陀螺精確制導(dǎo)水力超深穿透射孔的應(yīng)用

吳 剛 杜 晶 冷洪峰 職玲玲 徐 銳 袁玉英

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司吐哈事業(yè)部解釋中心 新疆鄯善)

(2.中國石油集團(tuán)吐哈油田公司鄯善采油廠 新疆鄯善)

陀螺精確制導(dǎo)水力超深穿透射孔的應(yīng)用

吳 剛1杜 晶1冷洪峰1職玲玲1徐 銳1袁玉英2

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司吐哈事業(yè)部解釋中心 新疆鄯善)

(2.中國石油集團(tuán)吐哈油田公司鄯善采油廠 新疆鄯善)

為了最大限度的提高原油的采收率、有效溝通儲層與井筒、解決火山巖儲層強(qiáng)烈非均質(zhì)性的精確定方位射孔等問題,吐哈油田于2010年引進(jìn)陀螺精確制導(dǎo)下的水力超深穿透射孔技術(shù)并在三塘湖火山巖地層中成功應(yīng)用并取得了一定的效果和經(jīng)驗。文章介紹了陀螺精確制導(dǎo)水力超深穿透射孔的原理、操作流程、單井實例,分析了該技術(shù)在吐哈油田的應(yīng)用前景。

陀螺;水力超深穿透射孔;精確制導(dǎo);火山巖油藏;非均質(zhì)性

0 引 言

為了最大限度的提高原油的采收率、有效溝通儲層與井筒、釋放油氣層潛能、達(dá)到射孔解堵雙重作用、克服壓實污染、增大孔容,有效提高近井滲流面積、增加油井的產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、解決火山巖等非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲層的精確定方位射孔等問題,吐哈油田于2010年引進(jìn)國際先進(jìn)的陀螺精確制導(dǎo)下的水力超深穿透射孔技術(shù)并在三塘湖火山巖地層中成功應(yīng)用并取得了一定的效果和經(jīng)驗。

1 GYRO-43型陀螺測斜儀的原理及特點(diǎn)

1.1 陀螺原理

GYRO-43型陀螺測斜儀是以地球的自轉(zhuǎn)角速度方向和重力為參考,應(yīng)用速率陀螺和加速度計構(gòu)成捷聯(lián)式數(shù)學(xué)平臺進(jìn)行定向參數(shù)的測量,是一種具有自動尋北功能的先進(jìn)慣導(dǎo)級陀螺測量儀,該儀器可以在套管內(nèi)測得定向鉆井所需的工具面角。選取兩個坐標(biāo)系如圖1所示∶地球坐標(biāo)系(北西天)XYZ和探管坐標(biāo)系xyz。最初兩坐標(biāo)系各相應(yīng)軸彼此重合。首先XYZ系繞OZ軸負(fù)向轉(zhuǎn)一方位角Z,得到X1Y1Z1系。其次X1Y1Z1繞Y1的負(fù)向轉(zhuǎn)一傾斜角I得到X2Y2Z2系。最后X2Y2Z2繞Z2的負(fù)向轉(zhuǎn)一工具面角T得到X3Y3Z3系。為書寫的方便令X3Y3Z3系為xyz系。只要測得沿探管坐標(biāo)軸上的地球角速度ωxωy和重力加速度αxαy這四個參數(shù)和給定當(dāng)?shù)氐木暥燃纯汕蟮锰焦艿姆轿弧A斜和工具面角。

圖1 地球坐標(biāo)系與探管坐標(biāo)系的關(guān)系

1.2 CYRO-43陀螺測斜儀器技術(shù)指標(biāo)

測量范圍和精度:井斜DEV:0°～90°誤差:±0.3°;方位DAZ:0°～360°(誤差:當(dāng)井斜DEV＜2°時,數(shù)據(jù)可信;當(dāng)井斜DEV＜6°時,DAZ誤差±4°;當(dāng)井斜DEV＞6°時,DAZ誤差 ±2.5°)工具方位角:0°～360°誤差 ±1.5°。測量方式:定點(diǎn)測量且每點(diǎn)測量時間≤2 min。井下儀器耐溫:150℃。井下儀器耐壓:100 MPa。井下儀器尺寸:外徑:Φ43 mm;長度:3 500 mm。

2 水力超深穿透射孔的原理及特點(diǎn)

2.1 水力超深穿透射孔特點(diǎn)

20世紀(jì)80年代國外開始研究水力深穿透射孔技術(shù),我國于20世紀(jì)90年代初開始該技術(shù)的試驗研究。2010年吐哈油田引進(jìn)水力深穿透射孔技術(shù),其孔深超過100 m,孔徑50 mm,遠(yuǎn)大于以往的水力深穿透工具的穿透深度2 m、孔徑20 mm,達(dá)到國際先井水平。該套設(shè)備采用連續(xù)油管磨銑馬達(dá)驅(qū)動機(jī)械磨銑頭的方式在套管上鉆銑出一直徑50 mm的洞,然后起出連續(xù)油管更換井下馬達(dá),連接高壓軟管和噴嘴以高速高壓射流沖擊巖層,形成一條潔凈的油氣流動通道。理論與實驗研究認(rèn)為:水力深穿透射孔得到的孔眼長而潔凈,可消除鉆井、完井過程中對地層的污染,有利于保護(hù)油氣層。同時噴射的孔道能有效穿透污染帶,消除普通射孔時射孔彈對地層的壓實作用引起的滲透率大幅下降現(xiàn)象,精選合適的射孔方位能增加儲層滲透率和滲流表面積,可大大提高油井產(chǎn)能。水力射孔與壓裂、酸化工藝相結(jié)合,有利于提高作業(yè)效果,可顯著提高完井產(chǎn)能[1～2]。

2.2 水力深穿透射孔系統(tǒng)

水力深穿透射孔系統(tǒng)主要由地面高壓帶罐作業(yè)車、連續(xù)油管滾筒、井口驢頭、井下鉆銑馬達(dá)、噴嘴、高壓噴射軟管等部分組成。系統(tǒng)參數(shù):孔深≥100 m、孔徑50 mm、作業(yè)最大壓力68.9 MPa、作業(yè)最大井深4 000 m、罐容量20 m3、井下儀耐溫150℃、井下儀器外徑尺寸:38.1 mm、適用于139.7 mm～177.8 mm的套管。

3 陀螺精確制導(dǎo)下的水力超深穿透射孔工藝

3.1 選井、射孔方位的原則

選井原則為需要提高產(chǎn)量、致密油氣層、有較高原地應(yīng)力、強(qiáng)列非均質(zhì)性、污染嚴(yán)重、斷層隔斷、薄層開采、定向探邊、邊底水增產(chǎn)等條件的井,且穿孔位置距目前井底至不得小于50 m,施工前應(yīng)經(jīng)過刮井洗井以確保井下工具能夠順利下入設(shè)計深度。射孔方位選擇最大剩余油方向、斷層方向、平行邊底水方向、裂縫發(fā)育方向、最大主應(yīng)力方向[3～4]。

3.2 陀螺精確制導(dǎo)水力超深穿透射孔工藝

作業(yè)前油井壓井保證井口沒有壓力,洗井確保井筒干凈,刮管確保套管沒有變形儀器可以下到設(shè)計深度。用73 mm的油管把導(dǎo)向器下到設(shè)計深度,管柱結(jié)構(gòu)為:導(dǎo)向器+60.3 mm油管導(dǎo)向器短節(jié)(含扶正器)+73 mm變絲接頭+測斜短節(jié)+73 mm油管。采用CCL+GR校深法確定水力噴嘴深度的精確位置。采用陀螺儀精確測量井下導(dǎo)向器的方位,通過不斷轉(zhuǎn)動鉆具和反復(fù)測量工具面角達(dá)到精確制導(dǎo)水力噴射嘴方位的目的。通過連續(xù)油管+磨銑馬達(dá)在導(dǎo)向器對應(yīng)的深度和方向上精確的磨銑開窗出直徑50 mm左右的洞。通過連續(xù)油管+高壓噴射軟管+噴嘴穿過導(dǎo)向器和套管上的洞在地層中所對應(yīng)的深度和方向上精確的噴射出一直徑50 mm,徑深100 m的油氣流通通道。

4 陀螺精確制導(dǎo)水力超深穿透射孔應(yīng)用實例

4.1 應(yīng)用效果

2010年陀螺精確制導(dǎo)水力超深穿射孔作業(yè)在吐哈油田成功施工4井。4口井完成水力噴射作業(yè)19孔,累計水平噴射長度達(dá)1 900 m。作業(yè)完成生產(chǎn)半年后產(chǎn)液量增產(chǎn)效果較好,在較差物性條件下能使產(chǎn)液量增加33%～393%,但是增油效果較差其原因分析可能與地層油藏壓力較低、儲層物性較差、含油性較差、非均質(zhì)性較強(qiáng)等因素有關(guān),如表1。

4.2 單井應(yīng)用實例

牛東X-11井裸眼解釋得知T8號層為砂礫巖、錄井顯示為熒光級、陣列感應(yīng)反映泥漿帶較淺侵入半徑10.16 cm、地層滲透性差、有效孔隙度只有7%、含油性不飽滿、電成像顯示無裂縫,綜合解釋為差油層。P1K(9-10)層為二疊系卡拉崗組火成巖主要為玄武巖、錄井顯示為油跡-熒光級、陣列感應(yīng)反映泥漿侵入帶較深達(dá)5 in(1 in=25.4 mm)、但地層的滲透性較差、電成像顯示裂縫不發(fā)育、有效孔隙度只有8%,綜合解釋PIK 9號層為差油層,PIK 10號層為油層。具體實例如牛東X-11井儲層基本信息見表2,水力超深穿透噴射孔施工數(shù)據(jù)見表3。儲層組合數(shù)據(jù)如圖2所示,井橫向、平面剖面如圖3所示。P1K層系地層傾角13°、地層傾向北西方向約290°(1 500 m～1 510 m)、裂縫復(fù)雜且發(fā)育段集中在基質(zhì)孔隙度低井段、非均質(zhì)性強(qiáng)、裂縫走向以北東-南西向為主、與區(qū)域最大水平地應(yīng)力方向一致。本次陀螺定向水力噴射的目的是向南西向噴射鉆孔并通過斷層上盤噴射射孔,希望能溝通牛東X-101井相應(yīng)的油層如圖4所示。

表1 水力超深穿透射孔措施效果

表2 牛東X-11井基本信息

T8 1468.8 1472.4 3.6 砂礫巖 差油層 52 63 0.16 263 12 7 P1K9 1491.8 1497.8 6.0 玄武巖 差油層 58 67 0.11 235 30 4 P1K10 1502.0 1514.4 12.4 玄武巖 油層 80 46 0.93 240 39 6

表3 水力超深穿透噴射孔施工數(shù)據(jù)

圖2 牛東X-11井測井曲線圖

圖3 牛東X-11井組合圖曲線

2010.10.10陀螺定向水力噴射投產(chǎn)后其產(chǎn)液量由0.82 m3/d增加至4.04 m3/d;但是產(chǎn)油量由0.62降至0.37 m3/d;但含水增加較快由9.1%增加至90.3%,綜合分析這次的陀螺定向水力噴射投產(chǎn)取得一定的經(jīng)驗的效果,但由于地層本身的能量及較強(qiáng)的非均質(zhì)性導(dǎo)致增油控水效果不理想如圖4所示[5、6]。

5 結(jié)論與建議

圖4 牛東X-11井水力噴

通過具有國際先進(jìn)水平的陀螺精確制導(dǎo)水力超深穿透射孔技術(shù)在吐油田火山巖地層中的成功應(yīng)用我們在新射孔工藝操作流程、選井、射孔方位選取、陀螺定向等方面取得一定的經(jīng)驗。運(yùn)用該技術(shù)在吐哈油田三塘湖的火山巖儲層等強(qiáng)列非均質(zhì)性儲層中探邊、溝通裂縫等中動用,該技術(shù)在提高產(chǎn)能、穩(wěn)油控水、突破井底污染、致密砂巖氣層等方面應(yīng)用時能達(dá)到較好的效果。

該項技術(shù)在吐哈油田的勘探新區(qū)柯柯亞的致密砂巖氣藏、硫黃溝煤層氣、沙爾湖煤層氣勘探中有著廣闊的應(yīng)用前景。

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[4] 張繼峰,等.水力深穿透射孔技術(shù)最新發(fā)展及應(yīng)用[J].石油機(jī)械,2002,29(10)

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The application of a Gyro′s pre- cise guidance on the hydraulic power superdeep perforation in TuHa oilfield.

Wu Gang,Du Jing,Leng Hognfeng,Zhi Lingling,Xu Rui and Yuan Yuying.

To improve the oil production to the utmost,to effectively link reservoir with wellbore,and to solve the problem of the accurate orientate perforation of the heterogeneous reservoir,the technology of Gyro′s precise guidance on the hydraulic power perforation was introduced in TuHa oilfield in 2010.This technology is applied successfully in the volcanics reservoir of ShanTang-hu oilfield and it proves to be effective.This article explains the theory,the operation process and an individual well example of the technology and analyses the prospects of the technology in the TuHa oilfield.

Gyro;hydraulic power superdeep perforation;precise guidance;volcanic rock reservoir;anisotropy

TE357

B

1004-9134(2011)04-0052-03

吳 剛,男,1980年生,工程師,2004年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)學(xué)專業(yè)。現(xiàn)在中國石油集團(tuán)測井公司吐哈事業(yè)部解釋中心動態(tài)室從事測井資料的處理與解釋。郵編:838202

2011-03-18編輯高紅霞)

PI,2011,25(4):52～54

·儀器設(shè)備·