力控制是進(jìn)行裸眼礫石充填的關(guān)鍵。

3) 始終保持水力靜壓差的新型充填工具既實(shí)現(xiàn)保持濾餅完整性,又實(shí)現(xiàn)了充填后不動(dòng)管柱進(jìn)行破膠作業(yè)。

4) 現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用證明了該新型充填工具及井底壓力控制工具的適用性和可靠性。

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Field Application of New Model Gravel Pack Tool for Horizontal Well Completion

FU Wen-wei1,ZHANG Ji-jiang1,WANG Ming-chong2
(1.Supervision&Technology Co.,CNOOC Energy Technology&Services Co.,Ltd.,Tianjin300452,China;2.PetroChina Tarim Oilfield Com pany,Korla841000,China)

TE953

B

1001-3482(2010)05-0046-04

2009-10-15

傅文偉 (1981-),男,江西人,2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專(zhuān)業(yè),目前從事完井監(jiān)督工作。