海上油田水平井大修再完井新工藝研究與應(yīng)用

張斌斌，黃 杰，袁 征，胡澤根，王海彪，譚家文

(中海油田服務(wù)股份有限公司 天津 300450)

由于水平井開發(fā)可增加儲(chǔ)層泄油面積，海上油田普遍采取水平井篩管完井進(jìn)行大液量開采以快速獲取產(chǎn)油量[1-3]。但各個(gè)油田在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，獨(dú)立篩管完井的水平井在生產(chǎn)后期往往存在大幅提液后出砂堵塞、產(chǎn)液量下降、油井高含水等問題，嚴(yán)重影響了油田的開發(fā)開采效率[4-6]。

在各油田降本增效的背景下，直接下入小篩管獨(dú)立防砂有效期短，且無法解決外層堵塞問題；而進(jìn)行油井側(cè)鉆，所需費(fèi)用動(dòng)輒上千萬，直接成為油田水平井開發(fā)后期的“卡脖子”難題。為了使油井復(fù)活，并且提高防砂效果和油井產(chǎn)能，亟需研究出一套經(jīng)濟(jì)有效的防砂控水二次完井工藝技術(shù)，為各油田的水平井延長(zhǎng)生產(chǎn)壽命。

綜合水力噴砂射孔、礫石充填及控水篩管分段控水等多個(gè)技術(shù)方向，經(jīng)過長(zhǎng)期探索與研究，進(jìn)行了若干次的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和總結(jié)，逐漸形成一套水平井“井筒改造防砂控水二次完井”工藝，以解決老水平井低產(chǎn)低效的開發(fā)現(xiàn)狀。

1 技術(shù)原理

“井筒改造防砂控水二次完井”工藝，是在水平井躺井后大修作業(yè)過程中，先通過采取水力噴砂射孔實(shí)現(xiàn)篩管和近井地帶的井筒改造實(shí)現(xiàn)解堵、降低表皮；繼而采取環(huán)空阻流控水技術(shù)在近井筒地層和篩管外充填滿輕質(zhì)覆膜阻水顆粒實(shí)現(xiàn)“環(huán)空顆粒封隔軸向阻流+控水篩管徑向限流”，最終完成油井解堵、復(fù)產(chǎn)、降水，延長(zhǎng)油井的有效開采壽命。

1.1 水平井堵塞機(jī)理

水平井堵塞大多數(shù)發(fā)生在獨(dú)立篩管完井的油井，很少發(fā)生在礫石充填的油井。這主要是由于礫石作為一種高滲的遮擋屏障，可以減少篩網(wǎng)堵塞和高速水流帶動(dòng)泥沙的沖擊效應(yīng)。

針對(duì)獨(dú)立篩網(wǎng)完井的裸眼水平井，尤其是在油田的儲(chǔ)層泥質(zhì)和細(xì)粉砂含量較高的情況下，油品如果較差，就很容易發(fā)生堵塞效應(yīng)。以恩平油田為例，其儲(chǔ)層泥質(zhì)和細(xì)粉砂含量分別可超過15%和10%，原油黏度介于100～300cp(注：1cp＝1mPa·s)之間，含膠質(zhì)瀝青質(zhì)。生產(chǎn)過程中大幅提液使地層流體流速增加，流體對(duì)泥沙顆粒的拖拽力相應(yīng)增大，從而加劇了地層出泥出砂，堵塞近井地層顆粒間的吼道，表皮系數(shù)增加[7]，如圖1所示。在泥、砂、原油的多重混合作用下，油泥還會(huì)包裹堵塞篩裸環(huán)空和防砂篩管，使有效流通面積減少，產(chǎn)生局部過流熱點(diǎn)從而損壞篩管，最終破損點(diǎn)處局部攜砂生產(chǎn)，底水優(yōu)先突破，含水上升，油井堵塞、產(chǎn)油減少，甚至發(fā)生躺井現(xiàn)象。

圖1 油井近井地帶堵塞機(jī)理 Fig.1 Blockage mechanism of oil well near well zone

1.2 水力噴砂射孔機(jī)理

水力噴砂射孔已廣泛應(yīng)用于油氣井壓裂、酸化增產(chǎn)措施等領(lǐng)域。通過在攜砂液中加入5%～8%砂比的磨料—石英砂，砂漿在噴槍的噴嘴處可形成一簇簇高速磨料射流，對(duì)套管、篩管、地層進(jìn)行快速射孔。視地層的疏松程度，高速攜砂液流可對(duì)近井筒約1m范圍內(nèi)的地層進(jìn)行不同程度改造，形成一個(gè)類似梭子型的虧空帶，大大降低近井地帶的表皮系數(shù)，清除污染帶，改善油氣滲流條件[8-10]。

相比于普通火藥射孔，水力噴砂射孔省去了火工品運(yùn)輸?shù)南拗?，施工成本相?duì)較低，老篩管射開后的孔眼光滑平整，有利于新篩管安全下入，老井堵塞的近井地帶井筒改造規(guī)模較大，其優(yōu)勢(shì)更為明顯。因此，可被應(yīng)用于獨(dú)立篩管防砂的低產(chǎn)低效老井，為其解除堵塞創(chuàng)造良好的礫石充填通道。

1.3 防砂控水機(jī)理

采用環(huán)空阻流控水技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)防砂控水一體化，如圖2所示，在水平井修井階段，待水平段老篩管射孔、沖砂通井等措施實(shí)施完畢，下入水平井平衡控水篩管(ICD)，并在篩管和裸眼井壁之間充填滿“控水顆粒”。借助顆粒的超低密優(yōu)勢(shì)(視密度僅1.05g/cm3)，噴砂射孔打開的虧空地層也會(huì)被飽和充填，從而形成一道不規(guī)則、高滲、飽滿的防砂屏障。相鄰篩管之間“盲管+阻水顆粒層”可充填形成一個(gè)個(gè)允許滲漏的環(huán)空封隔器，隨著其數(shù)量疊加，封隔效應(yīng)成倍增加，配合ICD篩管的徑向限流作用，最終實(shí)現(xiàn)全井精細(xì)化分段控水。

圖2 環(huán)空阻流控水防砂二次完井示意圖 Fig.2 Diagram of recompletion with annulus flow and water and sand control

2 試驗(yàn)研究

水平井“井筒改造防砂控水二次完井”工藝的核心是水力噴砂射孔解除堵塞，建立環(huán)空阻流控水防砂充填的通道，同時(shí)控水顆粒應(yīng)具備良好的環(huán)空軸向封隔能力[11]。

2.1 老篩管水力噴砂射孔試驗(yàn)

采用5-1/2"(139.7mm)控水篩管短節(jié)為靶件，將其固定到9-5/8"套管焊制的專用支架內(nèi)，將噴槍固定到篩管內(nèi)并連接好地面管線。借助離心泵將清水從水罐抽到混砂撬，混砂撬將清水和40/70石英砂混合形成砂漿，砂漿再通過防砂泵形成高壓流體，進(jìn)入噴砂工具內(nèi)，形成高速磨料射流，進(jìn)行水力噴砂射孔。 采用的控水篩管規(guī)格為：磅級(jí)17ppf、鋼級(jí)N80，控水篩管基管不打孔，基管外依次為內(nèi)護(hù)套、泄流網(wǎng)、過濾網(wǎng)、泄流網(wǎng)、過濾網(wǎng)和外護(hù)套共6層，如圖3所示。

圖3 噴砂射孔靶件結(jié)構(gòu) Fig.3 Target structure diagram of abrasive perforating

噴槍共安裝了6枚4.5mm硬質(zhì)合金噴嘴，試驗(yàn)過程中施工排量0.57m3/min，泵注壓力為19.2MPa，射速達(dá)到196m/s。試驗(yàn)分別進(jìn)行了2組：第1組是對(duì)控水篩管噴砂3.5min；第2組是對(duì)控水篩管噴砂6min。射孔前后孔眼情況及施工壓力曲線分別如圖4所示。

圖4 噴砂射孔前后對(duì)比圖 Fig.4 Comparison chart before and after abrasive perforation

第1組噴砂3.5min，篩管已被擊穿形成孔眼長(zhǎng)2.0cm、寬1.3cm；第2組噴砂6min，篩管孔眼進(jìn)一步擴(kuò)大為長(zhǎng)2.8cm、寬1.4cm。由于寬度并無明顯增加，結(jié)合噴射后孔眼為彎曲的形狀，分析認(rèn)為孔眼長(zhǎng)度大幅增加可能是噴槍發(fā)生晃動(dòng)所致。綜合試驗(yàn)情況分析可知，噴射時(shí)間適當(dāng)加長(zhǎng)有利于射孔效果的提高，但不宜太長(zhǎng)，推薦根據(jù)地層密實(shí)度情況，噴射時(shí)間控制在6～10min之內(nèi)，即確保篩管打開且地層能夠得到?jīng)_洗，這也能夠降低近井地帶的表皮系數(shù)，同時(shí)擴(kuò)大孔眼，有助于后續(xù)充填顆粒到“老篩管-裸眼”大環(huán)空。

2.2 疏水顆粒與普通陶粒阻水對(duì)比試驗(yàn)

為了對(duì)比控水顆粒和普通陶粒的阻水封隔能力，采用螺桿泵驅(qū)替清水流經(jīng)“擋砂介質(zhì)過流性能評(píng)價(jià)裝置”監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過程中的流量、壓力變化情況。透明管中分別填充滿20/40目覆膜控水顆粒和普通陶粒，測(cè)試入口和出口段壓差，具體情況和試驗(yàn)結(jié)果如圖5、表1所示。

表1 控水顆粒和普通陶粒阻水試驗(yàn)數(shù)據(jù) Tab.1 Experimental data of water-controlling and conventional gravel water blocking

圖5 控水顆粒與普通陶粒封隔能力對(duì)比 Fig.5 Comparison of sealing ability between watercontrolling and conventional gravel

在軸向過流量大于6m3/d時(shí)，控水顆粒的阻水能力明顯較普通陶粒有所加強(qiáng)，二者壓差倍比超過1.5。說明在發(fā)生較大量竄流時(shí)，相同20/40目的控水顆粒過水壓降是普通陶粒的1.5倍以上，即顆粒軸向封隔的阻流效應(yīng)提高了1.5倍以上。因此，防砂控水二次完井優(yōu)先選用控水顆粒，比普通礫石充填具有更優(yōu)良的封隔效果，更有利于發(fā)揮環(huán)空阻流控水技術(shù)軸向抑制竄流的作用。

3 施工工藝

以8-1/2"(215.9mm)水平井下入5-1/2"(139.7mm)篩管防砂為例進(jìn)行防砂控水二次完井作業(yè)。

3.1 水平段進(jìn)行沖砂作業(yè)

①按照現(xiàn)場(chǎng)指令，起出原井生產(chǎn)管柱，起鉆過程中嚴(yán)防井下落物。

②組合沖砂鉆具，配制與地層和流體配伍的修井液，將水平段篩管內(nèi)泥沙正循環(huán)沖洗干凈，漏失較大時(shí)可加入一定量堵漏劑。

3.2 水力噴砂射孔作業(yè)

①組合水力噴砂射孔鉆具：2-7/8"(73.025mm)圓頭引鞋+單流閥+配長(zhǎng)短節(jié)+1#噴槍+扶正器+配長(zhǎng)短節(jié)+2#噴槍+安全接頭+2-7/8"油管若干+鉆桿變扣+旁通閥+5"(127mm)圓鉆桿立柱。

②下鉆到位，利用2-7/8"圓頭引鞋探底原井管柱底部縮頸，重復(fù)確認(rèn)管柱到位后上提，將水平段篩管最下端作為第一段噴砂射孔位置，工具找準(zhǔn)位置。

③地面泵注管線試壓35MPa×15min合格。采用生產(chǎn)水或清潔海水配置好一定黏度的攜砂液，并測(cè)試其攜砂性能合格。通過混砂撬將攜砂液與40/70目石英砂連續(xù)混配，輸送至防砂泵形成高壓液流，繼而通過方井口進(jìn)入鉆桿，到達(dá)噴槍處形成可擊穿老篩管和地層的高速磨料射流，注意觀察振動(dòng)篩返出情況。

④當(dāng)攜砂液頂替到噴槍噴嘴處時(shí)，進(jìn)行計(jì)時(shí)并在第1段位置進(jìn)行水力噴砂射孔作業(yè)持續(xù)10min，第1段完成后保持正循環(huán)上提至第2段進(jìn)行作業(yè)，該作業(yè)完成后頂替干凈套管環(huán)空，拆甩1個(gè)鉆桿單根。

⑤連接鉆桿和管線，進(jìn)行后續(xù)段水力噴砂射孔。作業(yè)完畢起出工具串。

3.3 套管內(nèi)刮管洗井及水平二次沖砂通井作業(yè)

①下入刮管器對(duì)套管內(nèi)封隔器坐封位置上下30m進(jìn)行刮管并清洗套管。

②連接下入沖砂鉆具組合：開口圓頭引鞋+4-3/4"(120.65mm)西瓜皮磨鞋+2 7/8"鉆桿+變扣+5"鉆桿，進(jìn)行水平段二次沖砂通井，直至返出干凈。

3.4 環(huán)空阻流控水防砂二次完井作業(yè)

①連接下入二次完井管柱組合：2-7/8"圓堵+2-7/8"ICD控水篩管+配長(zhǎng)盲管+快速接頭+充填頂部封隔器總成。

②下鉆到位，利用2-7/8"圓堵探底原井管柱底部縮頸，反復(fù)操作確認(rèn)管柱到位后上提至封隔器坐封位置，做標(biāo)記“S”為坐封位置，并依次完成封隔器坐封、驗(yàn)卡瓦脫手、環(huán)空驗(yàn)封。

③上提下放管柱，找充填位置“G”、反循環(huán)位置“R”。在反循環(huán)位置進(jìn)行反循環(huán)測(cè)試后，下放至充填位置，過壓15t，進(jìn)行正循環(huán)測(cè)試。

④鉆臺(tái)召開充填作業(yè)安全會(huì)，地面管線試壓35MPa×15min合格后，關(guān)閉BOP進(jìn)行顆粒充填作業(yè)，記錄排量、壓力等參數(shù)。充填后期需要逐漸降排量至1BPM左右，壓力升至脫砂壓力，充填作業(yè)結(jié)束。

⑤開BOP上提至反循環(huán)位置，關(guān)BOP泥漿泵進(jìn)行反循環(huán)直至返出干凈。

⑥進(jìn)行充填滑套驗(yàn)密封作業(yè)。驗(yàn)封合格，起鉆，作業(yè)結(jié)束。

4 應(yīng)用案例

海上某水平井開采層位以邊水驅(qū)動(dòng)，泥質(zhì)含量高(18%)、原油黏度大(110cp)，初期完井為8-1/2"裸眼下入5-1/2"篩管防砂，隨著生產(chǎn)提液，井筒故障無法生產(chǎn)，停產(chǎn)前含水81.4%，亟需進(jìn)行大修復(fù)產(chǎn)，重點(diǎn)防砂，輔以控水。

修井采用了“井筒改造-環(huán)空阻流防砂控水二次完井”工藝技術(shù)，環(huán)空阻流充填效率達(dá)到145%，施工效果良好。

作業(yè)完成后砂堵井順利實(shí)現(xiàn)解堵、二次防砂和控水，避免了側(cè)鉆高額成本投入。如圖6所示，修井結(jié)束后返排順利，快速?gòu)?fù)產(chǎn)見油，日增油超70m3；通過環(huán)空阻流輔助控水，在復(fù)產(chǎn)基礎(chǔ)上降水3.5%，純?nèi)赵鲇?0m3。修井措施后生產(chǎn)平穩(wěn)。

圖6 二次完井前后生產(chǎn)曲線 Fig.6 Production curve before and after recompletion

5 結(jié) 論

①在油田降本增效的形勢(shì)下，低產(chǎn)低效水平井采用“井筒改造-環(huán)空阻流防砂控水二次完井”工藝減少了側(cè)鉆井眼耗費(fèi)的工時(shí)和產(chǎn)生的高額費(fèi)用，充分動(dòng)用現(xiàn)有層位。

②水力噴砂射孔能夠高效率、環(huán)保地實(shí)現(xiàn)油井解堵和篩管開孔，有效降低近井地帶表皮系數(shù)，為充填顆粒進(jìn)行防砂創(chuàng)造條件。

③防砂控水二次完井采用ICD控水篩管環(huán)空阻流技術(shù)，優(yōu)選低密覆膜阻水顆粒，易攜帶和充填，環(huán)空軸向封隔能力較強(qiáng)，配合控水篩管能降低一定的含水率。

④“井筒改造-環(huán)空阻流防砂控水二次完井”工藝技術(shù)融合了解堵、復(fù)產(chǎn)、降水等功能，未來在簡(jiǎn)易防砂水平井大修方面有廣泛的應(yīng)用價(jià)值與前景?！?/p>