水平井割縫篩管完井工藝研究與應(yīng)用

水平井割縫篩管完井工藝研究與應(yīng)用

目前，國內(nèi)外水平井選擇性開采和井管技術(shù)日益增多。1997年大港油田水平井采用篩管完井有6口井,分別在低滲透油藏和生物灰?guī)r油藏進(jìn)行了試驗(yàn),取得了較好的效果,形成了對(duì)篩管從設(shè)計(jì)到現(xiàn)場應(yīng)用的一套可行的方法,具有一定的應(yīng)用前景。但在應(yīng)用過程中相應(yīng)出現(xiàn)一些不可忽視的問題,如篩管下井無法循環(huán)、鉆塞時(shí)間長、縫隙易堵等。1切縫銷的參數(shù)確定1.1產(chǎn)層均質(zhì),均質(zhì)無氣頂(1)產(chǎn)層堅(jiān)固,不準(zhǔn)備實(shí)施生產(chǎn)壓裂。(2)產(chǎn)層只有一層,產(chǎn)層橫向均質(zhì),無氣頂、無底水或有底水、有氣頂。(3)井眼不穩(wěn)定,可能發(fā)生井眼坍塌,不需要實(shí)施生產(chǎn)措施。(4)天然裂縫性碳酸鹽巖或硬質(zhì)砂巖油層。1.2占砂強(qiáng)度的測定割縫篩管的寬度必須根據(jù)油藏地層砂粒度分析數(shù)據(jù)進(jìn)行合理選擇。(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究,砂粒在縫眼外形成“砂拱”的條件是:割縫寬度不大于占累計(jì)重量10%的對(duì)應(yīng)砂粒直徑的兩倍,即e≤2d10。該式表明:占砂樣總重量為90%的細(xì)小砂粒允許通過縫眼,占砂樣總重量為10%大直徑的骨架砂不能通過,被阻擋在篩管外面形成具有較高的高滲透的“砂橋”。(2)由于割縫管只能阻擋中、粗砂粒而不能防細(xì)砂,目前大港油田一直以來對(duì)地層砂樣作粒度分析均為d50,沒有提供d10數(shù)據(jù),因此,考慮在生產(chǎn)后期可能放大生產(chǎn)壓差開采,推薦目前割縫寬度按e≤3/2d50標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。1.3割縫篩管外包法速敏臨界值縫眼數(shù)量應(yīng)在保證篩管強(qiáng)度的前提下,有足夠的流通面積。割縫篩管有效面積=日產(chǎn)液量/油層速敏臨界值。割縫篩管割縫數(shù)量一般取割縫開口總面積為襯管外表面積的2%～6%,一般取2%。α=eLn/F式中:e——縫寬度,mm;L——縫長度,mm;F——每米篩管外表面積,mm2/m;n——割縫數(shù)量,條/米;α——割縫總面積占篩管表面積百分?jǐn)?shù)2%～6%。1.4軸向割縫的縫長根據(jù)斷裂力學(xué)理論,割縫篩管縫長是依據(jù)井下應(yīng)力狀態(tài)、管徑大小和縫眼的排列方式而定。由于垂直軸向割縫強(qiáng)度低,因此垂直軸向割縫的縫長較短,一般為20mm～50mm。平行軸向割縫的縫長一般為50mm～300mm,考慮到彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,割縫長度越長,對(duì)應(yīng)力場強(qiáng)度因子值影響越大,因此,平行軸向割縫縫長應(yīng)小于100mm,縫間距取0.3～0.7倍割縫長度L。1.5斷裂力學(xué)強(qiáng)度割縫篩管強(qiáng)度與縫長、縫寬、縫的幾何形狀、分布、縫密度、縫的加工工藝等因素有關(guān),具體強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)根據(jù)斷裂力學(xué)理論計(jì)算。割縫篩管彈性斷裂力學(xué)強(qiáng)度條件:K≤Kic(K=δπa??√Κ≤Κic(Κ=δπa式中:K——線彈性斷裂力學(xué)理論因子,MPa;Kic——材料平面斷裂韌度門限值,MPa;a——無限體微小裂紋長度中值;δ——裂紋擴(kuò)張臨界斷裂應(yīng)力,MPa。彈塑性斷裂力學(xué)強(qiáng)度條件:δ≤δ0式中:δ——割縫裂紋張開位移,mm;δ0——割縫裂紋張開位移起裂點(diǎn),mm。2水平油層段注水泥尾管固井固井女MH2井是女34斷塊第二口水平井,完鉆井深3490m,水平油層段下入〉139.7割縫篩管,割縫篩管上部〉139.7套管注水泥尾管固井?；緮?shù)據(jù)見表1,井身結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。2.1旋流短節(jié)1.4m的情況〉152引鞋×0.36m+〉139.7套管×45.53m+〉139.7割縫篩管×289.59m+〉139.7套管×33.96m(裝有〉139.7×〉220×1.2m水泥傘3只)+〉139.7水泥塞盲管1.29m+〉139.7套管×11.38m+〉139.7旋流短節(jié)×1.4m+〉139.7套管×11.39m+〉139.7浮箍×0.23m+〉139.7套管×11.28m(其中裝有擋球花籃)+〉139.7套管×11.24m+〉139.7。送球器鎖緊座×0.23m+〉139.7套管×453.07m+〉139.7送球器×0.23m+〉139.7短套管×2.77m+〉244.5×〉139.7套管懸掛器×4.08m+〉127鉆桿×2610.61m(每根篩管加一個(gè)彈性扶正器,進(jìn)入垂直段前每根套管加一個(gè)彈性扶正器,垂直段200m每兩根套管加一個(gè)彈性扶正器)。2.2割縫篩管有效面積與產(chǎn)量預(yù)測通過對(duì)女34斷塊巖心的粒度分析認(rèn)為其粒度中值為0.252mm～0.257mm,敏感性分析認(rèn)為不發(fā)生“水錐”條件下的臨界流速為10m/d,超過此界限油井含水量上升。根據(jù)地質(zhì)部門的產(chǎn)量預(yù)測在8MPa生產(chǎn)壓差下可達(dá)到65t/d,在12MPa的生產(chǎn)壓差下可達(dá)到85t/d。按照割縫篩管有效面積等于最高日產(chǎn)液量除以油層速敏臨界值,割縫寬度按e=1.5d50標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì);篩管過流面積占套管外表面積2%～6%,一般取2%的原則。根據(jù)上述條件我們確定割縫篩管的縫隙、縫長、過流面積的參數(shù)。縫寬:0.55±0.05mm;縫長:80mm凈縫長:60m;縫間距:20m;縫型:矩形直縫;縫密度:300條/米;過流面積:9900mm2/m;注:當(dāng)時(shí)割縫能力只能滿足0.5mm以上。2.3mh2井該井節(jié)約套管2500多米,折合人民幣56.2萬元。女MH2井投產(chǎn)初期(1997年5月)日產(chǎn)液量68t,含水11.1%,是直井產(chǎn)量的9.5倍。目前平均日產(chǎn)液量38t(1998年2月),含水40%,至今無出砂現(xiàn)象。3管井配套技術(shù)現(xiàn)狀水平井女MH2、女MH3井所采用完井管柱為:引鞋+篩管+水泥傘+盲板+懸掛器,在水泥傘以上注水泥封固。官50-9KH、官H2所采用完井管柱為:引鞋+篩管+管外封隔器+懸掛器,管外封隔器以上沒有注水泥封固。風(fēng)H1、女MH2、女MH3分別造成管內(nèi)留水泥塞5m、3m、383m。增加了完井周期并延長鉆井液對(duì)油層的浸泡時(shí)間。經(jīng)過近幾年水平井配套技術(shù)的發(fā)展,該工藝存在以下問題需解決。(1)篩管在下井中由于刮拉下井壁,對(duì)縫隙容易堵塞。若采用酸洗方法,其作業(yè)時(shí)間較長。(2)完井管柱設(shè)計(jì)不合理,篩管下井過程中無法建立循環(huán)。(3)完井液中的架橋粒子在完井期間就要及時(shí)進(jìn)行解除。3.1這些因素是由裂縫形成的3.1.1篩管井壁刮緊較好的完井液能在井壁上形成薄而韌的濾餅。篩管從井口下入井底通過對(duì)井壁的刮、拉,虛濾餅被篩管刮掉,管縫將被濾餅糊住。加之油田篩管完井無法與井底建立循環(huán),管內(nèi)處于“真空”狀態(tài),因此篩管外壁上的濾餅會(huì)很快形成,細(xì)小的砂粒被夾在縫隙處,形成永久堵塞。3.1.2低滲透油氣藏的工具井中,篩管易犯,易堵塞,易管道設(shè)計(jì)以硬在采油過程中,原油中所含蠟質(zhì)、瀝青等雜物一起通過管縫流進(jìn)井筒。對(duì)于水平井采油泵掛深度受到井眼曲率的限制,采油泵無法下入彎曲段,造成采油要有較高的動(dòng)液面。因此,篩管在油品物性差的井中更易堵塞。對(duì)低滲透采油指數(shù)不高的油藏其蠟質(zhì)、膠質(zhì)對(duì)管縫堵塞更加嚴(yán)重。因?yàn)楹Y管縫隙分布得越多油流入井的速度越小,加之縫隙光潔度低的原因,原油中蠟、瀝青等雜質(zhì)越易在管縫處堆積,久而久之便將管縫堵死。3.2水力解堵增加利用水力沖刷配合酸溶性解堵劑的方法加以解決。目前解堵方法采用分段注酸解堵分段試油的方法,其勢必增加作業(yè)時(shí)間和成本。水力解堵是利用在完井管柱中下入一套內(nèi)管柱。內(nèi)管柱有一套擴(kuò)張封隔器,在擴(kuò)張封隔器上有兩套皮碗,在皮碗的中間裝有可噴射的噴嘴。通過上提內(nèi)管柱在擴(kuò)張封隔器皮碗的密閉區(qū)間內(nèi)酸溶液體對(duì)篩管的縫隙進(jìn)行沖洗,并在水平段充滿干凈的酸溶性液體。也可利用擴(kuò)張封隔器進(jìn)行多管外封隔器的膨脹作業(yè)和管外注水泥作業(yè),減少鉆水泥塞時(shí)間及鉆井液對(duì)油層的浸泡時(shí)間。4改進(jìn)后的鉆孔管柱在吸收國外完井管柱技術(shù)基礎(chǔ)上自行開發(fā)設(shè)計(jì)了不留塞選擇性完井工藝技術(shù),并增加了割縫管水力解堵技術(shù)。4.1外封隔器、外封隔器〉152引鞋+〉139.7套管+〉139.7篩管若干根+〉139.7套管+〉139.7管外封隔器+〉139.7套管+〉178分注接箍+〉139.7套管+〉244.5×〉139.7懸掛器。4.2內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)〉121開關(guān)總成+〉128擴(kuò)張封隔器+118定位機(jī)構(gòu)+〉73油管若干根+〉90承壓座+懸掛器中心器。4.3管柱開泵、壓泵、分注接再壓縮放出液管至井底(1)下完井管柱前,充分循環(huán),并在水平。(2)井眼內(nèi)替入對(duì)油層無傷害的優(yōu)質(zhì)完井液。(2)將設(shè)計(jì)好的外管串結(jié)構(gòu)下入預(yù)定位置,坐于井口。(3)下入內(nèi)管串,插至外管串底。(4)將懸掛器與外管柱套管上扣擰緊,當(dāng)鉆桿下到井底預(yù)定位置,開泵循環(huán)兩周。(5)投入承壓膠塞,慢慢開泵,使內(nèi)管柱內(nèi)建立壓力,剪斷懸掛器銷釘坐掛懸掛器。證明懸掛器坐掛后,倒扣上提內(nèi)管柱2m～3m,再加壓,開泵憋壓剪斷承壓座。(6)緩慢上提內(nèi)管柱,使擴(kuò)張封隔器上、下皮碗封隔篩管并不停地反復(fù)沖洗,沖洗液采用無傷害優(yōu)質(zhì)酸溶性完井液。(7)上提皮碗封隔器使定位短接定位封隔器外封隔器,打壓,完成管外封隔器膨脹。(8)上提內(nèi)管柱,打開分注接箍,使皮碗封隔器上、下皮碗封隔分注接箍,慢慢開泵,建立循環(huán),泵入計(jì)量好的水泥漿。(9)上提內(nèi)管柱到分注接箍以上50m～100m,將多余水泥漿洗出。(10)將內(nèi)管柱取出,關(guān)井候凝。5其他水平井工具配套工具包括皮碗封隔器、分注接箍、定位機(jī)構(gòu)、開關(guān)鉤等。這類工具在這幾年水平井發(fā)展中應(yīng)用較多,在國內(nèi)具有獨(dú)創(chuàng)性。本研究只對(duì)油田〉139.7規(guī)格進(jìn)行了設(shè)計(jì)。5.1井篩解堵皮碗封隔器適用于篩管上部需注水泥或多封隔器完井或篩管解堵。工作原理:由內(nèi)管串送入到管外封隔器或分注接箍位置,使上下皮碗封隔住管外封隔器或分注接箍,實(shí)現(xiàn)封隔器膨脹或注水泥作業(yè)。5.2注水泥的循環(huán)流通分注接箍連接在外管串需要注水泥位置,以實(shí)現(xiàn)注水泥建立循環(huán)流通作用。工作原理:其工作是純機(jī)械式的,由鉤體操作,上提內(nèi)管柱打開和關(guān)閉循環(huán)孔。5.3分注接再滑套鉤的工作原理開關(guān)鉤接在內(nèi)管柱皮碗封隔器下面,用于實(shí)現(xiàn)對(duì)分注接箍的關(guān)閉、打開。工作原理:4個(gè)鉤體分布在管體上,外徑大于分注接箍徑3mm～5mm,鉤體通過分注接箍滑套凹槽時(shí),鉤體與滑套凹槽嚙合,上提內(nèi)管柱迫使4個(gè)打開鉤合攏,強(qiáng)迫滑套下行,使循環(huán)孔外露。5.4定位設(shè)備定位機(jī)構(gòu)接在管外封隔器和分注接箍的下面,實(shí)現(xiàn)對(duì)管外封隔器和分注接箍的定位。6多管外封隔器組合完井工藝的展望