油砂開發(fā)生產(chǎn)井完井管柱設(shè)計優(yōu)化與應(yīng)用

潘 豪，曹硯鋒，張 磊，朱 磊，劉宇沛

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，北京 100028)①

隨著常規(guī)油氣的勘探開發(fā)難度不斷增加，世界各國均加大了非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)力度。油砂作為油氣資源的主要組成部分，已在加拿大、中國等許多國家和地區(qū)得到商業(yè)開發(fā)。SAGD技術(shù)(Steam Assisted Gravity Drainage，蒸汽輔助重力泄油技術(shù))是目前油砂經(jīng)濟開發(fā)的主要方式。但是，在國際油價持續(xù)低位徘徊的背景下，隨著油砂開發(fā)深入，如何進(jìn)一步提高油砂開發(fā)效益，降低開發(fā)成本，研究低成本鉆完井技術(shù)，成為當(dāng)前急需研究的重要內(nèi)容。

目前，根據(jù)SAGD工藝要求，常規(guī)經(jīng)驗做法是將生產(chǎn)井在進(jìn)入生產(chǎn)階段之前，需要進(jìn)行循環(huán)預(yù)熱，而循環(huán)預(yù)熱和生產(chǎn)這兩個階段需要不同的完井管柱。該種做法的缺點是：

1) 生產(chǎn)井完井工序復(fù)雜，作業(yè)時間長。下入循環(huán)管柱、取出循環(huán)管柱、下入生產(chǎn)管柱3次作業(yè)，其占鉆機作業(yè)工期合計約為5.7 d，占單井的完井總工期的79%。

2) 生產(chǎn)井完井費用高，占完井總費用的73%。

因此，亟待通過生產(chǎn)井完井管柱優(yōu)化，實現(xiàn)循環(huán)、生產(chǎn)管柱一體化，以提高作業(yè)效率，降低完井工程成本，提高開發(fā)效果[1-2]。

1 SGAD生產(chǎn)井常規(guī)完井管柱

以油砂A區(qū)塊為例，在循環(huán)預(yù)熱階段，生產(chǎn)井先下入平行的雙油管，蒸汽通過88.9 mm(3英寸)跟端油管進(jìn)入儲層段。同時，蒸汽通過88.9 mm(3英寸)趾端油管返回至井口，進(jìn)而實現(xiàn)對地層的預(yù)熱。經(jīng)過長時間注熱，當(dāng)達(dá)到生產(chǎn)條件時，需先取出井筒內(nèi)所有循環(huán)預(yù)熱階段管柱，再下入另一對平行雙油管(88.9 mm(3英寸)電泵生產(chǎn)油管+52.39 mm(2英寸)導(dǎo)向測溫油管)方可能進(jìn)入生產(chǎn)階段。SAGD典型生產(chǎn)井循環(huán)階段和生產(chǎn)階段的完井管柱如圖1～2所示。

圖1 循環(huán)階段常規(guī)生產(chǎn)管柱

2 SGAD生產(chǎn)井新型管柱

2.1 管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過對SGAD井生產(chǎn)管柱的分析，本文考慮多種井下通道轉(zhuǎn)換工具，最終確定3種生產(chǎn)井管柱結(jié)構(gòu)形式(如圖3～8)，即，滑套、Y接頭和轉(zhuǎn)換接頭共3種方案替代原SGAD生產(chǎn)井循環(huán)與生產(chǎn)階段的完井管柱方案[3-7]。

圖2 生產(chǎn)階段常規(guī)生產(chǎn)管柱

圖3 循環(huán)階段滑套方案完井管柱

圖4 生產(chǎn)階段滑套方案完井管柱

圖5 循環(huán)階段Y接頭方案完井管柱

圖6 生產(chǎn)階段Y接頭方案完井管柱

圖7 循環(huán)階段轉(zhuǎn)換接頭方案完井管柱

圖8 生產(chǎn)階段轉(zhuǎn)換接頭方案完井管柱

2.1.1 滑套方案

1) 完井管柱設(shè)計。設(shè)計88.9 mm(3英寸)電泵生產(chǎn)油管和88.9 mm(3英寸)測量導(dǎo)管2種平行油管柱，通過2種管柱上的滑套開關(guān)實現(xiàn)通道的轉(zhuǎn)換，從而完成循環(huán)注汽和生產(chǎn)的功能。考慮到循環(huán)階段高溫蒸汽的可能侵害和井下多重管柱的尺寸限制，根據(jù)本區(qū)塊生產(chǎn)數(shù)據(jù)，優(yōu)選小尺寸耐高溫泵，并設(shè)計防止高溫蒸汽穿過電泵的結(jié)構(gòu)[8-11]。

2) 循環(huán)階段作業(yè)流程。首先關(guān)閉導(dǎo)管滑套，在電泵管柱中下入堵塞器后打開生產(chǎn)滑套，從而實現(xiàn)蒸汽從導(dǎo)管的趾端注入。其次，蒸汽從電泵管柱的滑套進(jìn)入并返回到井口，并利用滑套下方的堵塞器防止返回蒸汽從電泵溢出。循環(huán)期間，不下入測溫管線，甲烷氣注入油套環(huán)空測壓。

3) 生產(chǎn)階段作業(yè)流程。首先，打開導(dǎo)管滑套進(jìn)行測壓，并在導(dǎo)管中下入測溫管線。其次，取出電泵管柱的堵塞器并關(guān)閉生產(chǎn)滑套，從而實現(xiàn)電泵管柱生產(chǎn)。

2.1.2 Y接頭方案

1) 完井管柱設(shè)計。Y接頭上部為139.7 mm(5英寸)隔熱油管，下部為88.9 mm(3英寸)普通油管。同樣需采用小尺寸電泵。Y接頭處的隔離滑套可在循環(huán)階段關(guān)閉，防止蒸汽進(jìn)入電泵。

2) 循環(huán)階段作業(yè)流程。下入隔離滑套防止注入蒸汽進(jìn)入電泵，蒸汽從油管主通道注入到地層，部分蒸汽從環(huán)空返回到地面。這期間不下入測溫管線，甲烷氣從油管外綁定的氣泡管注入到井下進(jìn)行測壓。

3) 生產(chǎn)階段作業(yè)流程。取出隔離滑套，讓電泵油管暢通，關(guān)閉旁通油管。原油從旁通油管和割縫管環(huán)空之間流入電泵進(jìn)行生產(chǎn)。下入帶測溫管線的連續(xù)油管和連續(xù)油管測井用的堵塞器進(jìn)行井下溫度監(jiān)測[12]。

2.1.3 轉(zhuǎn)換接頭方案

1) 完井管柱設(shè)計。外層管柱為168.28 mm(6英寸)套管+轉(zhuǎn)換接頭+114.3 mm(4英寸)油管(內(nèi)含1.6英寸油管)。內(nèi)部管柱為88.9 mm(3英寸)帶電泵生產(chǎn)油管，測溫管線由環(huán)空從轉(zhuǎn)換接頭進(jìn)入40.64 mm(1.6英寸)油管內(nèi)。伸到趾部114.3 mm(4英寸)油管,不但便于注汽，而且還有利于均勻生產(chǎn)[13-14]。

2) 循環(huán)階段作業(yè)流程。蒸汽沿著88.9 mm(3英寸)油管和168.28 mm(6英寸)套管之間環(huán)空、114.3 mm(4英寸)油管和40.64 mm(1.6英寸)油管之間環(huán)空進(jìn)入地層，部分蒸汽從114.3 mm(4英寸)油管、168.28 mm(6英寸)套管與井筒間環(huán)空返回地面。

3) 生產(chǎn)階段作業(yè)流程。地層流體從114.3 mm(4英寸)油管和40.64 mm(1.6英寸)油管之間環(huán)空進(jìn)入168.28 mm(6英寸)套管內(nèi)后由電泵送到地面。

2.2 生產(chǎn)效果模擬分析

A區(qū)塊油砂埋深淺，水平生產(chǎn)井和水平注入井深基本在1 500 m以內(nèi)。結(jié)合1口代表井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如表1。利用流動模擬軟件計算不同方案的注汽效果[15]，計算其趾端蒸汽干度和返回出口壓力。3種方案模擬結(jié)果如表2。其中，趾端蒸汽干度越大，地層受熱越多，循環(huán)時間越短，越有利于快速投產(chǎn)。由圖9～11可知，所有方案的蒸汽都能循環(huán)到地面，除轉(zhuǎn)換接頭方案趾端蒸汽干度較低外，其它2個方案的干度均較高。

表1 某一油砂生產(chǎn)井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表2 不同完井管柱方案關(guān)鍵參數(shù)模擬結(jié)果對比

圖9 滑套方案的壓力和干度計算

圖10 Y接頭方案的壓力和干度計算

圖11 轉(zhuǎn)換接頭方案的壓力和干度計算

綜合分析3種生產(chǎn)井管柱優(yōu)化方案優(yōu)勢、劣勢，如表3，從技術(shù)可行性和節(jié)省費用的角度出發(fā)，滑套方案管柱設(shè)計相比于常規(guī)管柱，預(yù)計完井費用可下降約25%，具有所用工具簡單，可靠性高，管柱作業(yè)風(fēng)險小的特點。因此，推薦在A區(qū)塊試用滑套方案，并選擇跟部物性相對差的井，以防止跟趾效應(yīng)造成的生產(chǎn)剖面不均。

表3 不同完井管柱方案優(yōu)劣勢分析

3 應(yīng)用效果

新型完井管柱在A區(qū)塊8P3 INF，8P4 INF，8P5 INF共3口調(diào)整井中開展了試驗應(yīng)用。3口試驗井均采用一趟管柱滑套方案，選擇400系列小尺寸耐高溫泵。為更加精確地測溫和提前預(yù)防subcool值過低，熱電偶測溫管線上測溫點增加為7個。

在這1批調(diào)整井中，將3口井實際占鉆機時間的完井工期與常規(guī)完井生產(chǎn)井完井工期相比(如圖12)可知，常規(guī)管柱設(shè)計的生產(chǎn)井的平均單井完井工期為5.7 d，一趟完井管柱設(shè)計的生產(chǎn)井的平均單井完井工期為2.3 d，比前者降低了4.4 d，降幅為66%。一趟完井管柱設(shè)計生產(chǎn)井的實際單井完井費用相對于常規(guī)完井生產(chǎn)井下降20%。

自投產(chǎn)至今已約1 a時間(2018-07—2019-06)，一趟管柱完井的生產(chǎn)井均正常生產(chǎn)，未出現(xiàn)因完井管柱問題而影響生產(chǎn)作業(yè)的問題。

圖12 新型管柱井和常規(guī)管柱井實際完井工期對比

4 結(jié)論

1) 目前，油砂生產(chǎn)井常用的兩趟完井管柱包括循環(huán)階段管柱和生產(chǎn)階段管柱，完井工序多，工期長，存在優(yōu)化空間。

2) 設(shè)計一趟完井管柱方案，從完井管柱設(shè)計、工作流程和生產(chǎn)效果模擬的角度研究分析了滑套方案、Y接頭方案、轉(zhuǎn)換接頭方案。通過對比各自優(yōu)劣勢，推薦滑套方案。

3) 選擇3口試驗井進(jìn)行試驗，一趟完井管柱方案的平均單井完井工期比常規(guī)二趟完井方案的工期降低66%，單井完井費用下降20%。

4) 自投產(chǎn)至今，一趟管柱完井的生產(chǎn)井保持正常生產(chǎn)，達(dá)到了預(yù)期目的。為油砂資源的高效開發(fā)提供技術(shù)支持。