低孔低滲油氣藏多分支水平井裸眼井段射孔工藝技術(shù)

低孔低滲油氣藏多分支水平井裸眼井段射孔工藝技術(shù)

低孔、低滲和低豐度是限制海上氣田開發(fā)的重要因素。隨著油氣勘探技術(shù)的進(jìn)步和油氣資源的不斷開發(fā)利用,低孔低滲砂巖油氣藏正成為世界油氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)和能源供應(yīng)的一支新生力量。然而,低孔低滲油氣藏的主要特點(diǎn)是儲(chǔ)層物性差、產(chǎn)能低或產(chǎn)能遞減快,利用常規(guī)的開采技術(shù)無(wú)法獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益,必須利用先進(jìn)的儲(chǔ)層改造技術(shù)才能最大限度地進(jìn)行開發(fā),從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化。加砂壓裂是目前國(guó)內(nèi)低孔低滲儲(chǔ)層改造的主要技術(shù)措施。低孔低滲一直是制約東海產(chǎn)能發(fā)展的重大難題。由于低孔低滲油氣田的儲(chǔ)層致密,具有小孔隙、細(xì)喉道、低滲透、高毛管壓力等特點(diǎn),因此在鉆井、完井、固井、修井及增產(chǎn)措施過(guò)程中極易受到傷害,進(jìn)而影響油氣井的生產(chǎn)。另外,常規(guī)的壓裂改造儲(chǔ)層措施實(shí)施過(guò)程中,壓裂液或多或少都會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生傷害,而且海上壓裂施工難度大、費(fèi)用高。因此,筆者借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的低孔低滲油氣田開發(fā)經(jīng)驗(yàn),遵循先行先試的原則,通過(guò)引進(jìn)、吸收、再創(chuàng)新,形成了一套適合東海海域低孔低滲油氣田開發(fā)特點(diǎn)的射孔增產(chǎn)工藝。以東海平湖油氣田BB5井為例,本文重點(diǎn)分析研究了低孔低滲油氣藏多分支水平井裸眼射孔工藝技術(shù),對(duì)提高該區(qū)域低孔低滲油氣藏采收率、實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效具有現(xiàn)實(shí)意義。1關(guān)于射孔技術(shù)的研究1.1異常高壓層位預(yù)測(cè)東海平湖油氣田B5井(后更名為BB5井)于1999年投產(chǎn),經(jīng)過(guò)10余年的生產(chǎn)已失去自噴能力,經(jīng)評(píng)價(jià)分析決定對(duì)該井加深鉆井、封堵原產(chǎn)層、開發(fā)低孔低滲的FHT構(gòu)造P11層。P11層預(yù)測(cè)為異常高壓層位,壓力系數(shù)約為1.3,BB5井加深共鉆有3個(gè)水平分支,均采用?152.4mm裸眼完井,斜深分別為4682(分支1)、4540(分支2)、4405m(主井眼)。為了最大限度地提高產(chǎn)能,擬對(duì)該井的3個(gè)裸眼分支井段實(shí)施射孔作業(yè),以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能最大化。1.2復(fù)合射孔工藝技術(shù)優(yōu)化外置式復(fù)合射孔技術(shù)是將外置式復(fù)合火藥筒套在常規(guī)射孔槍外部的、集射孔完井與高能氣體壓裂于一體的高效完井技術(shù),多級(jí)脈沖復(fù)合射孔技術(shù)是一項(xiàng)集射孔完井與高能氣體壓裂于一體的高效完井技術(shù),二者都是通過(guò)一趟射孔管柱即可實(shí)現(xiàn)射孔、復(fù)合火藥燃燒及壓裂彈產(chǎn)生的壓力對(duì)射孔孔道和地層第二次壓裂,從而達(dá)到改善近井帶的滲透性、破除近井污染帶、增加滲流面積的目的。外置式復(fù)合射孔和多級(jí)脈沖復(fù)合射孔壓力峰值可控、加載快,在孔眼周圍易形成網(wǎng)狀裂紋,可較好地提高油氣產(chǎn)量,特別適用于低孔、低滲地層的改造,與普通TCP射孔工藝相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)以上2種射孔技術(shù)參數(shù)的分析和對(duì)比發(fā)現(xiàn),外置式復(fù)合射孔在槍外裝載的復(fù)合藥量大,對(duì)射孔全井段壓裂效果比較好,而多級(jí)脈沖復(fù)合射孔所用射孔槍外徑大,穿孔深度更深,孔徑也更大,有利于復(fù)合藥盒產(chǎn)生的壓力脈沖和壓裂彈產(chǎn)生的高溫高壓氣體對(duì)產(chǎn)層的壓裂。因此,為了最大限度地提高產(chǎn)能,經(jīng)反復(fù)優(yōu)化分析,決定在井眼狗腿度相對(duì)較大、鉆遇地層物性相對(duì)較差的水平分支1、分支2裸眼井段采用裝藥量相對(duì)較小、安全系數(shù)相對(duì)較高的外置式復(fù)合射孔工藝技術(shù),在軌跡相對(duì)平滑、鉆遇地層物性相對(duì)較好的主井眼采用裝藥量相對(duì)較大、微壓裂效果相對(duì)較好的多級(jí)脈沖復(fù)合射孔工藝技術(shù),以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能最大化。外置式復(fù)合射孔火藥筒套的安裝結(jié)構(gòu)和多級(jí)脈沖復(fù)合射孔火藥分裝結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。1.3射孔彈的裝復(fù)(1)采用射孔槍型為114雙盲孔復(fù)合射孔槍,裝彈方式為13孔/m,90°相位布彈;(2)槍上的泄壓采用中海油槍廠加工的雙盲孔泄壓方式(耐外壓90MPa);(3)射孔彈采用耐溫160℃/48h,射孔彈穿深1030mm;(4)第一射孔段每米射孔槍內(nèi)裝13個(gè)前置藥盒,每個(gè)藥盒裝火藥13g(共169g),每米放11個(gè)旁置藥盒,每個(gè)藥盒藥量30g(共330g),后部下掛2個(gè)76×500的壓裂彈(4kg/個(gè));(5)第二射孔段每米射孔槍內(nèi)裝13個(gè)前置藥盒,每個(gè)藥盒裝火藥13g(共169g),火藥耐溫160℃/48h;每米放11個(gè)旁置藥盒,每個(gè)藥盒藥量30g(共330g),第二射孔段后部下掛4個(gè)84×500的壓裂彈(4kg/個(gè))。1.4復(fù)合火山點(diǎn)火后壓力按照密閉爆發(fā)器計(jì)算公式求解槍管內(nèi)燃?xì)鈮毫?即p=RΤ0ωV-αω(1)p=RT0ωV?αω(1)式(1)中:RT0為火藥力;ω為射孔器內(nèi)火藥用量;V為射孔彈爆炸后射孔槍管內(nèi)的有效空間;α為火藥余容。從射孔孔眼射出的火藥燃燒氣體的質(zhì)量流速m為m=pS√kgRΤ0(2k+1)k+1k-1(2)m=pSkgRT0(2k+1)k+1k?1???????????√(2)式(2)中:p為槍管內(nèi)燃?xì)鈮毫?Pa;S為射孔槍管上孔眼的總面積,m2;k為火藥的燃?xì)獗葻岜?g為重力加速度,m/s2;RT0為火藥力,J/kg。在火藥質(zhì)量一定的情況下,通過(guò)射孔孔眼的氣體質(zhì)量流速主要取決于槍內(nèi)壓力和射孔孔眼的面積,壓力越大,射孔孔眼的面積越大,氣體質(zhì)量流速就越大。當(dāng)p>p0時(shí)(p0為井筒內(nèi)液柱壓力),燃?xì)庀蛲饬鲃?dòng);當(dāng)p=p0時(shí),燃?xì)獠辉倮^續(xù)向外流動(dòng)。射孔槍內(nèi)壓力從最大值pmax到靜壓p0這一區(qū)間內(nèi)的平均質(zhì)量流速為ˉm=12(pmax+p0)S√kgRΤ0(2k+1)k+1k-1(3)mˉˉˉ=12(pmax+p0)SkgRT0(2k+1)k+1k?1???????????√(3)火藥在整個(gè)燃燒過(guò)程中噴出的氣體質(zhì)量為ω-ω′=∫t0ˉmdt(4)于是t=2(ω-ω′)(pmax+p0)S√kgRΤ0(2k+1)k+1k-1(5)式(3)～(5)中:ˉm為火藥燃?xì)獾钠骄|(zhì)量流速;t為火藥燃燒時(shí)間;ω′為內(nèi)外壓力平衡時(shí)射孔器內(nèi)存留氣體質(zhì)量;其他符號(hào)意義同前。根據(jù)BB5井2個(gè)分支和主井眼的不同井眼軌跡、產(chǎn)層特點(diǎn)和產(chǎn)量要求,嚴(yán)格控制復(fù)合火藥點(diǎn)火后壓力峰值在100MPa以內(nèi),根據(jù)公式(1)～(5)對(duì)壓力峰值進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果見表1。從表1模擬結(jié)果可以看出,采用外置式復(fù)合射孔和多級(jí)脈沖復(fù)合射孔的峰值壓力均小于100MPa,施工作業(yè)相對(duì)安全,而且2種射孔方式產(chǎn)生的微裂縫長(zhǎng)度均在3m左右,為普通TCP射孔的4倍左右(普通TCP射孔深度為700mm),從而大大改善了低孔低滲儲(chǔ)層的滲流面積。2技術(shù)困難和主要技術(shù)措施(1)無(wú)試壓井,壓井由于平湖油氣田BB5井射孔位置處于水平裸眼段,斜深較深,水平段較長(zhǎng),而且必須選擇井口正加壓點(diǎn)火方式,下鉆期間一旦發(fā)生井涌等井控危險(xiǎn),不能通過(guò)正循環(huán)壓井;同時(shí)如果在鉆桿內(nèi)灌漿,可能導(dǎo)致流量控制不好而產(chǎn)生壓力激動(dòng),使射孔槍提前點(diǎn)火,造成井下事故。為解決上述技術(shù)難點(diǎn),本次射孔作業(yè)特別設(shè)計(jì)了側(cè)壁單流閥(圖3),既可以在下鉆過(guò)程中自動(dòng)灌漿(當(dāng)環(huán)空和鉆桿內(nèi)壓差達(dá)到0.69MPa時(shí),完井液將自動(dòng)從環(huán)空流入鉆桿內(nèi)),又可以在下鉆過(guò)程中實(shí)現(xiàn)反循環(huán),而且如果在射孔槍下入過(guò)程中出現(xiàn)井涌等復(fù)雜情況,可隨時(shí)通過(guò)該單流閥進(jìn)行反循環(huán)壓井,保證井筒的安全。(2)射孔點(diǎn)火失敗在平湖油氣田BB5井射孔管柱下入過(guò)程中,由于水平裸眼段內(nèi)充滿鉆井液,鉆井液內(nèi)含有的地層砂等固體顆粒很容易通過(guò)單流閥進(jìn)入射孔管柱內(nèi),并形成沉淀而堆積在壓力延時(shí)點(diǎn)火裝置上部,從而造成加壓點(diǎn)火時(shí)壓力傳不到點(diǎn)火裝置,導(dǎo)致射孔點(diǎn)火失敗。為了有效規(guī)避上述問(wèn)題研制了防沉砂裝置(圖4),連接到壓力延時(shí)點(diǎn)火裝置上部,該裝置既可以防止管柱內(nèi)沉砂堆積堵塞加壓孔道,又可以緩沖管柱下放過(guò)程中壓力激動(dòng)對(duì)點(diǎn)火裝置的剪切銷造成的壓力沖擊,從而保證射孔點(diǎn)火的可靠性。(3)壓力開孔裝置平湖油氣田BB5井射孔管柱只能采用正加壓點(diǎn)火方式,無(wú)法實(shí)現(xiàn)正循環(huán);盡管在管柱上增加了側(cè)壁單流閥,但只能解決射孔管柱下入過(guò)程中小排量反循環(huán)壓井的問(wèn)題,不能解決射孔后大排量正循環(huán)或反循環(huán)洗井、壓井的難題。為有效解決上述問(wèn)題,又為射孔管柱專門設(shè)計(jì)制造了壓力開孔裝置,設(shè)定開孔壓力高于延時(shí)點(diǎn)火壓力6.90MPa左右。如平湖BB5井分支1射孔位置垂深3724m,射孔液密度1.37g/cm3,在設(shè)定壓力延時(shí)點(diǎn)火壓力為(15.17±1.52)MPa情況下,把壓力開孔裝置的開孔壓力設(shè)定為(22.07±2.21)MPa,以保證射孔后進(jìn)行大排量循環(huán)洗壓井。(4)射孔后井壁垮塌管柱的釋放由于平湖油氣田BB5井2個(gè)分支和主井眼裸眼射孔井段長(zhǎng),而且不管是采用外置式復(fù)合射孔還是采用多級(jí)脈沖復(fù)合射孔,由于單位射孔段長(zhǎng)度中火藥和炸藥的藥量總和為普通射孔技術(shù)藥量的3倍以上,所以射孔槍爆炸威力要遠(yuǎn)大于普通射孔技術(shù),因此射孔后裸眼井段井壁垮塌容易造成射孔槍被掩埋,從而導(dǎo)致射孔管柱不能從井下起出的風(fēng)險(xiǎn)非常大。為此,根據(jù)目的層巖石物性,通過(guò)模擬計(jì)算,選擇復(fù)合火藥的壓力峰值控制在100MPa以內(nèi)。同時(shí),從管柱結(jié)構(gòu)方面考慮,除管柱上配備震擊器之外,還特別為本次作業(yè)設(shè)計(jì)了水平井段投球丟槍裝置(圖5),如果射孔后井壁垮塌造成管柱被埋,就在管柱內(nèi)投球并泵送到位,通過(guò)管柱內(nèi)加壓就可使丟槍裝置釋放射孔槍,從而起出丟槍裝置以上的管柱。此外,管柱上還設(shè)計(jì)有安全接頭,在震擊器和丟槍裝置均失效的情況下采取倒開安全接頭,起出上部射孔管柱,可確保作業(yè)萬(wàn)無(wú)一失。(5)地面監(jiān)測(cè)裝置的改進(jìn)由于平湖油氣田BB5井3次射孔深度均在4500m左右,地面判斷井下射孔槍是否點(diǎn)火引爆較為困難,為此本次作業(yè)專門引進(jìn)了地面監(jiān)測(cè)裝置,以適時(shí)監(jiān)測(cè)井下射孔槍起爆所引起的波動(dòng),從而準(zhǔn)確判斷射孔槍是否點(diǎn)火引爆。3孔槍上的加工充分考慮作業(yè)的難度和風(fēng)險(xiǎn),為提高管柱強(qiáng)度,射孔槍以上所有工具均加工成311×310扣型;同時(shí)考慮到水平井作業(yè)難度,確保射孔槍能夠順利到達(dá)預(yù)定射孔位置,采用倒裝鉆具,具體施工要點(diǎn)如下。(1)連鉆及射孔控制按照安全操作要求進(jìn)行裝槍作業(yè),并將火藥筒均勻地分布在射孔槍上。入井所有工具和鉆桿均用相應(yīng)的通徑規(guī)通徑,確保管柱內(nèi)無(wú)雜質(zhì)和足夠的內(nèi)通徑,確保在需要丟槍時(shí)釋放球能夠順利到達(dá)丟手裝置進(jìn)行丟手操作;鉆桿絲扣油涂于鉆桿公扣端(少許),嚴(yán)禁涂于母扣端;控制下鉆速度在2min每柱,要求下鉆平穩(wěn),嚴(yán)禁頓鉆溜鉆,避免管柱中有激動(dòng)壓力產(chǎn)生;連鉆過(guò)程中要求蓋好井口及鉆桿口,嚴(yán)防井下落物。射孔槍下鉆到位后記錄管柱上提/下放懸重,嚴(yán)禁探底;校正射孔深度,管柱上提狀態(tài)停于射孔位置(配管使井口方余為1.5m,便于點(diǎn)火后第一時(shí)間長(zhǎng)距離上提管柱,降低埋槍風(fēng)險(xiǎn))。固井泵對(duì)所有管線試壓27.59MPa合格,接頂驅(qū)后安裝地面監(jiān)測(cè)裝置,關(guān)萬(wàn)能防噴器。(2)系統(tǒng)起爆質(zhì)量檢測(cè)固井泵緩慢正打壓至6.90MPa,穩(wěn)壓1min,判斷單流閥密封良好之后繼續(xù)迅速加壓,當(dāng)加壓至13.79MPa時(shí)開始計(jì)時(shí)(此時(shí)延時(shí)點(diǎn)火頭可能已經(jīng)啟動(dòng));繼續(xù)加壓到26.21MPa時(shí)壓力突降(開孔裝置剪切銷釘后開孔),迅速停泵泄壓,立即卸掉頂驅(qū),這時(shí)地面監(jiān)測(cè)人員仔細(xì)觀察傳感器監(jiān)測(cè)情況,射孔人員同時(shí)在井口撫摸鉆具震動(dòng)情況。計(jì)時(shí)200s后鉆桿輕微震動(dòng),回放檢測(cè)信號(hào)確認(rèn)起爆成功(如圖6、7所示),觀察環(huán)空及鉆桿內(nèi)無(wú)壓力顯示后開萬(wàn)能防噴器,迅速起鉆,過(guò)提90kN拔出管柱,起鉆至射孔段以上后正循環(huán)2周,保證井控安全(在確認(rèn)起爆的第一時(shí)間起鉆,起鉆過(guò)提現(xiàn)象表明井壁確實(shí)有部分垮塌現(xiàn)象,但由于起鉆及時(shí)避免了卡鉆事故的發(fā)生)。通過(guò)射孔工藝技術(shù)分析研究、管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及現(xiàn)場(chǎng)精心組織施工,平湖油氣田BB5井3次裸眼射孔作業(yè)均實(shí)現(xiàn)了射孔槍“下得去、點(diǎn)得著、不斷爆、起得出”,該井完井后進(jìn)行氣舉誘噴,經(jīng)過(guò)2.5d的氣舉返排作業(yè),產(chǎn)氣2500m3/d,產(chǎn)油100m3/d,射孔增產(chǎn)效果非常明顯。4該技術(shù)的特點(diǎn)以東海平湖