海上稠油油藏充填防砂分支井鉆完井設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王贊，張永濤，賀占國(guó)，王攀，陳立強(qiáng)，吳占民，馮偉

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司（天津 300452）

2.中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司（廣東 深圳 518067）

0 引言

Y-1油田是南海東部開發(fā)的第一個(gè)普通稠油油田，該油田儲(chǔ)層具有有效厚度薄、物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、黏土含量高等特點(diǎn)。該油田于2016 年投產(chǎn)，生產(chǎn)過程中存在產(chǎn)能低、遞減快的問題，導(dǎo)致油田開發(fā)效益變差，亟需采取措施提高油井產(chǎn)能。

為分析油井產(chǎn)能下降原因，起出原井篩管后發(fā)現(xiàn)，篩網(wǎng)被細(xì)粉砂堵塞，造成生產(chǎn)壓差增加。通過分析鉆后巖心和測(cè)井資料，結(jié)合防砂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需采用礫石充填防砂方式解決篩管堵塞問題。

通過調(diào)研，水平分支井可以增加油藏泄油面積，提高單井產(chǎn)能[1-5]。為了解決稠油油田油井產(chǎn)能低和產(chǎn)能下降快的難題，創(chuàng)新提出“分支井+主井眼礫石充填”完井方案。水平分支井作業(yè)存在定向井軌跡控制、主井眼重入和井眼連接處充填等難題[6-10]，為解決上述難題，優(yōu)化設(shè)計(jì)了定向井軌跡、鉆井液、防砂管柱及施工參數(shù)等，保障了分支井主井眼礫石充填作業(yè)的順利實(shí)施。

1 油田概況及鉆完井技術(shù)難點(diǎn)

1.1 油田概況

Y-1 油田儲(chǔ)層埋深1 102.7～1 407.1 m，三角洲沉積類型，以水下分流河道砂體-河口壩沉積為主。目標(biāo)儲(chǔ)層巖性主要為長(zhǎng)石、石英砂巖，顆粒以石英為主；儲(chǔ)集空間類型為孔隙型，以粒間孔為主，孔隙度22.88%，滲透率308×10-3μm2，屬于中、高孔滲儲(chǔ)層，平均黏土含量高達(dá)22%，平均儲(chǔ)層厚度3.1 m。

目標(biāo)儲(chǔ)層屬于常溫常壓油層，地層壓力12.15～13.96 MPa，油層溫度68.1～75.9 ℃；地面原油密度0.941～0.959 g/cm3，地下原油黏度109.89～158.05 mPa·s，屬于重質(zhì)普通稠油。

為增加油井產(chǎn)能，水平段設(shè)計(jì)1 個(gè)主井眼和3個(gè)分支井眼，主井眼長(zhǎng)度526 m，每個(gè)分支長(zhǎng)度210 m，見表1。

表1 分支井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

1.2 鉆完井技術(shù)難點(diǎn)

1）儲(chǔ)層厚度薄，平均厚度3.1 m，分支井實(shí)施過程中，軌跡控制難度大，側(cè)鉆分支井眼時(shí)有鉆穿儲(chǔ)層風(fēng)險(xiǎn)或者軌跡復(fù)雜而影響完井管柱下入到位。

2）下防砂管柱時(shí)存在誤入其他分支井眼的風(fēng)險(xiǎn)。

3）主井眼與分支井眼連接處因劃槽側(cè)鉆，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑，采用常規(guī)防砂管柱充填，α波充填至擴(kuò)徑處時(shí)，砂丘比控制難度大，易產(chǎn)生砂橋，導(dǎo)致充填失敗，擴(kuò)徑示意如圖1所示。

圖1 井眼連接處井徑擴(kuò)大示意圖

4）由于裸眼段長(zhǎng)，儲(chǔ)層易漏失，充填時(shí)液效低會(huì)引發(fā)陶粒沉降過快形成砂橋，導(dǎo)致充填失敗。

5）根據(jù)充填壓力模擬計(jì)算，β波充填時(shí)，在最低允許充填排量下，充填至2 267 m 時(shí)，井底壓力將大于地層破裂壓力，存在壓漏地層風(fēng)險(xiǎn)。

2 鉆完井設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 鉆井設(shè)計(jì)

由于儲(chǔ)層厚度薄，且主井眼設(shè)計(jì)下入防砂管柱進(jìn)行礫石充填作業(yè)，對(duì)井眼軌跡、實(shí)施順序、鉆具組合及側(cè)鉆點(diǎn)間距進(jìn)行了針對(duì)性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1）主井眼軌跡盡量設(shè)計(jì)平滑，設(shè)計(jì)全角變化率不大于2°/30 m，水平段方位與著陸方位基本一致，且控制垂深變化避免出現(xiàn)大幅波浪形軌跡。同時(shí)為提高軌跡平滑性，優(yōu)化設(shè)計(jì)分支井眼側(cè)鉆點(diǎn)，保證側(cè)鉆點(diǎn)上下至少有50 m側(cè)鉆空間。

2）根據(jù)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，最后實(shí)施的井眼重入風(fēng)險(xiǎn)最低，有利于防砂管柱的下入，所以制定分支井眼實(shí)施順序?yàn)椋悍种Ь?→分支井眼2→分支井眼3→主井眼。

3）為了提高水平段軌跡控制能力，優(yōu)選了Power Drive Archer 型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，該工具擁有指向式和推靠式復(fù)合造斜模式，最大造斜能力15°/30 m，并擁有近鉆頭伽馬和井斜測(cè)量能力[11]。在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)時(shí)，根據(jù)近鉆頭電阻率、伽馬值的變化，可及時(shí)判斷油層的厚度和傾角，進(jìn)而合理調(diào)整井眼軌跡[12-14]。

2.2 完井設(shè)計(jì)

充填時(shí)為防止井眼連接處產(chǎn)生砂橋?qū)е绿崆懊撋?，?duì)防砂管柱、充填方式進(jìn)行了針對(duì)性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1）增加下入打孔管管串，然后在打孔管內(nèi)下入防砂篩管的管柱。使用專用丟手工具下入打孔管，可旋轉(zhuǎn)、循環(huán)和上下活動(dòng)等，處理遇阻復(fù)雜情況能力強(qiáng)，更有利于管柱下入主井眼到位。本井使用Φ177.8 mm 打孔管，為提高礫石充填的充填效率，在保證打孔后強(qiáng)度降低不大于20 %的前提下，優(yōu)化設(shè)計(jì)了打孔管參數(shù)，孔密115 孔/m，孔徑10 mm。

2）為保證篩管居中，提高充填效果，在篩管上設(shè)計(jì)有螺旋翼大流道扶正器。

3）為避免壓破地層，同時(shí)不降低β波充填排量而增加提前脫砂風(fēng)險(xiǎn)，服務(wù)管柱設(shè)計(jì)引入了貝克休斯公司的BBV（BetaBreaker Valve），當(dāng)壓力ΔP（即P1-P2）＞0.34 MPa 時(shí)，BBV 就被激活，通過縮短液體循環(huán)回路降低井底壓力。BBV 工作原理如圖2 所示。

2.3 鉆井液體系設(shè)計(jì)

為降低儲(chǔ)層漏失，引入了暫堵性能強(qiáng)、可液化的無(wú)黏土相鉆井液體系(UltraFLO 體系)。該體系形成的泥餅厚度小于0.4 mm，防滲透能力優(yōu)良，其自清潔能力強(qiáng)，返排啟動(dòng)壓力小于41 kPa。

鉆井液基本配方如下：海水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+0.5%DualSeal 儲(chǔ)層保護(hù)劑+0.5%VIS-B 流型調(diào)節(jié)劑+2.5%STARFLO 降濾失劑+5%JQWY 超細(xì)碳酸鈣+3%KCl+2%JLX-B聚合醇[15]。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 主要施工步驟

1）二開鉆Φ311.15 mm 井眼，下Φ244.5 mm 套管。

2）三開鉆Φ215.9 mm 井眼，鉆分支井眼1，在側(cè)鉆點(diǎn)處增斜扭方位“造包”。

3）起鉆至側(cè)鉆點(diǎn)以上10 m 左右，劃槽、造臺(tái)階、控時(shí)鉆進(jìn)，側(cè)鉆分支井眼2，后續(xù)依次鉆完分支井眼3 和主井眼至完鉆井深，短起下鉆，驗(yàn)證b 主井眼重入性良好。

4）刮管洗井。

5）丟手工具下入Φ177.8 mm打孔管柱，脫手、起鉆。

6）下入Φ101.6 mm 優(yōu)質(zhì)篩管防砂管柱，坐封防砂封隔器，礫石充填作業(yè)，注入隱形酸完井液解除鉆井液暫堵。

7）下電泵生產(chǎn)管柱，投產(chǎn)。生產(chǎn)管柱示意圖如圖3 所示。充填過程中，泵壓平穩(wěn)，儲(chǔ)層基本無(wú)漏失；BBV 在β波充填至預(yù)定階段激活，充填壓力由7.45 MPa 降至3.38 MPa，成功避免壓漏地層。最終注入地層總砂量為26.14 t，按Φ234.95 mm 等效井徑（除去打孔管管體體積）計(jì)算，充填效率99%，計(jì)算盲管埋高6.5 m，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 分支井充填防砂完井管柱示意圖

3.2 應(yīng)用效果

該井投產(chǎn)2 個(gè)月以來(lái)，生產(chǎn)狀況正常，地面檢測(cè)無(wú)砂，產(chǎn)液量66 m3/d，產(chǎn)油量55 m3/d，較同層位常規(guī)水平井增油110%，增產(chǎn)效果顯著。

4 結(jié)論與建議

1）分支井可以有效增加油藏暴露面積，既使未對(duì)分支井眼進(jìn)行處理，仍能明顯提升普通稠油油藏的油井產(chǎn)能，后續(xù)需對(duì)該井生產(chǎn)情況進(jìn)行持續(xù)跟蹤，觀察產(chǎn)能變化情況。

2）通過優(yōu)化軌跡設(shè)計(jì)、分支井眼鉆井順序、防砂管柱設(shè)計(jì)及調(diào)整施工參數(shù)等，可以保證分支井主井眼內(nèi)防砂管柱順利下入并進(jìn)行充填防砂，一定程度上減緩了細(xì)粉砂堵塞導(dǎo)致產(chǎn)能持續(xù)下降的問題，為類似井設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

3）為提高分支井充填防砂完井效果，后續(xù)可繼續(xù)對(duì)分支井主井眼充填防砂完井關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如打孔管規(guī)格和打孔參數(shù)等；同時(shí)可對(duì)分支井眼下入防砂管柱方式進(jìn)行研究，對(duì)比產(chǎn)能效果。