單趟循環下泵完井技術在加拿大油砂井的應用

連吉弘，胡偉杰，朱海峰，蔣凱，郭魯(中國海洋石油國際有限公司，北京 100027)

0 引言

加拿大油砂資源極為豐富，占到了原油總產量的46%，目前，油砂開采技術主要為蒸汽輔助重力泄油技術(SAGD)，加拿大某區塊油田已投產15個PAD共121個生產井對，采用雙水平井的井對形式開發，已投產井單井產量在50～400桶/天。油砂SAGD開發技術目前在世界前列，但還面臨一些技術難題，例如儲層埋深淺，水垂比在6以上，造斜難度大，套管和生產管柱下入難度大，SAGD井完井管柱和工藝復雜，注入階段轉入生產階段需要更換管柱等等。油砂完井工藝的復雜程度直接影響石油鉆探開發的效益和安全[1-3]。其中，油砂井大多需要循環加熱再生產，如果將循環加熱和生產分步驟進行作業，將導致作業時長的顯著增加，無法保證作業安全[4]。在加拿大油砂區塊，大多數油藏的粘度高，流通性能較差，往往需要進行循環加熱再生產，常規的完井設計方式需要進行兩趟下入作業，明顯的增加了作業時長和降低了生產效率。

目前，已有學者研究了SAGD技術[5]。初步實踐表明，可以通過SAGD技術優化完井工藝，但這項技術并不能顯著的降低作業時效和提高作業安全，本文基于綜合調研分析，設計了一項單趟循環下泵完井技術，并且通過QFlow軟件進行了水力學模擬試驗，研究了該項技術對油藏生產的影響，并且在加拿大的24口油砂井進行了成果應用，為進一步優化油砂完井工藝設計提供指導。

1 SPC技術

1.1 SPC技術創新

SPC完井技術是一項只需鉆機進行一趟下入作業就可以在完井階段進行流通和轉換，而傳統的完井設計需要鉆修機進行兩趟作業。通過SPC完井技術，減小了電潛泵(ESP)在井筒的尺寸，使電潛泵可以在循環階段完成安裝，而不是像傳統設計那樣在SAGD轉換階段運行，通過在連接電潛泵的生產管柱上增加連續油管可開關的滑套，使循環過程中蒸汽的回流通過套管。當該井準備轉為SAGD階段時，只需將開啟滑套移動到關閉位置即可完成轉換，不需要鉆機進行SAGD轉換作業，并且更重要的一點是SPC完井技術設計的油管尺寸和長度完全滿足蒸汽流量進行充分的循環和SAGD階段。

下圖是傳統的完井設計和SPC完井設計的關鍵步驟示意圖，其中圖1是傳統完井設計在循環階段作業示意圖，圖2是傳統完井方式在SAGD階段的作業情況，圖3是SPC設計在循環階段示意圖，圖4是SPC設計換為SAGD生產模式示意圖。

1.2 SPC技術設計

(1)電潛泵系統。選擇的電潛泵(ESP)系統是一臺400系列泵，最高可輸送900 m3/d。400系列電潛泵的最大外徑為127.8 mm，最大工作溫度為220 ℃。

圖1 傳統完井設計的循環階段

圖2 傳統完井設計的SAGD階段

圖3 SPC設計的循環階段

圖4 SPC設計的SAGD階段

(2)完井管柱。有兩根平行管柱，一根在400～600 m 處，另一根在1 300～ 1 500 m 處。短管柱主要由88.9 mm 13.7 kg/m螺紋和耦合油管組成，用于回流(循環)。下入的長管柱由從地面到趾部的88.9 mm沖洗接頭油管組成，用于蒸汽循環，并作為儀表線圈管柱的導管。88.9 mm的平接油管是最大的管柱，它可以與244.5 mm套管內的400系列泵并行運行，因此可以為管柱的蒸汽注入提供最小的摩擦壓降。

(3)井口頭和采油樹系統。在井口平行懸掛兩根管柱，一根是ESP生產管柱，另一根是注入管柱。在井口，兩根管柱都有73 mm 的連接，但是在井口下方，管柱被連接到88.9 mm 的連接。該系統可以將電潛泵(ESP)從安裝在趾柱內的連續油管儀器中獨立回收。在343 ℃的條件下，整個井口系統的額定壓力為9 859 kPa。井口下部懸掛器的井徑為146.1 mm，可以讓400系列ESP系統通過。

(4)水力模型。通過Q-flow軟件對井眼進行兩組模擬，將最理想的井眼軌跡和最不理想的井眼軌跡考慮在內，將傳統的完井方式的循環參數應用到這個SPC完井方式進行模擬，兩種模擬均用3-1/2″管串。

2 SPC技術和DSAGD技術對比

在加拿大的油砂開采中，并沒有很多其他公司采用這種方式進行創新。最具競爭力的技術是某公司團隊完成的DSAGD技術。中海油SPC設計在成本上更具競爭力，在運營上也更成功[6-8]。例如：某公司有一組DSAGD井，在開始使用蒸汽后的六個月內，所有的電潛泵都必須更換，因為在DSAGD完井設計中，蒸汽循環要經過電潛泵，而SPC設計中沒有這樣做。SPC完井技術在循環階段只需要通過開關滑套打開，蒸汽通過注入管柱經過儲層，然后通過滑套開關處進入完井管柱返還地面，這種循環方式蒸汽不需要經過電潛泵，因此不會對電潛泵產生損壞。DSAGD技術的蒸汽通過注入管柱進入到儲層中，然后通過套管環空返還到地面。

表1 三種完井技術對比

通過表1對比可知道，傳統完井方式需要使用兩趟下入，而SPC完井技術和DSAGD完井技術只需要一趟下入，傳統完井方式和SCP完井技術需要連續油管作業，而DSAGD完井技術不需要，SPC完井技術不需要下尾管方式進行作業，SPC完井技術和DSAGD完井技術將電潛泵改成小尺寸規格方便一次下入，通過三種方式對比，SPC完井技術的成本遠遠低于傳統完井方式和DSAGD完井方式。

3 現場應用

(1)應用情況。目前，SPC設計已在2018年第一季度至2020年第一季度的3個項目階段的24口油砂加密開發井中成功實施。加密SPC完井項目完成了24口井，跨越了項目執行的三個階段：加密第一、第二和第三階段。

(2)應用效果。SPC技術比常規技術效率更高，節省了38天作業時間，平均單井節約1.6天，縮短了油砂井投產周期，加快了整個項目進度。節省了96 000人工時，平均單井節省4 000人工時。減少了一次修井機的使用，采用更簡單風險更低的連續油管作業(開關滑套)，材料費降低(小尺寸電泵，減少scab liner等)，24口井(共三期)節省完井費用約30%。

4 結語

(1)SPC完井技術在井眼，單井減少一趟管柱作業，縮短作業施工周期，顯著的提高了作業安全和時效，降低了單井成本。

(2)現場應用表明，根據設計的SPC完井工藝進行循環加熱和生產技術很好的指導現場的施工作業，提高作業效率，保證了作業安全和降低單井成本。

(3)加拿大油砂區塊油藏粘度較高，流通性較差，通常需要進行循環加熱再生產技術，因此該技術具有廣闊的應用前景。