水平井裸眼集膠防砂工藝研究

水平井裸眼集膠防砂工藝研究

勝利海事島的油田包括兩個(gè)區(qū)塊：自營(yíng)區(qū)和合作區(qū)。自營(yíng)區(qū)水平井防砂以裸眼掛濾為主,初期平均單井日產(chǎn)液71t/d,日產(chǎn)油58.2t/d,平均含水18%;合作區(qū)水平井單井產(chǎn)能是自營(yíng)區(qū)的5倍多。為了查找差距,自營(yíng)區(qū)篩選4口水平井進(jìn)行提液試驗(yàn),提液后平均單井日增液34.7t,日增油13t,但水平井提液后出砂加劇,CB1FB-P1井提液到220t/d時(shí)濾砂管破損,而相鄰區(qū)塊國(guó)外公司實(shí)施的側(cè)鉆水平井單井液量達(dá)到312t/d未出砂。分析出砂原因:一是水平井采用濾砂管防砂,擋砂能力弱;二是水平井防砂后未進(jìn)行酸洗清除濾餅,局部高強(qiáng)度產(chǎn)液造成濾砂管刺破。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),合作區(qū)側(cè)鉆水平井采用裸眼優(yōu)質(zhì)篩管充填防砂,防砂后進(jìn)行酸洗,下入深錘公司電泵,地面變頻控制,電泵排量200~800m3/d,水平井完井全部采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。通過優(yōu)化方案設(shè)計(jì),2009年在CB22G-P2井全部采用國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)行水平井裸眼礫石充填防砂完井獲得成功,形成了以水平井裸眼礫石充填防砂、分段酸洗工藝和變頻控制大泵生產(chǎn)為代表的水平井大泵提液配套技術(shù),與國(guó)外技術(shù)相比,效果相差不大,但費(fèi)用只有國(guó)外的1/4。1延長(zhǎng)油井表皮系數(shù)水平井裸眼礫石充填是在篩管與裸眼環(huán)空處形成高滲透擋砂屏障,有利于減緩或避免篩管堵塞,同時(shí)降低近井表皮系數(shù),延緩底水錐進(jìn),防砂有效期長(zhǎng),延長(zhǎng)油井壽命。CB22G-P2井利用底部循環(huán)充填防砂工藝,用適當(dāng)排量和砂比攜砂液,將鉆井井眼與優(yōu)質(zhì)篩管之間環(huán)空用陶粒一次充填均勻,形成連續(xù)穩(wěn)定的高強(qiáng)度砂體,阻止地層砂向井筒運(yùn)移,從而解決出砂問題。1.1抗砂管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)1.1.1石的要求。請(qǐng)石更縫隙尺寸是防砂管柱最重要的設(shè)計(jì)尺寸,原則上應(yīng)能滿足擋住最小充填礫石的要求。對(duì)于CB22G-P2水平井?215.9mm裸眼,選用勝利海上應(yīng)用成熟的精密微孔復(fù)合濾砂管,外徑160mm,篩管擋砂精度150μm,基管為外徑139.7mm的N80鋼級(jí)打孔套管。1.1.2提高充填效率實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),只要采用較大直徑的沖管,使沖管外徑與篩管內(nèi)徑之比(簡(jiǎn)稱沖篩比)大于0.6后,充填效率開始急劇上升,提高到0.8以上,充填效率可以超過95%,可滿足防砂需要。這是由于沖篩比提高,沖管與篩管之間的環(huán)空過流面積變小,環(huán)空內(nèi)液流的流動(dòng)阻力增大,迫使攜砂液盡量在篩管與套管的環(huán)空內(nèi)運(yùn)動(dòng),從而不斷沖刷“砂丘”使之向下延伸,把礫石送到井底,完成充填。為此沖管選擇?88.9mm油管,沖篩比為0.733。1.1.3砂管+133.7mm水平井施工管柱水平井裸眼充填防砂管柱結(jié)構(gòu)為:尖母絲堵+RF-154底部充填酸洗服務(wù)器+?158mm精密防砂管+?208mm剛性扶正器+?139.7mm套管+Y445-208mm水平井懸掛封隔器+?127mm鉆桿施工管柱。設(shè)計(jì)充填工具時(shí)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),在充填工具外增加導(dǎo)流罩,使以前充填孔出來的徑向流動(dòng)改為與篩管中心線方向的同軸向流動(dòng),避免液流直接對(duì)地層的沖擊,防止地層坍塌。1.1.4井產(chǎn)能影響較礫石充填防砂設(shè)計(jì)中,選擇合理的礫石尺寸是防砂成功的關(guān)鍵之一。較大的礫石尺寸有利于獲得較高的產(chǎn)能,但會(huì)導(dǎo)致地層砂侵入礫石層;較小的礫石尺寸擋砂效果好,但對(duì)油井產(chǎn)能的影響較大。因此需要從砂侵和產(chǎn)能兩個(gè)方面綜合考慮,優(yōu)選出既能避免嚴(yán)重砂侵,又能獲得較高產(chǎn)能的最佳礫石尺寸。結(jié)合海上的生產(chǎn)實(shí)際,考慮到該區(qū)的地層砂分布不均勻(CB22-25區(qū)塊館陶組粒度中值為0.14mm),因此施工用礫石選用0.425~0.85mm、20/40目陶粒。采用密度較小的礫石,顆粒重力影響減弱,可以使其在較低排量下仍可以有效在水平段推進(jìn),并且較低的排量可以有效降低摩阻,降低井底施工壓力,避免因井底施工壓力過高導(dǎo)致地層破裂引起局部砂堵導(dǎo)致充填失敗。1.1.5攜帶砂液黏度設(shè)計(jì)為了保證充填作業(yè)過程中裸眼井壁的穩(wěn)定,充填攜砂液的密度要求與鉆井液密度一致,并且為了防止地層黏土膨脹,通常加入一定比例的氯化鉀溶液并用鈉鹽或鉀鹽加重。CACB22G-P2井設(shè)計(jì)攜砂液密度1.10g/cm3,黏度50~60mPa·s。開展水平井充填效率試驗(yàn)(見圖1、圖2)。由圖可看出,適當(dāng)提高攜砂液黏度能提高充填效率,這是因?yàn)殡S著黏度增加其攜砂能力也隨之增強(qiáng);提高攜砂液密度和排量都有利于增加液流的動(dòng)能,提高了液流對(duì)礫石“砂丘”的沖刷能力和對(duì)砂粒的攜帶能力,更容易使“砂丘”向井底延伸和發(fā)展,改善充填效率。1.2mpas泵壓下降先酸洗施工管柱,再進(jìn)行循環(huán)充填測(cè)試,攜砂液采用密度1.10g/cm3、黏度50~60mPa·s的增稠液。剛開泵循環(huán)壓力14MPa,隨后泵壓下降至4MPa。開始循環(huán)充填,排量1m3/min,砂比8%,按照井眼擴(kuò)大10%計(jì)算環(huán)空加砂3.6m3,實(shí)際加砂3.66m3后壓力由2MPa升至21MPa,停泵,反洗井,結(jié)束施工,起出充填管柱。2井檢測(cè)技術(shù)的支持2.1分段硫酸管柱管柱裸眼井壁濾餅是否穩(wěn)定是水平井裸眼礫石充填的關(guān)鍵,否則充填時(shí)一旦發(fā)生大量漏失,充填防砂難以成功。因此鉆井采用天然高分子防塌鉆井液,正壓鉆井,形成穩(wěn)定的濾餅,而在充填后應(yīng)對(duì)油井進(jìn)行酸洗消除濾餅的傷害。勝利海上油田除了在2口水平井使用連續(xù)油管進(jìn)行酸洗外,其余水平井都沒有進(jìn)行酸洗。這主要是因?yàn)?個(gè)方面矛盾:一是連續(xù)油管酸洗配套設(shè)備相對(duì)較多,而勝利海上的作業(yè)平臺(tái)空間相對(duì)狹小,應(yīng)用時(shí)還需酸洗船舶與之進(jìn)行配合,易受天氣影響;二是由于海上老區(qū)地層壓降大,酸液漏失到地層易造成二次污染,并且海上酸液返排困難;三是水平井采用籠統(tǒng)酸化效果不理想,由于酸液反應(yīng)速度快,易在個(gè)別位置造成突破,不能實(shí)現(xiàn)全水平段均勻布酸。為此研究了分段酸洗工藝,酸洗擠注管柱(自下而上):單向流動(dòng)閥+K344-115封隔器+RF-PQ114分段噴射器30m+K344-115封隔器+?88.9mm倒角油管470m+?88.9mm油管(到井口),按每30m一個(gè)臺(tái)階進(jìn)行擠酸(分6個(gè)臺(tái)階),每個(gè)臺(tái)階擠注酸量5m3,將所需酸液分別擠入地層,清洗鉆井液濾餅。該管柱特點(diǎn):利用水力壓差式節(jié)流封隔器,分段處理裸眼地層鉆井液濾餅和地層中的固相顆粒,能夠?qū)崿F(xiàn)分段噴射均勻布酸,提高酸化效果。CB22G-P2井篩管覆蓋井段164m,按照0.25m3/m設(shè)計(jì)酸液用量,選用MGFA-10復(fù)合緩速酸液40m3。2.2kw電機(jī)負(fù)荷由于目前海上平臺(tái)最高電壓等級(jí)是1260V,最大滿足78kW電機(jī)負(fù)荷要求,因此下250m3大泵。泵掛深度1380m(垂深1309m左右),揚(yáng)程1400m,采用帶電機(jī)導(dǎo)流罩的電泵機(jī)組,以提高電機(jī)外部井液流速,提高電機(jī)散熱作用。2.3砂拱穩(wěn)定性差油井生產(chǎn)時(shí)地層砂隨著油流從地層進(jìn)入井筒,流入射孔孔眼處可自然堆積,形成具有一定承載能力的砂拱,類似于橋梁的橋拱,可進(jìn)一步防止地層出砂,提高地層滲透性。但是砂拱的穩(wěn)定性受水侵、氣侵、壓差變化的影響,最常見的是生產(chǎn)壓差波動(dòng)較大時(shí)改變破壞砂拱的穩(wěn)定性,引起短期內(nèi)突發(fā)性的大量出砂,嚴(yán)重的砂埋油層造成躺井。為此,采取變頻配套小油嘴投產(chǎn),開井期間緩慢放大生產(chǎn)壓差,形成穩(wěn)定的砂拱,防止生產(chǎn)壓差突然發(fā)生較大變化破壞砂拱的穩(wěn)定性,確保大泵長(zhǎng)期高效提液。3交流油敞井,控制產(chǎn)量CB22G-P2井2009年6月29日完井,下250m3電泵,采用變頻配套油嘴投產(chǎn),采用35Hz頻率開井,?6mm油嘴控制產(chǎn)量,日產(chǎn)液104t,日產(chǎn)油91.5t,含水12%。對(duì)比區(qū)塊初期平均單井日產(chǎn)液提高46%,日產(chǎn)油提高57.2%,含水降低33%,提液增油效果顯著。4發(fā)展海上平臺(tái),優(yōu)化酸液配方,提高均勻布酸效果(1)勝利海上單井使用的水平井掛濾防砂不能滿足大泵提液的要求,提液后出砂加劇。為此采用了水平井裸眼礫石充填工藝,取得了提液增油的良好效果。CB22G-P2井的實(shí)施成功為該技術(shù)在勝利海上油田推廣應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。(2)配套的