分段裸眼礫石充填完井

編譯:油艷蕊 (勝利石油管理局鉆井工藝研究院)

審校:嚴(yán)新新 (勝利石油管理局鉆井工藝研究院)

分段裸眼礫石充填完井

編譯:油艷蕊 (勝利石油管理局鉆井工藝研究院)

審校:嚴(yán)新新 (勝利石油管理局鉆井工藝研究院)

目前,許多深水井和高產(chǎn)井的完井方式多為裸眼完井,因?yàn)槁阊弁昃軌蚴褂蛯赢a(chǎn)能達(dá)到最大。然而,從目前的技術(shù)來(lái)看,缺乏有效油層防砂的井下控制技術(shù)。ExxonMobil公司在這方面擁有領(lǐng)先的工藝技術(shù),能更加準(zhǔn)確地模擬井下動(dòng)態(tài),并在完井和生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中提供井下控制?；谶@個(gè)初衷,早期的設(shè)備開(kāi)發(fā)是基于Alternate Path和 NAFPacSM礫石充填技術(shù)的成功,解決裸眼井中的水竄或氣竄,實(shí)現(xiàn)多層礫石充填完井。ExxonMobil公司與第三方供應(yīng)商合作設(shè)計(jì)應(yīng)用新的儀器設(shè)備以改進(jìn)油層封隔,擴(kuò)展礫石充填范圍,簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)程序。該過(guò)程包括工程設(shè)計(jì)、部件測(cè)試和全尺寸模型評(píng)價(jià)。該技術(shù)的首次應(yīng)用定在2008年初。本文介紹了最近開(kāi)發(fā)的防砂篩管設(shè)備,該技術(shù)能夠在裸眼礫石充填中真正實(shí)現(xiàn)層間分隔。該設(shè)備能夠封堵底水,有選擇性地完井或礫石充填目標(biāo)層段,實(shí)現(xiàn)多層裸眼完井,或隔離生產(chǎn)過(guò)程中的含氣/含水砂層。應(yīng)用該技術(shù)能延長(zhǎng)井的壽命,最終增加產(chǎn)量和可采儲(chǔ)量。

礫石充填 裸眼完井 分流防砂交替路徑濾砂管

1 背景

在偏遠(yuǎn)或深水環(huán)境中投資的持續(xù)成功需要有高產(chǎn)量、高產(chǎn)能和長(zhǎng)壽井做保證。在這些開(kāi)發(fā)建設(shè)中,經(jīng)常需要進(jìn)行大斜度鉆井和完井,以穿透多層產(chǎn)層并應(yīng)用防砂技術(shù)。儲(chǔ)層條件、井眼尺寸、預(yù)期生產(chǎn)性能都會(huì)增加成本并使作業(yè)復(fù)雜,還經(jīng)常限制了常規(guī)套管防砂技術(shù)的應(yīng)用。目前裸眼礫石充填完井得到普遍應(yīng)用,以連接長(zhǎng)井段的多個(gè)油層段并提高產(chǎn)能。

由于裸眼完井沒(méi)有射孔孔道,地層流體能從井眼四周360°匯合,因此消除了匯聚流及線性流經(jīng)礫石充填的孔道時(shí)所產(chǎn)生的附加壓降。由裸眼防砂完井所導(dǎo)致的壓降減小,事實(shí)上保證了該井比同樣地層未經(jīng)增產(chǎn)改造的管內(nèi)礫石充填井具有更高的產(chǎn)能。從作業(yè)上來(lái)說(shuō),裸眼完井技術(shù)避免了費(fèi)用昂貴的固井、射孔、洗井作業(yè),多層完井所帶來(lái)的復(fù)雜問(wèn)題,以及在一些地區(qū)追加套管或襯管的問(wèn)題。不過(guò),裸眼完井在設(shè)備安裝的適應(yīng)性、對(duì)井下地質(zhì)和油藏不確定性的控制方面不如常規(guī)管內(nèi)礫石充填技術(shù)。在裸眼完井中,作業(yè)人員要特別注意能否控制流體流入井眼,包括避免在安裝過(guò)程中被水淹或?qū)е掠蛯铀ソ?以及在生產(chǎn)過(guò)程中封堵不需要的水和氣。

1.1 獨(dú)立濾砂管

最近的技術(shù)進(jìn)展介紹了許多用于裸眼獨(dú)立濾砂管方面有效的設(shè)備選擇?？砂惭b裸眼井油層封隔器和流體控制設(shè)備 (如井下節(jié)流器)來(lái)恢復(fù)裸眼完井中的某些井下可控?fù)p耗。在遠(yuǎn)離庫(kù)頁(yè)島沿海的Chayvo開(kāi)發(fā)中,這些較新的技術(shù)被綜合應(yīng)用在以下情況中:①維持理想的生產(chǎn)動(dòng)態(tài);②減少油井出砂的可能性;③使不同儲(chǔ)層層面保持層間隔離。在這些開(kāi)發(fā)中,下入濾砂管穿過(guò)松軟層段以減少出砂的可能性;在高滲層段安裝流體控制裝置以延緩氣竄或水竄,并提高低滲層段的產(chǎn)量;下襯管穿過(guò)出砂可能性較小的致密層段,下入可膨脹封隔器隔離不同的層位。這種完井設(shè)計(jì)可滿足所有完井目標(biāo),節(jié)省大量成本 (約50%),與常規(guī)套管射孔完井設(shè)計(jì)相比,改善了作業(yè)性能。

裸眼獨(dú)立濾砂管最適用于高滲、分選良好砂巖儲(chǔ)層中的大角度井完井。不過(guò),在某些條件下使用獨(dú)立濾砂管可能會(huì)導(dǎo)致濾砂管堵塞、產(chǎn)能低甚至防砂失敗。如果遇到分選性較差和未膠結(jié)地層,礫石充填經(jīng)常是非常有效的。

1.2 循環(huán)水封隔

作業(yè)人員和服務(wù)公司介紹了井下控制技術(shù)在大斜度循環(huán)水封隔 (α-β)方面的應(yīng)用,與在獨(dú)立濾砂管中的應(yīng)用類似。α-β礫石充填被應(yīng)用在傾角大于60°的井筒中,并受到流速所控制的α波影響,在井身下側(cè)沉積為礫石層或沙丘。流體返排是應(yīng)用該技術(shù)成功完成礫石充填的關(guān)鍵。一旦α波到達(dá)井底,β波形成,流體進(jìn)入濾砂管,從井底到井口依次充填剩余的井眼。如果流體不能進(jìn)入濾砂管,井眼段就會(huì)未被充填或被“跳過(guò)”。因此,有可能會(huì)在礫石充填中人為形成部分孔隙,為礫石充填后下入裸眼油層封隔器留出了必要的空間。封隔器可提供近期和長(zhǎng)期的封隔能力,從而提高了裸眼完井的井下控制能力。循環(huán)水封隔技術(shù)的局限性在于很難消除在封隔器附近形成的α波,會(huì)留下高滲通道,下入封隔器后易受氣流或水流繞流的影響。類似的問(wèn)題存在于小角度循環(huán)水的封隔中,此時(shí)重力沉降會(huì)導(dǎo)致礫石充填在毗鄰封隔器的空隙中。由于不期望的水流或氣流體能輕易穿過(guò)高滲礫石層,因此會(huì)導(dǎo)致油層封隔失效。

1.3 交替路徑礫石充填

交替路徑礫石充填是裸眼或套管完井方法,適用于所有井斜角,可使不完全充填的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。該技術(shù)使用一種二級(jí)充填系統(tǒng)的分流管,在初始濾砂后能完全充填空隙。這個(gè)系統(tǒng)由兩類分流管組成,即輸送和充填,從外部連接到標(biāo)準(zhǔn)篩管設(shè)備上。輸送管沿著整個(gè)完井井段形成連續(xù)通道,將流體輸送到在每個(gè)篩管頂部都有分支的充填管內(nèi)。充填管上有間距約為1.83 m的噴嘴,可將礫石砂漿輸送到環(huán)空。典型的系統(tǒng)使用一種“2對(duì)2”設(shè)計(jì),在每根篩管上有2根輸送管和2根充填管。如圖1所示,矩形管柱和偏心橫截面篩管設(shè)計(jì)可使該組合的有效外徑最小。在裸眼井的應(yīng)用中,一個(gè)外部護(hù)罩覆蓋了整個(gè)裝置,在安裝過(guò)程中可以保護(hù)分流管。

圖1 交替路徑“2對(duì)2”濾砂管剖面

交替路徑礫石充填是通過(guò)泵注高黏砂漿將礫石輸送到井底。隨著流體從中心管環(huán)空滲入篩管,流體從井底充填到井口。如果流體過(guò)多地滲入地層裂縫或高滲砂巖,就可能在環(huán)空形成砂橋。充填繼續(xù)進(jìn)行,直到礫石覆蓋在濾砂管上部,初始充填結(jié)束。應(yīng)用常規(guī)技術(shù),礫石充填在初始充填后即終止,在過(guò)早形成的砂橋之下留下一些空間。應(yīng)用交替路徑充填技術(shù),充填繼續(xù)進(jìn)行,砂漿轉(zhuǎn)向輸送管并通過(guò)充填管分布在未充填或充填不足的層段中。在所有的層段處被完全充填后,壓力再次迅速上升,顯示充填結(jié)束。在實(shí)際作業(yè)中,使用分流管系統(tǒng)能夠成功充填全部層段。使用NAFPac的成功率為100%,這是一種交替路徑礫石充填技術(shù)的改進(jìn)裝置,在鉆井中使用非水基鉆井液,在Angola Block 15井長(zhǎng)井段裸眼礫石完井中已有介紹。

雖然常規(guī)應(yīng)用非常成功,但目前可供裸眼井應(yīng)用的交替路徑濾砂管完井方法在工藝和作業(yè)方面存在一些固有的局限性。主要體現(xiàn)在以下幾方面:

◇受分流系統(tǒng)的承壓能力和摩擦壓降的限制,充填長(zhǎng)度在975 m以內(nèi);

◇由于設(shè)計(jì)為偏心濾砂管,將裸眼油層封隔器與濾砂管組合較困難;

◇鉆桿連接較復(fù)雜 (須使用定向連接和交叉耦合沖擊鉆桿);

◇露天使用 (在裸眼井中須使用外部護(hù)罩以保護(hù)分流管)。

井下控制的改進(jìn)有利于在許多條件下使用交替路徑裸眼礫石充填技術(shù)。當(dāng)油層封隔器 (不可膨脹,皮碗式,帶分流旁通)被設(shè)計(jì)用于管內(nèi)交替路徑礫石充填時(shí),在裸眼井中有效的工具就不再適用。“2對(duì)2”交替路徑系統(tǒng)的偏心設(shè)計(jì)使其難以與同心裸眼封隔器組合使用,因?yàn)樵诘[石充填前可能會(huì)下入同心封隔器以封閉裸眼空間。

2 新型交替路徑濾砂管設(shè)計(jì)

需要對(duì)交替路徑工藝技術(shù)及其他改進(jìn)的完井工藝技術(shù)進(jìn)行持續(xù)的更新和組合,以適應(yīng)未來(lái)更具挑戰(zhàn)性的裸眼完井要求。

內(nèi)部分流交替路徑 (ISAP)技術(shù)是一種新型的改進(jìn)設(shè)計(jì),已開(kāi)發(fā)并證實(shí)能夠減少現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),大大擴(kuò)展現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用范圍。

(1)濾砂管和分流管道系統(tǒng)的機(jī)械與水力設(shè)計(jì)提高了裸眼井的礫石充填能力,裸眼段可長(zhǎng)達(dá)1 524 m。

(2)該產(chǎn)品設(shè)計(jì)為同心,可在礫石充填前與特別設(shè)計(jì)的外部層間隔離封隔器裝置相組合,提供準(zhǔn)確的油層封隔,同時(shí)在裸眼完井中完成礫石充填。

(3)濾砂管接頭之間獨(dú)特的連接有利于快速有效的現(xiàn)場(chǎng)裝配,不再需要定向連接和交叉耦合沖擊鉆桿。

(4)堅(jiān)固的機(jī)械設(shè)計(jì)不再需要配備外部保護(hù)罩。

為制造一種便于操作的分流系統(tǒng),已發(fā)現(xiàn)和解決了一些問(wèn)題:

◇充足的流動(dòng)能力、壓力完善性、內(nèi)部分流系統(tǒng)的耐沖蝕性;

◇濾砂管上的出口噴嘴間距合理;

◇流動(dòng)管匯可將充填管與輸送管之間的流體分流;

◇操作簡(jiǎn)單、可在鉆臺(tái)裝配的設(shè)計(jì)。

2.1 防砂

將ISAP濾砂管與繞絲篩管技術(shù)相結(jié)合,繞絲直接外加在中心管上。如圖2所示,直接繞絲技術(shù)被改進(jìn)成防砂篩管,在φ139.7 mm中心管上帶有高軸筋條 (20+mm),可形成足夠的支距以便于安裝繞絲下面的圓形分流管。該技術(shù)使得雙層篩管的機(jī)械性能更堅(jiān)固,不再需要配備外部保護(hù)罩,便于與裸眼封隔器對(duì)接。φ197.1 mm外徑的內(nèi)部分流濾砂管相當(dāng)于目前所用φ194.3 mm外徑的交替路徑濾砂管。

圖2 內(nèi)部分流交替路徑濾砂管剖面

2.2 連接

濾砂管單根之間的連接要求配備標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)的接箍。在制造過(guò)程中,同軸外套筒安裝在這個(gè)接箍外面,提供環(huán)狀導(dǎo)管或管匯以輸送濾砂管單根之間的分路流體。這種連接設(shè)計(jì)有利于簡(jiǎn)化鉆臺(tái)接鉆桿,與常規(guī)油管裝卸作業(yè)相類似。與現(xiàn)有的交替路徑技術(shù)相比,不再需要定方位或調(diào)整分流管。

2.3 分流系統(tǒng)

9根圓形分流管被集成在濾砂管設(shè)計(jì)中,其中有6根鉆井液輸送管和3根帶出口噴嘴的礫石充填作業(yè)管。圓形分流管比現(xiàn)有的矩形管充填能力更高,可使分流系統(tǒng)的流壓承載量更高,充填長(zhǎng)度更長(zhǎng)。進(jìn)入所有的輸送管和充填管的位置是管匯段每個(gè)單根的頂端。通過(guò)廣泛的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和流體動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算,使管匯中光滑的、經(jīng)過(guò)機(jī)加工的外形得以優(yōu)化,以減少分流系統(tǒng)的壓力損失。每圈噴嘴都按一定間距隔開(kāi),每圈設(shè)置3個(gè)噴嘴 (相隔120°),使砂漿能夠從充填管中排出。

3 鑒定試驗(yàn)

對(duì)零件和全尺寸模型進(jìn)行了大量試驗(yàn)以驗(yàn)證濾砂管的功能。測(cè)試指標(biāo)為流動(dòng)能力、沖蝕、壓力完善性、機(jī)械完整性、礫石充填和設(shè)備可操作性。鑒定試驗(yàn)結(jié)果表明,ISAP濾砂管符合或超出所有設(shè)計(jì)要求。

3.1 流動(dòng)能力

完成了初始測(cè)試以確定以10.6～13.2 L/s的流速通過(guò)分流管完全充填1 524 m長(zhǎng)裸眼段所需要的圓形分流管尺寸和數(shù)量?；z是一種適用于交替路徑礫石充填的流體,被泵注到30 m長(zhǎng)的不同尺寸圓形分流管中,用來(lái)測(cè)定通過(guò)每個(gè)管子的摩阻損失。6根20 mm×16 mm(外徑×內(nèi)徑)分流管所產(chǎn)生的摩擦效應(yīng)相當(dāng)于目前“2對(duì)2”交替路徑系統(tǒng)中2根38 mm×19 mm輸送管的摩擦效應(yīng)。雖然較大的圓形分流管可降低壓降和內(nèi)部分流交替路徑濾砂管的壓力要求,但所需要的濾砂管太大。

3.2 沖蝕

建立了物理模型以測(cè)定將陶瓷支撐劑泵注通過(guò)每個(gè)濾砂管接頭上的管匯時(shí)所造成的沖蝕效果。砂漿的現(xiàn)場(chǎng)泵注推薦速度為13.2 L/s。兩個(gè)濾砂管接頭連接在一起時(shí),管匯的入口和出口沒(méi)對(duì)準(zhǔn)是最糟糕的現(xiàn)場(chǎng)故障。152 000 lb(1 lb=0.454 kg) 30/50目的陶瓷支撐劑以2～4 PPA(附加支撐劑磅數(shù))和13.2 L/s速度泵注,這一數(shù)量的支撐劑能夠完全充填長(zhǎng)1 524 m、內(nèi)徑250.82 mm的裸眼井,濾砂管環(huán)空中過(guò)量50%。管匯中沒(méi)有觀測(cè)到?jīng)_蝕,但發(fā)現(xiàn)管匯中的壓降難以接受。利用實(shí)際測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)校正了流體力學(xué)計(jì)算 (CFD)模型,優(yōu)化了集成管 (總管)的新設(shè)計(jì)。根據(jù)模擬結(jié)果,集成管 (總管)的長(zhǎng)度得到延伸,之后的試驗(yàn)顯示壓降減少了50%。127 000 lb 30/50目的陶粒支撐劑以4 PPA和10.6～13.2 L/s泵入這個(gè)重新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中,結(jié)果證實(shí)在新設(shè)計(jì)中不存在沖蝕。

當(dāng)通過(guò)分流管充填時(shí),礫石通過(guò)充填管在濾砂管四周沉積。進(jìn)行了一組試驗(yàn)來(lái)測(cè)定通過(guò)噴嘴泵注砂漿所引起的沖蝕效果。該物理模型為一根帶6個(gè)噴嘴的充填管,可模擬整個(gè)礫石充填的泵注過(guò)程,泵注通過(guò)2根或3根分流濾砂管的頂端,泵注速度

13.2 L/s,3個(gè)噴嘴中的一個(gè)打開(kāi),每個(gè)噴嘴環(huán)都堵住。38 600 lb 30/50目的陶瓷支撐劑泵注通過(guò)這個(gè)儀器。測(cè)量通過(guò)每個(gè)噴嘴的流速和支撐劑含量。硬質(zhì)合金噴嘴的沖蝕很小。

3.3 壓力完善性

通過(guò)物理性能試驗(yàn),測(cè)量了分流系統(tǒng)和管匯段的摩擦壓降,以建立通過(guò)每根ISAP濾砂管的摩擦壓力基線。泵注通過(guò)每根濾砂管時(shí)的最終摩擦壓力見(jiàn)圖3,包括重新設(shè)計(jì)的集成管 (總管)。

圖3 分流系統(tǒng)的摩擦壓力曲線

如果泵注通過(guò)1 524 m長(zhǎng)的分流管,則要求泵注速度10.6 L/s,壓力6 000 psi(1 psi=6.895 kPa),因此,要保持分流系統(tǒng)的壓力完善性,壓力必須高于6 000 psi。設(shè)計(jì)單根分流管焊接上一個(gè)終環(huán),其測(cè)試壓力為10 000 psi。專門(mén)對(duì)集成管(總管)進(jìn)行了特殊的密封設(shè)計(jì),耐壓達(dá)到10 000 psi。整個(gè)系統(tǒng)的試驗(yàn)壓力為10 000 psi,溫度82℃。在6 500 psi壓力和77℃下進(jìn)行了8 h的試驗(yàn),以模擬通過(guò)分流管的整個(gè)礫石充填泵注過(guò)程。

3.4 機(jī)械完整性

需要進(jìn)行防砂篩管的破裂和擠毀測(cè)試,以評(píng)價(jià)新型、更優(yōu)質(zhì)的軸向筋條繞絲性能 (用于支撐繞絲結(jié)構(gòu))。在完井或修井作業(yè)中,當(dāng)濾砂管內(nèi)的流體濾失段塞處于過(guò)平衡條件下時(shí),就會(huì)發(fā)生濾砂管破裂。完成了9-gauge ISAP濾砂管樣品的破裂試驗(yàn)。沿這套裝置安裝了應(yīng)變儀。濾砂管被安裝在一個(gè)測(cè)試設(shè)備中,濾砂管內(nèi)放置一段碳酸鹽巖段塞。向?yàn)V砂管內(nèi)加壓直到繞絲超過(guò)應(yīng)變。最終擠毀壓力超過(guò)2 400 psi,通過(guò)對(duì)濾砂管的檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)樣品上有大于12-gauge的裂縫。在各種情況下均可達(dá)到防砂要求,在每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后段塞仍然完好。

由于不大可能出現(xiàn)濾砂管完全堵塞的真正的擠毀狀態(tài),對(duì)濾砂管進(jìn)行測(cè)試以保證泵注通過(guò)分流系統(tǒng)時(shí)和最終充填結(jié)束時(shí)頂部濾砂管單根能夠承受預(yù)期的壓力。在9-gauge ISAP濾砂管樣品的環(huán)空中充填6.35 mm厚的30/50目陶瓷支撐劑,完成了擠毀測(cè)試。支撐劑放置在黏附于樣品上的非滲透隔層上。濾砂管樣品放置在測(cè)試設(shè)備內(nèi),向?yàn)V砂管外部施加壓力。根據(jù)初始破裂測(cè)試結(jié)果對(duì)終環(huán)進(jìn)行改進(jìn),將中軸繞絲數(shù)量從18增加到27。經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后,最終測(cè)試的擠毀壓力提高到5 785 psi。擠毀導(dǎo)致濾砂管凹槽,但是仍能起到防砂作用。完成了有限元分析 (FEA)以驗(yàn)證性能試驗(yàn)結(jié)果,并制定了分流管和繞絲的機(jī)械性能要求。

3.5 礫石充填

用水平測(cè)試設(shè)備 (內(nèi)徑 254 mm)來(lái)測(cè)試ISAP濾砂管的充填功能。該裝置由帶著多支管段的兩根濾砂管 (分別為3.44 m和4.42 m)組成。每根篩管上有2個(gè)噴嘴環(huán),每個(gè)噴嘴環(huán)的三個(gè)噴嘴中有一個(gè)被堵住。封閉測(cè)試設(shè)備的末端,以模擬砂堵或裸眼封隔器,使所有砂漿通過(guò)分流管。砂漿由加有4 PPA 30/50目陶瓷支撐劑的基膠組成。在測(cè)試過(guò)程中,受充填結(jié)束時(shí)測(cè)試設(shè)備壓力的限制,泵注速度控制在2.6 L/s。

用原型濾砂管完成礫石充填試驗(yàn),基管內(nèi)帶有或不帶有φ88.9 mm的沖洗管。完成的礫石充填率為100%。流體以0.99 L/s的流速通過(guò)7.86 m長(zhǎng)的濾砂管向礫石充填段回流,相當(dāng)于以46 L/s的速度通過(guò)30.5 m長(zhǎng)的濾砂管。礫石填料保持完整,在濾砂管中沒(méi)有遺留。

3.6 設(shè)備操作

將實(shí)際尺寸長(zhǎng)度的 ISAP濾砂管樣品拿到井場(chǎng),以評(píng)價(jià)濾砂管操作和連接的便利性,其下部有

63.5 t的浮重。進(jìn)行安全情況介紹和簡(jiǎn)短的設(shè)備定向后,從未使用過(guò)這種濾砂管的井隊(duì)開(kāi)始以每小時(shí)12根的速度下入濾砂管,而目前的“2對(duì)2”交替路徑系統(tǒng)每小時(shí)只能下入5根。測(cè)試濾砂管的軸向載荷為185 t,模擬1 524 m長(zhǎng)的濾砂管載荷提高104 t。后期對(duì)篩縫大小的試驗(yàn)結(jié)果顯示,縫寬變化小于0.5-gauge。

4 實(shí)例應(yīng)用

為了解ISAP技術(shù)的應(yīng)用潛力,下面簡(jiǎn)要介紹一下該技術(shù)的幾次應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。

4.1 隔離底水

在鉆井過(guò)程中遇到底水時(shí),可行的和成本合理的處理方法很少。作業(yè)人員試圖下入一段裸眼段塞(水泥漿或裸眼封隔器)以隔離儲(chǔ)層。二者選一,作業(yè)人員選擇水泥塞,放棄裸眼封隔,為更好地控制地層,鉆一個(gè)分支以避開(kāi)水層的侵入。不管選擇哪種技術(shù),需采取的補(bǔ)救措施都要花費(fèi)大量時(shí)間并增加成本。

應(yīng)用ISAP技術(shù),裸眼井能鉆穿整個(gè)產(chǎn)層直至鉆遇底水,因此可使產(chǎn)層井段最大化。下入帶裸眼封隔器的內(nèi)部分流交替路徑濾砂管,定位在水相接觸帶 (用裸眼測(cè)井曲線鑒別)之上的低滲層段。機(jī)械坐封封隔器后,開(kāi)始礫石充填,水層以上所有生產(chǎn)層段均得到充分充填。

如圖4所示,ISAP技術(shù)使作業(yè)人員能夠:

◇鉆過(guò)整個(gè)油層段;

◇有效彌補(bǔ)地質(zhì)不確定性;

◇避免昂貴的封堵或側(cè)鉆作業(yè)費(fèi)用。

圖4 封隔底水

4.2 隔離中部水/氣

利用目前技術(shù)隔離中部水或氣的方法相當(dāng)有限。作業(yè)公司在一口井完鉆后會(huì)決定完井,并接受由于采出不希望的流體 (水或氣)而導(dǎo)致油氣開(kāi)采速率受限的事實(shí),或者將該井回填,在已確定的水/氣層之上重鉆。雖然可以避免一些不期望采出的流體,但該技術(shù)僅有部分效果,因?yàn)樯顚拥闹匾蜌鈨?chǔ)量將永遠(yuǎn)無(wú)法采出。

完鉆后,可通過(guò)裸眼測(cè)井曲線識(shí)別不需要的氣層或水層。如圖5所示,ISAP技術(shù)防砂篩管以及隔離封隔器和特殊設(shè)計(jì)的不帶眼分流管組合下入,橫跨水層/氣層段,封隔器下入低滲泥巖層段。機(jī)械坐封封隔器后,開(kāi)始礫石充填作業(yè),首先充填上部層段,跳過(guò)盲管段,通過(guò)分流管完全充填下部層段。

圖5 隔離中部水層/氣層

需要注意的是,像這樣準(zhǔn)確的層位封隔完井只有用交替路徑技術(shù)才能完成,該技術(shù)在井眼中能夠跨過(guò)任何障礙進(jìn)行充填,這都是該技術(shù)所固有的(環(huán)空中的早期砂橋或?yàn)V砂管周?chē)牡貙犹?或有意安排的 (安裝外部隔離封隔器)。

應(yīng)用該技術(shù)可顯著節(jié)省成本,提高采收率。ISAP濾砂管和隔離封隔器組合系統(tǒng)有以下幾方面優(yōu)點(diǎn):

◇可避免昂貴的側(cè)鉆或封堵回流作業(yè);

◇有利于完成鉆井方案,大大提高每口井的油層采收率;

◇穿過(guò)所有產(chǎn)層的礫石充填可以提高長(zhǎng)期生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和井眼穩(wěn)定性。

4.3 隔離氣竄或水竄

多層完井的裸眼井特別容易發(fā)生早期水竄或氣竄。有必要建立注入-采出動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以提高油層采收率。發(fā)生氣竄或水竄時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。氣竄或水竄經(jīng)常間斷發(fā)生,如果對(duì)高滲低產(chǎn)井段進(jìn)行適當(dāng)隔離,能使油井恢復(fù)期望的產(chǎn)量。

將帶有油層隔離封隔器的ISAP濾砂管預(yù)先安裝在關(guān)鍵的低滲井段,使其可以有效隔離水竄或氣竄帶,促進(jìn)正常開(kāi)采 (圖6)。在采油修井作業(yè)中安裝跨式隔離工具,穿過(guò)可疑層,有效封隔不需要的流體 (氣或水)。

圖6 隔離氣竄或水竄

4.4 多層裸眼井礫石充填

在多層完井中,如在墨西哥海灣,一般采用套管完井技術(shù) (壓裂充填、高速水力充填或鉆井液充填)。如果油層層段數(shù)量或目標(biāo)層段間距較大,作業(yè)人員經(jīng)常對(duì)每個(gè)層段分別完井。井眼直徑、套管尺寸、固井、射孔有效性和整個(gè)完井階段的濾失量等因素都會(huì)對(duì)油井的最終生產(chǎn)能力和長(zhǎng)期開(kāi)采產(chǎn)生重大影響。

帶有外部封隔器的ISAP濾砂管可用于單井作業(yè)中全井的完井。內(nèi)部分流濾砂管以及不帶眼的分流管和隔離封隔器有必要間距分開(kāi),以隔離每個(gè)產(chǎn)油層段和含有不期望的水或氣的跨式層段。封隔器機(jī)械坐封后開(kāi)始礫石充填,首先充填上部層段。砂漿跳過(guò)每個(gè)盲管井段,同時(shí)完全充填單一泵注作業(yè)下部所有下篩管的井段。完井結(jié)果見(jiàn)圖7。

帶隔離封隔器的ISAP技術(shù)在多層完井中具有以下優(yōu)勢(shì):

◇取消了下套管和固井作業(yè);

◇取消了射孔、沖洗和洗井作業(yè);

◇取消了每個(gè)層段的重復(fù)泵送作業(yè);

圖7 多層裸眼井礫石充填

◇通過(guò)降低完井過(guò)程中的壓降提高了開(kāi)采能力;

◇適用于任何井斜角;

◇在典型的三油層段多層完井中,可節(jié)省12～15天的鉆時(shí)。

5 結(jié)論

新型濾砂管技術(shù)已得到發(fā)展,經(jīng)檢驗(yàn)有利于裸眼礫石充填,真正實(shí)現(xiàn)層間隔離。通過(guò)改善開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)和井下控制,ISAP硬件設(shè)備可用于新的應(yīng)用領(lǐng)域。設(shè)計(jì)目標(biāo)已實(shí)現(xiàn),并提高了交替路徑濾砂管的功能,體現(xiàn)在以下幾方面:

(1)裸眼井礫石充填可提高油層分隔能力,封堵底水、隔離某一層段、留下未充填層段。

(2)在多油層完井應(yīng)用中提高了特殊層段的選擇性礫石充填能力。

(3)將礫石充填長(zhǎng)度從975 m延長(zhǎng)到1 524 m。

(4)減少了套管連接時(shí)間和復(fù)雜性。

(5)取消了濾砂管的外部保護(hù)罩。

資料來(lái)源于美國(guó)《SPE 110460》

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.6.011

2009-03-18)