新型裸眼礫石充填工具在海上邊際油田的應用

傅文偉,張吉江,王明沖

(1.中海石油能源發展有限公司監督監理技術公司,天津 300452;2.塔里木油田公司,新疆庫爾勒 841000)

新型裸眼礫石充填工具在海上邊際油田的應用

傅文偉1,張吉江1,王明沖2

(1.中海石油能源發展有限公司監督監理技術公司,天津 300452;2.塔里木油田公司,新疆庫爾勒 841000)

為了滿足海上邊際油田的開發需要,開發了水平井裸眼礫石充填防砂完井技術。新型防砂管柱配合井下壓力控制工具,既能滿足裸眼礫石充填作業的需要,又能實現充填后不動管柱破膠作業。該技術已在海上某小型邊際油田成功應用。

海上邊際油田;裸眼完井;礫石充填;工具;井下壓力控制

Abstract:Horizontal well open-hole gravel packing was recommended for satisfying the development demand of offshore marginal field.The requirements of open-hole gravel packing were realized by applying new model gravelpacking tools and down hole pressure control tools,and the acid treatment could be performed at post pack in a single trip.The successful case histories indicated the reliability and applicability of those gravel pack and pressure control tools.

Key words:offshore marginal field;open hole completion;gravelpack;tool;down hole pressure control

海上邊際小型油田的開發受油藏規模及開發效益等限制,通常采取少井高產的開發模式,并要求盡可能延長修井周期,降低作業費用。在井型選擇上常利用水平井以增大油藏接觸面積,提高單井產量。礫石充填完井技術是目前應用廣泛的針對弱膠結易出砂地層的一種完井方式。水平井裸眼礫石充填完井一方面可以有效保持井眼穩定性,同時還能取得明顯的防砂效果。因此,應用裸眼礫石充填防砂完井的水平井能同時滿足防砂及邊際油田的開發需要,在邊際油田開發中越來越受重視。

經過國內外多年的研究,水平井裸眼礫石充填完井技術已經非常成熟,應用范圍不斷拓寬。充填技術已形成了井下壓力控制、層間隔離充填、帶流量控制工具礫石充填以及充填后不動管柱進行增產作業等工藝,以滿足油藏開發和井況需要[1-6]。

在渤海灣某海上小型邊際油田的開發中,引進了該項先進的防砂技術。結合油層保護技術、新型礫石充填工具及井底壓力控制技術,已經在多個區塊多個油組成功應用,滿足了現場作業和油藏開發的要求,取得了可觀的經濟效益和社會效益。同時也為同類區塊的開發提供了較好的借鑒。

1 礫石充填過程概述

礫石充填是在油氣井 (裸眼)中下入防砂工具及篩管,用地面防砂設備將一定濃度的砂漿經工作管柱泵人井內,經防砂轉換工具進入篩管 -裸眼環空,礫石就在此環空里沉積下來形成人工擋砂屏障,防砂篩管則擋住礫石進入生產。充填中的一部分攜砂液漏失進入地層,其余的經環空返至地面。

當使用低粘度的鹽水作為攜砂液時,水平井裸眼段內礫石沉降充填的過程一般包括前、后 2個階段,分別用α和β波表示。選用合適尺寸的篩管和沖管時,砂漿進入水平段后由于過流面積增大、流速降低,部分礫石在篩管-井眼環空底部沉積,并形成高度穩定的砂丘,礫石在砂丘前緣持續沉積,砂堤前緣不斷向井底推進,這個過程用α波來描述。當砂丘前緣到達篩管底部后,開始反向充填砂丘面與井眼之間的剩余部分,直至充填至篩管頂部,反向充填過程用β波描述。充填過程如圖1。

圖1 低粘度鹽水攜砂、高井斜井眼礫石充填過程

2 礫石充填技術及工具實現

受地層狀況、井眼長度和井下工具等多種因素的影響,水平井裸眼礫石充填存在著極大的風險性,甚至在有些極端情況下利用常規作業方法無法成功充填,這正是該項作業技術的難點。水平井裸眼礫石充填技術的設計與實施有 2個關鍵環節。

a) 充填過程中的井壁穩定和漏失控制完整穩固的濾餅既能保持裸眼井壁穩定,又能避免作業時過量的流體漏失。這一般要求設計合理的鉆井液和完井液體系,并始終保持 2.1～3.4 MPa(300～500 psi)水力靜壓差或循環壓力,同時要求在所有活動管柱時避免抽吸效應[3],可以通過調整完井液密度以及相應井下工具來實現。新型充填工具總成可以實現活動管柱時保持水力靜壓差,同時也可以防止抽吸效應,滿足保持濾餅完整性的要求[3-4]。該充填總成主要由頂部封隔器、充填總成、載荷指示以及相應坐封工具、充填轉換工具、防抽吸工具、移位工具以及載荷顯示定位工具等服務工具組成,如圖2所示。

b) 合理的泵注設計和充填排量要求,尤其是有效的井底壓力合理控制地面泵注的設計,包括攜砂液、混砂比、地面泵注排量等相關參數設計。為保證充填質量,一方面要求足夠的泵注排量避免礫石在管柱內堆積,同時需要有足夠的返出將礫石攜帶至井底,另外也要求井底壓力不能超過地層破裂壓力。因為一旦壓裂地層,將瞬時增大漏失,極易形成砂堵并導致提前脫砂。因此,存在一個泵注排量的操作窗口,在此窗口范圍內選擇合適的排量。但當某些極端情況下,例如極低破裂壓力或者較長水平段長度,使得這一操作窗口并不存在,這就需要在充填過程中利用合適控制技術和井下工具進行有效的井底壓力控制。

井底壓力控制工具主要有一種壓差轉向閥。該閥由壓差激動開啟,自動改變返出流路,減少返出摩阻,從而降低井底壓力。通過有效的壓差設計和合理的布置位置,可以有效控制井底壓力,并始終保持在地層破裂壓力之下[5]。配合井底壓力控制工具,可以進行常規方法所不能實現的充填。文獻[4]指出,通過合適的充填工具和過程控制,水平段長度超過 2 438 m(8 000英尺)的水平井已經成功充填。

由于油藏需要,在充填后要進行破膠作業。一般需要取出服務工具后重新下入破膠管柱。新型充填工具通過旁通轉換,人為改變轉換通路,可以實現充填后不動管柱進行破膠作業[4],可以節省可觀的作業時間和費用。新型充填工具作業示意如圖3所示。

圖2 礫石充填系統工具總成

圖3 新型充填轉換工具工藝示意

3 現場作業步驟

a) 刮管洗井,清洗管柱至返出濁度達到規定要求。

b) 替漿,正替無固相鹽水至合適深度。

c) 下防砂管柱至設計深度,連接地面設備管線并試壓合格。

d) 坐封封隔器,服務工具脫手。

e) 確定服務工具擠注、循環和反循環位置,并驗封頂部封隔器。

f) 在循環位置進行循環測試。

g) 礫石充填作業,直至出現脫砂壓力停泵。

h) 上提管柱至反循環位置,循環出管柱內多余的礫石。

i) 繼續上提管柱至合適位置,替破膠劑破膠,觀察漏失。

j) 起出服務工具,下入生產管柱。

4 應用實例

渤海某邊際油田 XX區塊的一口 φ215.9 mm(81/2英寸)水平井,井深 2 971 m,垂深 1 693 m,水平段長度 422.69 m,最大井斜 91°。設計下入外徑φ139.7 mm(5.5英寸)的優質篩管,采用 20/40目人工陶粒,利用密度 1.08 kg/dm3的 KCl鹽水作為攜砂液進行礫石充填完井。現場設計地面泵注排量0.97 m3/min(6.1 bpm),混砂比 59.92 kg/m3(0.5 ppa)。經理論計算,該排量下的最終地面壓力為10.34 MPa(1 500 psi),而地層破裂壓力為 6.90 MPa(1 000 psi)。作業中采用了壓差轉向閥技術進行井底壓力控制。在充填過程中,該轉向閥經壓差激動開啟,有效降低了地面充填壓力。從作業實施曲線 (圖4)上看,礫石充填的前后 2個階段非常明顯,并且地面充填壓力始終控制在破裂壓力之下。充填質量評價顯示,該水平井計算充填砂量 14 229 kg(31 369 lbs),實際充填砂量 14 205 kg(31 316 lbs),充填效率為 100%。

圖4 礫石充填作業實施曲線

反循環管柱內多余的陶粒后,上提管柱并實現旁通轉換然后正替破膠劑進行破膠作業。相比較常規的先取出服務工具再下破膠管柱程序,節省作業時間 12 h。

5 結論

1) 水平井裸眼礫石充填完井技術能滿足邊際油田的開發需要。

2) 保持濾餅完整性及井底壓力控制是進行裸眼礫石充填的關鍵。

3) 始終保持水力靜壓差的新型充填工具既實現保持濾餅完整性,又實現了充填后不動管柱進行破膠作業。

4) 現場成功應用證明了該新型充填工具及井底壓力控制工具的適用性和可靠性。

[1] Stephen P Mathis,Luiz A G Costa,Andrea N de Sa,et al.Horizontal Gravel Packing Success fully Move to Deepwater Floating Rig Environment[R].SPE 56783,1999.

[2] Penberthy W L,Bickham KL,Nguyen H T,et al.Gravel Placement in Horizontal Wells[R]. SPE 31147,2000.

[3] Leo E Hill,ArthurBarreto Coutinho Neto,Gene Ratterman,et al,Completion Tools Proven Successful in Deepwater Frac Packs and Horizontal Gravel-Packing[R].SPE 74492,2002.

[4] Lorenz M,Ratter man G,Martins F,et al.Advancement in Completion Technologies Proves Successful in Deepwater Frac-Pack and Horizontal Gravel-Pack Completions[R].SPE 103103,2006.

[5] Martin P Coronado,GrayCorbett T.Beta-wave Pressure Control Enables Extended-Reach Horizontal Gravel Packs[R].SPE 71668,2001.

[6] 周思宏.疏松砂巖油藏膨脹篩管裸眼防砂技術[J].石油礦場機械,2007,36(4):80-83.

Field Application of New Model Gravel Pack Tool for Horizontal Well Completion

FU Wen-wei1,ZHANG Ji-jiang1,WANG Ming-chong2
(1.Supervision&Technology Co.,CNOOC Energy Technology&Services Co.,Ltd.,Tianjin300452,China;2.PetroChina Tarim Oilfield Com pany,Korla841000,China)

TE953

B

1001-3482(2010)05-0046-04

2009-10-15

傅文偉 (1981-),男,江西人,2004年畢業于大慶石油學院石油工程專業,目前從事完井監督工作。