完井新技術(shù)提高了原油最終采收率

編譯:張松 (吐哈油田公司國際合作處)

審校:趙全國 (吐哈油田公司駐哈薩克斯坦辦事處)

完井新技術(shù)提高了原油最終采收率

編譯:張松 (吐哈油田公司國際合作處)

審校:趙全國 (吐哈油田公司駐哈薩克斯坦辦事處)

為增加與油藏接觸和泄流的面積,水平井技術(shù)提供了鉆常規(guī)油氣井的一些成熟方法,但是,對非均質(zhì)的產(chǎn)液剖面,特別是在高度非均質(zhì)和高度裂縫型的油藏中,會引起過早見水。為達(dá)到均勻的產(chǎn)液剖面,急需一種針對水平井的完井技術(shù)。通過在水平井段使用流入控制裝置 (ICD)的完井方法來提高采油效率。目的在于通過控制含水率上升的速度,進(jìn)而改善油藏的波及效率,最終提高原油的采收率。流入控制裝置系統(tǒng)對未來的開發(fā)、鉆井及修井方案的優(yōu)化十分有益。

完井 流入控制裝置 含水率產(chǎn)液剖面 提高采收率

油氣井壽命的縮短與地層產(chǎn)水直接相關(guān)。當(dāng)?shù)貙铀蚓擦鲃訒r,波及效率會受到影響,必須通過修井和鉆新井來維持油田的產(chǎn)能。改進(jìn)完井方法必然成為油氣田開發(fā)戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

在阿聯(lián)酋,由阿布扎比國家石油公司 (ADCO)運(yùn)營的一個正在生產(chǎn)中的油田,第一次應(yīng)用了一種新型的完井技術(shù)來解決這一難題。該公司在水平井段使用流入控制裝置 (ICD)的完井方法,已在1口新井和1口現(xiàn)有井上進(jìn)行了試驗(yàn),這2口井都位于高裂縫地區(qū)。

1 裂縫帶

在油田開發(fā)的早期階段,人們對油田內(nèi)裂縫的重要性缺乏足夠的認(rèn)識。然而,結(jié)合所有可利用的地震數(shù)據(jù)和采油數(shù)據(jù),最新的裂縫研究表明:在高度非均質(zhì)的基巖系統(tǒng)內(nèi),該油藏含有一套復(fù)雜的裂縫網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在油藏的開發(fā)機(jī)理方面,基巖體系和裂縫體系都發(fā)揮著重要的作用。

這種油藏的特點(diǎn)在于糖粒狀白云巖的存在顯著地提高了基巖的滲透率?；鶐r的滲透率范圍在0.01 mD(1 mD=1.02×10-3μm2) 到12 D(1 D=1.02μm2)之內(nèi),但平均滲透率在100 mD以上。這些裂縫被描述為次地震斷層內(nèi)的裂縫帶體系,或叫做裂縫群,可能橫向延伸至數(shù)百米,有時甚至能延伸至數(shù)千米以上。產(chǎn)油地層是一種復(fù)雜的裂縫性碳酸鹽油藏,其巖性在橫向及縱向上呈現(xiàn)出相當(dāng)大的變化。這個裂縫群區(qū)域,范圍在50～100 m之間,主要有兩個方向:即 N40°E和 N70°E,如圖1所示。由于擴(kuò)散裂縫的特征一點(diǎn)也不顯著,這意味著該油藏在裂縫群區(qū)域之間是一種弱斷裂。

圖1 顯示兩個方向 (N40°E和N70°E)的裂縫圖

2 應(yīng)用實(shí)例

為了獲得經(jīng)濟(jì)的解決辦法,ADCO組建了包括各種學(xué)科的研究小組,對非均質(zhì)產(chǎn)液剖面和地層水穿過水平段的過程進(jìn)行了研究。在裸眼水平井內(nèi),使用生產(chǎn)測井組合儀 (PL T)對地層水侵入點(diǎn)進(jìn)行界定和測量,同時利用基準(zhǔn)西格碼測井法測量,對飽和度進(jìn)行監(jiān)測。

A井位于高裂縫的區(qū)域。生產(chǎn)測井組合儀測量的結(jié)果顯示,一個非均質(zhì)的產(chǎn)液剖面穿過了該井的水平段,并且絕大多數(shù)的產(chǎn)油層段及產(chǎn)水層段都和這些裂縫的研究相符合 (圖2)。當(dāng)該井含水率達(dá)到50%時,在另一個方向上,開始計劃鉆水平井段;但是,在恢復(fù)完井作業(yè)之后,對套管腐蝕測井的結(jié)果顯示,該井套管的腐蝕非常嚴(yán)重。因此,只得放棄該井,同時,重新鉆1口井來取代這口井。

用生產(chǎn)測井組合儀對B井進(jìn)行探測的結(jié)果顯示,從一個厚約40 ft(1 ft=30.48 cm)的薄地層內(nèi)生產(chǎn)出該井全部原油產(chǎn)量的70%,同時還產(chǎn)出了大約80%的水。試驗(yàn)結(jié)果顯示,這一薄層的產(chǎn)油率和出水率都較高,同時還顯示出該井溫度的急劇升高是由于巨裂縫的存在。盡管人們認(rèn)為C井位于一個非常均質(zhì)的地區(qū),但是生產(chǎn)測井組合儀的結(jié)果卻顯示出這口井全部的產(chǎn)液量都來自于該井水平段的前半段,而該井水平段的后半段并沒有產(chǎn)生任何的液體。

研究小組發(fā)現(xiàn),所有的這些井都有一個不均勻的產(chǎn)液剖面。依照這些結(jié)果,為了達(dá)到均勻的產(chǎn)液剖面,急需一種針對水平井的完井技術(shù),目的在于通過控制含水率上升的速度,進(jìn)而改善油藏的波及效率,最終提高原油的采收率。

3 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性評估

研究小組研究了機(jī)械堵水和化學(xué)堵水技術(shù),卻發(fā)現(xiàn)這兩種技術(shù)在高裂縫的油藏內(nèi)效果都很差。一些油氣井服務(wù)公司利用類似的功能性,提出了三種不同的工藝技術(shù),來獲得均勻的產(chǎn)液剖面。研究小組發(fā)現(xiàn)對這種高裂縫的油藏,通過控制低滲透率層段和高滲透率層段之間的流動,建立一種均勻的產(chǎn)液剖面,是一種最合適的選擇。在風(fēng)險評估之后,研究了案例井史并評價了成功率。研究小組認(rèn)為,作為一種先導(dǎo)性的方法,對流入控制裝置系統(tǒng)進(jìn)行測試,是一種最合適的辦法,并在新井D井上進(jìn)行了試驗(yàn)。這口新井鉆在裂縫密集的區(qū)域,尤其是該井水平段的后半段,位于裂縫高度密集的區(qū)域。

通過油藏模擬運(yùn)行來評估這口新井安裝了流入控制裝置系統(tǒng)后的收益。通過運(yùn)行流入控制裝置系統(tǒng),結(jié)果顯示該井的產(chǎn)量增加了140×104bbl(1 bbl=0.159 m3),超過了該井在壽命期內(nèi)所能獲得的產(chǎn)量,優(yōu)于裸眼完井。此外,為了評估在整個油田范圍內(nèi)安裝該系統(tǒng)后的影響,假定將這套系統(tǒng)安裝在油田70%的計劃未來所鉆的井上,這些井預(yù)計都會穿過裂縫帶。試驗(yàn)的結(jié)果顯示,該油田原油開采量能增加大約36×106bbl。模擬運(yùn)行確定了要實(shí)現(xiàn)一種均勻的產(chǎn)液剖面所需要安裝的這種流入控制裝置的數(shù)量。

阿布扎比國家石油公司對產(chǎn)量預(yù)測進(jìn)行了詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)性分析。安裝了流入控制裝置的1口單井與1口采用裸眼完井的單井模型進(jìn)行了對比。增長的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù) (凈現(xiàn)值、單位技術(shù)成本、投資的利潤率)如下:

貼現(xiàn)率為8%時的凈現(xiàn)值:＄190×104

貼現(xiàn)率為8%時的單位技術(shù)成本:＄4.4/bbl

貼現(xiàn)率為8%時的投資利潤率:4.0%

增加的原油產(chǎn)量:140×104bbl

在整個油田的開發(fā)方案中,阿布扎比國家石油公司若將這套流入控制裝置系統(tǒng)安裝在未來計劃要鉆的至少70%的井內(nèi),其經(jīng)濟(jì)核算顯示如下:

貼現(xiàn)率為8%時的凈現(xiàn)值:＄0.439×108

貼現(xiàn)率為8%時的單位技術(shù)成本:＄2.9/bbl

貼現(xiàn)率為8%時的投資利潤率:6.7%

增加的原油產(chǎn)量:0.363×108bbl

4 操作的可行性

為達(dá)到一種均勻的產(chǎn)液剖面和控制水的流動,在采用流入控制裝置完井之前,這個包含了各個學(xué)科的研究小組在D井內(nèi)下入了1套成像測井儀,以確定所需的流入控制裝置和機(jī)械式封隔器的位置和數(shù)量。依據(jù)油藏模型的滲透率剖面,最初的設(shè)計是下入10套流入控制裝置和9套隔離封隔器,如果有必要,可以選擇減少下入的數(shù)量。

隔離封隔器的作用是不需要注水泥塞就可以對井筒進(jìn)行隔離,并進(jìn)一步提高均勻的產(chǎn)液剖面。與其選擇膨脹式封隔器,還不如選擇隔離封隔器,主要是因?yàn)橥ň?guī)的變差在碳酸鹽油藏內(nèi)超過了這些膨脹式封隔器的膨脹范圍,因而對井筒的密封無益。

為確保正確實(shí)施,研究小組對試驗(yàn)過程和風(fēng)險降低都進(jìn)行了討論,并依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來滿足安全預(yù)案要求。

5 實(shí)施和評估

D井完鉆后進(jìn)行了完井作業(yè),作為1口單分支的生產(chǎn)井,該井的水平段長度為2000 ft。在該井的水平段總共安裝了11套流入控制裝置和11套有專利權(quán)的隔離分隔器,目的在于沿該井水平段獲得一種均勻的產(chǎn)液剖面,同時減少地層的出水量。該井采用3?2in(1 in=25.4 mm)的單層完井管柱完井,配備有1臺電潛泵和 Y型工具。將這口井連接完畢,進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)后,最初的測試結(jié)果顯示,該井每天生產(chǎn)無水原油大約211 bbl。通過生產(chǎn)測井組合儀測量,在穿過水平段時,實(shí)現(xiàn)了一種均勻的產(chǎn)液剖面,從而證實(shí)了這種技術(shù)的可靠性(圖 3)。

圖3 生產(chǎn)測井組合儀對A井的探測結(jié)果

2007年4月,由于B井井下管柱發(fā)生短路,1臺運(yùn)轉(zhuǎn)了9年之久的電潛泵失效。2007年5月,對這口井進(jìn)行修井作業(yè),并更換了電潛泵。為了確定需要安裝的流入控制裝置和隔離封隔器的最佳數(shù)量,對該井進(jìn)行了模擬運(yùn)行。根據(jù)獲取的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),為獲得一種較好的產(chǎn)液剖面,研究小組推薦該井安裝11套流入控制裝置和5套隔離封隔器。將一切連接好后,該井的日產(chǎn)量大約是2500 bbl。同時,還對含水率進(jìn)行了追蹤,并將含水率做了對比,該井修井前的含水率大約為7%。假設(shè)在較高的采油速度情況下,使用生產(chǎn)測井組合儀在兩種不同的采油速度 (2000 bbl/d和3000 bbl/d)下進(jìn)行測試,評價流入控制裝置對該井產(chǎn)量的影響。生產(chǎn)測井組合儀解釋結(jié)果 (圖4)顯示,和2002年所采取的裸眼完井法進(jìn)行對比,在使用流入控制裝置 (ICD)進(jìn)行完井后,一種均勻的產(chǎn)液剖面穿過了該井的水平井段。從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來講,這2口井 (B井和D井)都相當(dāng)成功,下一步將在計劃要開采的所有石油儲量內(nèi)實(shí)施。

圖4 安裝流動控制工具前后,生產(chǎn)測井組合儀對B井探測結(jié)果的對比

6 整個油田的開發(fā)

為保持和開發(fā)穩(wěn)定的生產(chǎn)能力,考慮到油田處于較長期的開采狀態(tài),在油田范圍內(nèi)實(shí)施的計劃是由最終的采收率達(dá)到最優(yōu)所決定的。作為提高采油效率的一部分,一種包含了最優(yōu)開發(fā)方案的綜合技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性的油田開發(fā)規(guī)劃,已考慮使用流入控制裝置。依照波及效率和補(bǔ)充的鉆井方案,研究人員對各種開發(fā)方案的選擇以及流入控制裝置系統(tǒng)的影響進(jìn)行了研究。

通過優(yōu)化最終的采收率,流入控制裝置系統(tǒng)改善了油田的經(jīng)濟(jì)狀況,同時該系統(tǒng)還對未來的開發(fā)、鉆井及修井方案優(yōu)化有益。該項(xiàng)技術(shù)在阿聯(lián)酋是第一次應(yīng)用。阿布扎比國家石油公司和貝克(Baker)石油工具公司預(yù)計,在流入控制裝置系統(tǒng)安裝到大約35口井后,估計油田最終的原油產(chǎn)量將增加36×106bbl。

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.2.002

資料來源于美國《World Oil》2008年6月

2008-12-09)