單趟循環(huán)下泵完井技術(shù)在加拿大油砂的應(yīng)用

連吉弘，胡偉杰，朱海峰，蔣凱，郭魯(中國海洋石油國際有限公司，北京 100027)

0 引言

加拿大油砂資源極為豐富，占到了原油總產(chǎn)量的46%，目前，油砂開采技術(shù)主要為蒸汽輔助重力泄油技術(shù)(SAGD)，加拿大某區(qū)塊油田已投產(chǎn)15個PAD共121個生產(chǎn)井對，采用雙水平井的井對形式開發(fā)，已投產(chǎn)井單井產(chǎn)量在50～400桶/天。油砂SAGD開發(fā)技術(shù)目前在世界前列，但還面臨一些技術(shù)難題，例如儲層埋深淺、水垂比在6以上、造斜難度大、套管和生產(chǎn)管柱下入難度大、SAGD井完井管柱和工藝復(fù)雜、注入階段轉(zhuǎn)入生產(chǎn)階段需要更換管柱等等。油砂完井工藝的復(fù)雜程度直接影響石油鉆探開發(fā)的效益和安全[1-3]。其中，油砂井大多需要循環(huán)加熱再生產(chǎn)，如果將循環(huán)加熱和生產(chǎn)分步驟進(jìn)行作業(yè)，將導(dǎo)致作業(yè)時長的顯著增加，無法保證作業(yè)安全[4]。在加拿大油砂區(qū)塊，大多數(shù)油藏的粘度高，流通性能較差，往往需要進(jìn)行循環(huán)加熱再生產(chǎn)，常規(guī)的完井設(shè)計方式需要進(jìn)行兩趟下入作業(yè)，明顯的增加了作業(yè)時長和降低了生產(chǎn)效率。

目前，已有學(xué)者研究了SAGD技術(shù)[5]。初步實踐表明，可以通過SAGD技術(shù)優(yōu)化完井工藝，但這項技術(shù)并不能顯著的降低作業(yè)時效和提高作業(yè)安全，本文基于綜合調(diào)研分析，設(shè)計了一項單趟循環(huán)下泵完井技術(shù)，并且通過QFlow軟件進(jìn)行了水力學(xué)模擬試驗，研究了該項技術(shù)對油藏生產(chǎn)的影響，并且在加拿大的24口油砂井進(jìn)行了成果應(yīng)用，為進(jìn)一步優(yōu)化油砂完井工藝設(shè)計提供指導(dǎo)。

1 SPC技術(shù)

1.1 SPC技術(shù)創(chuàng)新

SPC完井技術(shù)是一項只需鉆機(jī)進(jìn)行一趟下入作業(yè)就可以在完井階段進(jìn)行流通和轉(zhuǎn)換，而傳統(tǒng)的完井設(shè)計需要鉆修機(jī)進(jìn)行兩趟作業(yè)。通過SPC完井技術(shù)，減小了電潛泵(ESP)在井筒的尺寸，使電潛泵可以在循環(huán)階段完成安裝，而不是像傳統(tǒng)設(shè)計那樣在SAGD轉(zhuǎn)換階段運行，通過在連接電潛泵的生產(chǎn)管柱上增加連續(xù)油管可開關(guān)的滑套，使循環(huán)過程中蒸汽的回流通過套管。當(dāng)該井準(zhǔn)備轉(zhuǎn)為SAGD階段時，只需將開啟滑套移動到關(guān)閉位置即可完成轉(zhuǎn)換，不需要鉆機(jī)進(jìn)行SAGD轉(zhuǎn)換作業(yè)，并且更重要的一點是SPC完井技術(shù)設(shè)計的油管尺寸和長度完全滿足蒸汽流量進(jìn)行充分的循環(huán)和SAGD階段。

下圖是傳統(tǒng)的完井設(shè)計和SPC完井設(shè)計的關(guān)鍵步驟示意圖，其中圖1是傳統(tǒng)完井設(shè)計在循環(huán)階段作業(yè)示意圖，圖2是傳統(tǒng)完井方式在SAGD階段的作業(yè)情況，圖3是SPC設(shè)計在循環(huán)階段示意圖，圖4是SPC設(shè)計換為SAGD生產(chǎn)模式示意圖。

1.2 SPC技術(shù)設(shè)計

(1)電潛泵系統(tǒng)。選擇的電潛泵(ESP)系統(tǒng)是一臺400系列泵，最高可輸送900 m3/d。400系列電潛泵的最大外徑為127.8 mm，最大工作溫度為220 ℃。

圖1 傳統(tǒng)完井設(shè)計的循環(huán)階段

圖2 傳統(tǒng)完井設(shè)計的SAGD階段

圖3 SPC設(shè)計的循環(huán)階段

圖4 SPC設(shè)計的SAGD階段

(2)完井管柱。有兩根平行管柱，一根在400～600 m處，另一根在1300～1500 m處。短管柱主要由88.9 mm 13.7 kg/m螺紋和耦合油管組成，用于回流(循環(huán))。下入的長管柱由從地面到趾部的88.9 mm沖洗接頭油管組成，用于蒸汽循環(huán)，并作為儀表線圈管柱的導(dǎo)管。88.9 mm的平接油管是最大的管柱，它可以與244.5 mm套管內(nèi)的400系列泵并行運行，因此可以為管柱的蒸汽注入提供最小的摩擦壓降。

(3)井口頭和采油樹系統(tǒng)。在井口平行懸掛兩根管柱，一根是ESP生產(chǎn)管柱，另一根是注入管柱。在井口，兩根管柱都有73 mm的連接，但是在井口下方，管柱被連接到88.9 mm的連接。該系統(tǒng)可以將電潛泵(ESP)從安裝在趾柱內(nèi)的連續(xù)油管儀器中獨立回收。在343 ℃的條件下，整個井口系統(tǒng)的額定壓力為9859 kPa。井口下部懸掛器的井徑為146.1 mm，可以讓400系列ESP系統(tǒng)通過。

(4)水力模型。通過Q-flow軟件對井眼進(jìn)行兩組模擬，將最理想的井眼軌跡和最不理想的井眼軌跡考慮在內(nèi)，將傳統(tǒng)的完井方式的循環(huán)參數(shù)應(yīng)用到這個SPC完井方式進(jìn)行模擬，兩種模擬均用3-1/2管串。

2 SPC技術(shù)和DSAGD技術(shù)對比

在加拿大的油砂開采中，并沒有更多其他公司采用這種方式進(jìn)行創(chuàng)新。最具競爭力的技術(shù)是某公司團(tuán)隊完成的DSAGD技術(shù)。中海油SPC設(shè)計在成本上更具競爭力，在運營上也更成功[6-8]。例如，某公司有一組DSAGD井，在開始使用蒸汽后的六個月內(nèi)，所有的電潛泵都必須更換，因為在DSAGD完井設(shè)計中，蒸汽循環(huán)要經(jīng)過電潛泵，而SPC設(shè)計中沒有這樣做。SPC完井技術(shù)在循環(huán)階段只需要通過開關(guān)滑套打開，蒸汽通過注入管柱經(jīng)過儲層，然后通過滑套開關(guān)處進(jìn)入完井管柱返還地面，這種循環(huán)方式蒸汽不需要經(jīng)過電潛泵，因此不會對電潛泵產(chǎn)生損壞。DSAGD技術(shù)的蒸汽通過注入管柱進(jìn)入到儲層中，然后通過套管環(huán)空返還到地面。

通過表1對比可知道，傳統(tǒng)完井方式需要使用兩趟下入，而SPC完井技術(shù)和DSAGD完井技術(shù)只需要一趟下入，傳統(tǒng)完井方式和SCP完井技術(shù)需要連續(xù)油管作業(yè)，而DSAGD完井技術(shù)不需要，SPC完井技術(shù)不需要下尾管方式進(jìn)行作業(yè)，SPC完井技術(shù)和DSAGD完井技術(shù)將電潛泵改成小尺寸規(guī)格方便一次下入，通過三種方式對比，SPC完井技術(shù)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)完井方式和DSAGD完井方式。

表1 三種完井技術(shù)對比

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 應(yīng)用情況

目前，SPC設(shè)計已在2018年第一季度至2020年第一季度的3個項目階段的24口油砂加密開發(fā)井中成功實施。加密SPC完井項目完成了24口井，跨越了項目執(zhí)行的三個階段：加密第一、第二和第三階段。

3.2 應(yīng)用效果

SPC技術(shù)比常規(guī)技術(shù)效率更高，節(jié)省了38天作業(yè)時間，平均單井節(jié)約1.6天，縮短了油砂井投產(chǎn)周期，加快了整個項目進(jìn)度。節(jié)省了96 000人工時，平均單井節(jié)省4 000人工時。減少了一次修井機(jī)的使用，采用更簡單風(fēng)險更低的連續(xù)油管作業(yè)(開關(guān)滑套)，材料費降低(小尺寸電泵，減少scab liner等)，24口井(共三期)節(jié)省完井費用約30%。

4 結(jié)語

(1)SPC完井技術(shù)在井眼，單井減少一趟管柱作業(yè)，縮短作業(yè)施工周期，顯著的提高了作業(yè)安全和時效，降低了單井成本。

(2)現(xiàn)場應(yīng)用表明，根據(jù)設(shè)計的SPC完井工藝進(jìn)行循環(huán)加熱和生產(chǎn)技術(shù)很好的指導(dǎo)現(xiàn)場的施工作業(yè)，提高作業(yè)效率，保證了作業(yè)安全和降低單井成本。

(3)加拿大油砂區(qū)塊油藏粘度較高，流通性較差，通常需要進(jìn)行循環(huán)加熱再生產(chǎn)技術(shù)，因此該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。