哈薩克斯坦S油田淺層水平井完井工藝

何漢平　翁行芳　張塏莘　付道明　韋代延　吳俊霞（.中石化石油工程技術研究院，北京　000；.中石化國際石油勘探開發有限公司，北京　000；.中海油能源發展工程技術公司，天津　0045）

哈薩克斯坦S油田淺層水平井完井工藝

何漢平1翁行芳2張塏莘3付道明1韋代延2吳俊霞1
（1.中石化石油工程技術研究院，北京100101；2.中石化國際石油勘探開發有限公司，北京100101；3.中海油能源發展工程技術公司，天津300452）

為了提高哈薩克斯坦S油田單井產量，開展了水平井完井工藝研究。利用Joshi公式計算不同水平井段長度下的油井產能變化趨勢，優選了水平井段長度范圍；利用出砂量、儲層的聲波時差數據、孔隙度等參數，綜合評價了水平井井眼穩定性，認為S油田水平井必須采用適度防砂工藝；通過分析儲層溫度、黏土含量等因素和現有水平井防砂完井方式現狀，認為S油田水平井不適合采用化學防砂方法，只能采用割縫篩管防砂方法；結合S油田代表性井的砂樣粒度分布分析結果，對篩管縫寬進行優化設計，確定最終篩管縫寬值為0.6 mm。設計的水平井完井工藝在S油田進行了4口井的現場應用，其中S-431H和S-432H水平井產量達到垂直井的2.5～3倍，S-614H和S-615H水平井產量達到同油田垂直井的8～10倍，取得良好的增產效果。

哈薩克斯坦；淺層油藏；水平井；完井工藝；割縫篩管防砂

哈薩克斯坦S油田淺層油藏埋藏深度500 ～ 800 m，平均孔隙度25.0%，平均滲透率290 mD，屬于淺層、高孔、中高滲、具有邊、底水砂巖油藏，具有地層壓力低、有效產層薄、單井產量低、出砂的特點。現有生產井主要采用垂直井下套管射孔完井，平均單井日產量低于10 m3。綜合評估認為現有完井工藝在一定程度上滿足垂直油井產能的發揮，但單一的直井下套管射孔完井，在一定程度上制約了油田產能的發掘。研究和實踐表明，對于低產能儲層，水平井完井方法是一種有效提高產量的方法［1-5］。一般來說，如果水平井實施成功，其產量是直井的3～5倍或更高。針對S油田直井單井產量較低情況，開展了水平井完井技術研究。通過水平井產能預測［6-7］確定水平井段長度，通過出砂分析確定井底結構，通過室內實驗研究確定防砂參數，提出了針對S油田的水平井防砂完井工藝。

1　水平井段長度優化設計

采用修正后的Joshi公式［8］，利用S油田實際參數，計算不同水平井段長度下的油井產能變化趨勢，從而進行水平井段長度優化設計。

式中，Jsi為完井水平井采油指數，m3/（d·MPa）；kh為儲層水平向滲透率，μm2；h為油層厚度，m；Bo為原油體積系數；μo為原油黏度，mPa·s；α為水平井泄油橢圓的長半軸，m；L為水平井的水平段長度，m；β為儲層各向異性系數，β=kh/kv；δ為水平井井眼偏心距，m；rw為井眼半徑，m；S為總表皮因數。

S油田水平井產能預測采用的信息和基本參數：巖石類型為砂巖，孔隙型結構；井眼半徑149.225 mm，井筒方位角280°，原油黏度40.9 mPa·s，油層厚度6 m，垂直向滲透率400 mD，水平向滲透率400 mD，原油體積系數1.083，水平井井眼偏心距0.1 m，相鄰直井表皮因數S為0，設計生產壓差1.5 MPa。

不同水平段長度下的產能預測結果見圖1。可以看出，當水平段長度小于200 m時，產能增加較快，當水平段長度大于200 m后產量增加速度明顯降低。模擬結果表明，水平井水平井段長度控制在200 m內較為合適，且水平井的產量為直井的2～3倍。

圖1　不同水平段長度下的產能預測

2　水平井井底結構設計

S油田試采過程中部分井出砂，試采出砂量0.1%～0.2%，高于國際防砂標準0.03%～0.05%。采用了地層孔隙度法和組合模量法［9-10］對S油田儲層進行出砂預測分析。S油田淺層儲層孔隙度大于20%，潛在中等以上程度出砂風險；利用S油田3口井的測井資料，計算了儲層巖石的組合彈性模量，數值均小于2.0×104MPa，說明該油田存在嚴重出砂風險。因此，S油田水平井需要考慮防砂工藝。

S油田水平井防砂方法設計主要考慮了儲層溫度、黏土含量等因素。S油田含油層系為中三疊統，巖性以細砂巖為主，主要含油層泥質含量3%～10%，地溫梯度1.55～1.99 ℃/100 m（地面溫度為16 ℃），700.0 m深度測得靜溫為26.0 ℃。綜合上述考慮因素，S油田主要儲層溫度低于50 ℃，不適合采用化學防砂方法，只能采用機械防砂方法。

目前水平井常用防砂方法有水平井割縫篩管或繞絲篩管防砂、水平井精密微孔復合篩管防砂、水平井礫石充填防砂等［11-12］，其中割縫篩管完井方式在水平井應用中占主導地位。割縫篩管完井優點：一是割縫篩管完井滲流面積大，流動阻力小，可滿足大排量生產的需要；二是油層段不固井，提高了井底完善程度；三是篩管完井不污染油層，同時節省射孔費用。因此，S油田水平井在開發中早期設計用割縫篩管防砂井底結構。井底管柱組合（自下而上）：引鞋＋洗井閥總成＋割縫篩管串＋短套管＋固井盲板＋裸眼膨脹式封隔器（兩級）＋套管＋水平井液壓分級箍＋套管。

3　割縫篩管縫寬設計和室內實驗

3.1縫寬設計

根據粒度分析報告繪制粒度分布圖，根據粒度分布數據確定縫寬范圍值，再通過室內優化實驗確定最終縫寬［13-14］。縫寬范圍確定是根據砂粒在縫眼外形成“砂拱”的條件：割縫寬度不大于占累計重量10%的對應砂粒直徑的兩倍，即e≤2dl0。根據S油田具有代表性井408井的砂樣粒度分布分析結果得出儲層砂d10值為0.2～0.4 mm，選擇縫寬為0.5～0.7 mm。

3.2縫寬優選實驗

對上述設計的篩管縫寬范圍細分為0.5 mm、0.6 mm、0.7 mm等3個等級，進行再優化實驗設計。使用的實驗設備為石油大學研發的防砂專用設備。該設備在不考慮儲層的孔滲特性的情況下，利用配置好的油砂混合液進行循環，控制流量與壓差，加快防砂管的堵塞進程，可以通過實驗室內短短的幾個或十幾個小時來模擬防砂管在井下幾個月或幾年的堵塞程度，從而實現了不同特性防砂管的抗堵能力評價。實驗結果見表1。

表1　割縫篩管實驗數據

實驗結果表明，縫寬為0.6 mm的割縫篩管，在設定的實驗壓差下，其砂流量比縫寬為0.7 mm的割縫篩管的砂流量低，而縫寬為0.5 mm的割縫篩管實驗時出現堵塞現象。通過上述實驗，確定S油田割縫篩管縫寬為0.6 mm。

4　現場應用

2013—2014年，在S油田進行了4口水平井現場試驗。4口井均采用水平井裸眼下割縫篩管的完井方式，S431H、S432H井水平段長100 m， S614H、S615H井水平段長為200 m，水平井段均采用?215.9 mm的鉆頭鉆井，割縫篩管直徑為139.7 mm、壁厚為7.72 mm、鋼級為N80。割縫篩管之上設置分級箍、雙裸眼封隔器、盲板，進行水泥固井，封隔目的層之上的氣層。

S431H設計日產液量為28 m3/d（?6 mm油嘴），投產時日產液量為41 m3/d（?6 mm油嘴），且一直穩產在40 m3/d左右；S432H設計日產液量為30 m3/ d，投產日產液量為42 m3/d（?6 mm油嘴），也一直穩產在40 m3/d左右，產量為同地區直井的2.5～3倍。S614H、S615H井投產后日產油均超過22 m3/d，和同區塊的直井單井產油2～3 m3/d相比，單井產量提高了8～10倍，取得了顯著的增產效果。

5　結論

（1）針對哈薩克斯坦S油田垂直井單井產量低的情況，提出了水平井完井工藝，并計算、優選了水平井段長度控制在200 m內較為合適。

（2）綜合評價了水平井井眼穩定性，認為S油田水平井必須采用適度防砂工藝，采用割縫篩管防砂方法，割縫篩管縫寬為0.6 mm。

（3）設計的水平井完井工藝在S油田進行了4口井的現場應用，水平井產量達到垂直井的2.5～10倍，取得良好的增產效果。水平井完井工藝在該油田具有較大的推廣價值。

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（修改稿收到日期2015-06-15）

〔編輯朱偉〕

Completion technology for shallow horizontal wells of S Oilfield in Kazakhstan

HE Hanping1, WENG Xingfang2, ZHANG Kaixin3, FU Daoming1, WEI Daiyan2, WU Junxia1
（1. Research Institute of Petroleum Engineering, SINOPEC, Beijing 100101, China; 2. International Petroleum Exploration & Production Corporation, SINOPEC, Beijing 100101, China; 3. Energy Technology & Services Limited, CNOOC, Tianjin 300452, China）

Research on well completion for horizontal wells is developed to improve single-well output of S Oilfield in Kazakhstan. Joshi Formula is used to calculate change trend of oil well capacity in different lengths of horizontal well segments, and length range of horizontal well segments is optimized. Borehole stability of horizontal wells is under integrated assessment by making use of sand production rate, interval transit time of reservoirs, porosity and other parameters, and proper sand control process is necessary for horizontal wells of S Oilfield. It is considered upon analysis of reservoir temperature, clay content and other factors as well as the current situation of sand control and well completion methods for the existing horizontal wells that chemical sand control method is not suitable for horizontal wells of S Oilfield, and only the sand control method of slotted sieve tubes can be adopted Optimization design is conducted for slot width of screen tubes in combination with sand sample size distribution analysis results for representative wells of S Oilfield, and final width of sieve tube slot is determined to be 0.6 mm. The designed well completion process for horizontal wells is put in field application for 4 wells of S Oilfield. The output of S-431H and horizontal well S-431H reaches 2.5-3 times of that of vertical wells, and the output of S-615H and horizontal well S-615H even reaches 8 times to 10 times oilfield, showing a sound yield-increasing effect.

Kazakhstan; shallow oil reservoirs; horizontal well; well completion technology; sand control by slotted sieve tubes

TE243

B

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0033 – 03

10.13639/j.odpt.2015.04.009

“十二五”國家科技重大專項“中東富油氣區復雜地層井筒關鍵技術研究”（編號：2011ZX05031-004）。

何漢平，1966年生。1989年畢業于華東石油學院石油工程專業，研究方向為油氣井完井工程，高級工程師。E-mail：840538223@qq.com。

引用格式：何漢平，翁行芳，張塏莘，等.哈薩克斯坦S油田淺層水平井完井工藝［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：33-35.