編譯:郭彪 (中國石油大學(xué) (北京)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·提高采收率研究中心)

審校:紀(jì)常杰 (大慶油田工程有限公司)

水平裸眼井段中牽引機(jī)和降阻劑的聯(lián)合使用創(chuàng)造了連續(xù)油管進(jìn)深的新記錄
——沙特阿拉伯的一個(gè)油田實(shí)例分析

編譯:郭彪 (中國石油大學(xué) (北京)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·提高采收率研究中心)

審校:紀(jì)常杰 (大慶油田工程有限公司)

要提高地層能量以更好地驅(qū)動(dòng)油氣,可通過鉆水平井及采取增產(chǎn)措施來實(shí)現(xiàn),同時(shí)也可通過不斷地改善注入能力和使注入液均勻分布來達(dá)到。但礦場已證明采用鉆桿 (DP)來增加鉆進(jìn)的長度是無效的且花費(fèi)較高;而使用連續(xù)油管 (CT)效果卻很好,然而,要達(dá)到目的深度其難度較大。在沙特阿拉伯,聯(lián)合使用牽引機(jī)和降阻劑,使CT到達(dá)目的深度,同時(shí)增產(chǎn)液到達(dá)整個(gè)水平注入井段。CT在水平裸眼段長9 448 ft,刷新了沙特Aramco公司作業(yè)記錄。較DP而言,該工藝使用牽引機(jī)和降阻劑來實(shí)現(xiàn)CT增產(chǎn)是一個(gè)新穎的、更成功、更節(jié)約成本且更安全的工藝;該技術(shù)不僅適用于增產(chǎn)作業(yè),也可用于其他作業(yè),無需使用昂貴的鉆機(jī);牽引機(jī)能提供高達(dá)10 000 lb的推力,這樣可避免發(fā)生鎖住。

連續(xù)油管 降阻劑 牽引機(jī)總深度 基質(zhì)酸化 裂縫 增產(chǎn)

1 引言

Khurias是沙特阿拉伯的一個(gè)大型油氣田,為了提高注入水的分布效率和維持油藏的壓力,目前正采用鉆進(jìn)到水平段的水力噴嘴 (PWI)的方式來開發(fā)。按計(jì)劃這些井將通過酸化來清洗鉆井后留下的巖屑以提高注入性能。其水平裸眼段長度為5 000～9 000 ft(1 ft=30.48 cm)。若要用DP來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn),此時(shí)注入速度達(dá)不到要求;要使用CT達(dá)到裸眼段總深度 (TD)難度也較大。

目前有很多文章評(píng)價(jià)了基質(zhì)酸化的增產(chǎn)效果,但這些大多是在沙特阿拉伯的碳酸鹽巖儲(chǔ)層。雖然CT是最好的技術(shù),但要達(dá)到TD還存在一些困難。

酸化的優(yōu)點(diǎn)如下:

如果井眼周圍的儲(chǔ)層受到傷害,地層的注入能力就會(huì)降低。為了防止井涌,其注入壓力須高于地層壓力,這樣要采用過平衡鉆井的方式。但是這會(huì)污染儲(chǔ)層,在井眼中留下巖屑而傷害產(chǎn)層。

確定油井存在的問題以及熟悉產(chǎn)層的特征 (可從巖心分析資料及電測井曲線得到)是成功實(shí)現(xiàn)酸化的必要條件。

如果儲(chǔ)層受到污染,這時(shí)需要實(shí)施基質(zhì)酸化,即向儲(chǔ)層中泵入后續(xù)的酸液及其他流體段塞以清潔地層。該過程中可形成酸蝕孔洞而使井眼周圍滲透率急劇增大 (大大超過儲(chǔ)層的原始滲透率)。

2 設(shè)計(jì)和計(jì)劃

2.1 井的特征

通常,為實(shí)現(xiàn)地面單點(diǎn)最大的注入能力,油田上采用水平井。評(píng)價(jià)的這口井完鉆到水平裸眼段的PWI到 TD為16 258 ft,與油藏接觸位置的in裸眼段長9 448 ft。儲(chǔ)層為非均質(zhì)石灰?guī)r,其裂縫和基質(zhì)滲透率大約為100 mD (1 mD=10-3μm2)。

2.2 充填作業(yè)

設(shè)計(jì)一個(gè)合理的酸化施工作業(yè)計(jì)劃,需考慮兩個(gè)因素:沿著裸眼水平段工作液均衡分布;成本。

處理液的注入有三種工藝。

2.2.1 擠入壓井法

其優(yōu)點(diǎn)是成本低、易于操作、風(fēng)險(xiǎn)低。然而,另一方面,由于沒有較好的轉(zhuǎn)向能力,處理液會(huì)沿著阻力最低的層段運(yùn)移,導(dǎo)致處理液在地層中不均勻分布。擠入壓井法也是效率最低的一種技術(shù),因而酸化作業(yè)可能無效,且注入量較小。

2.2.2 使用鉆機(jī)DP

在控制流體分布方面,較擠入壓井法而言,鉆機(jī)是最有效的方式。但它有如下的缺點(diǎn):

◇作業(yè)時(shí)間長,鉆井成本高;

◇風(fēng)險(xiǎn)高;

◇因DP基本上是放在500 ft的井段,這樣不能完全控制流體的分布;

◇與CT比較,其增注的效果可能更低,在Khurias油田,有7口井是用鉆機(jī)DP來增注,平均注入速率為34 kbbl/d(1 bbl=0.159 m),這比采用CT方法增注的效果差 (圖1)。

圖1 CT與DP增產(chǎn)效果對(duì)比圖

2.2.3 使用CT

用CT增注有如下優(yōu)點(diǎn):

◇完全控制裸眼井段的流體分配;

◇成本不高,與擠入壓井法相比,它只是因增加了連續(xù)油管作業(yè)機(jī) (CTU)而多了部分費(fèi)用。

CT在到達(dá)目的深度前,下入井眼 (RIH)過程中會(huì)遇到一些問題。要得到一份正確的增產(chǎn)作業(yè)施工計(jì)劃,設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮所有可能存在的問題,同時(shí)找到合適的方法來解決。在酸化處理時(shí)遇到的主要問題:

(1)輸送管卡住

當(dāng)CT中的靜水壓力比井筒壓力高時(shí),會(huì)擠壓CT到井壁,而沿著井壁的部分周線會(huì)吸入一些地層壓力,這樣輸送管就卡住了 (圖2)。在 Khurias油田,地層壓力很低,大約為1 900～200 psig(1 psi=6.895 kPa),很易發(fā)生CT卡住,需要仔細(xì)考慮CT的每一步作業(yè)。可在RIH過程中泵入氮?dú)庖詼p小CT中的靜水壓力且使得通過CT的輸送管較小,這樣可避免這類問題的發(fā)生。

圖2 輸送管卡鉆示意圖

(2)CT在井內(nèi)螺旋彎曲及鎖住

這是水平裸眼井中CT最嚴(yán)重的問題。影響CT運(yùn)移的一個(gè)最主要的因素是接觸摩擦。當(dāng)水平地壓CT時(shí),CT被擠壓,而與井壁接觸。在連續(xù)施壓的過程中,CT最終成為螺旋形,且把軸向載荷完全傳遞給井眼 (圖3)。在接觸點(diǎn),CT的運(yùn)移只是進(jìn)一步擠壓管柱,而不會(huì)傳遞部分外力到CT的末端。減小接觸摩擦可增加CT延伸的長度,但不會(huì)到達(dá)目的深度。使用連接在CT井下工具組合(BHA)上的一個(gè)牽引機(jī)可使CT到達(dá) TD(圖4)。

圖3 CT的螺旋形彎曲

圖4 采用牽引機(jī)的數(shù)值模擬結(jié)果

2.3 CT管柱的選擇

從前面的分析中可以看出,由于CT可實(shí)現(xiàn)較高的注入速率,這樣最好的充填作業(yè)須使用CT。然而CT在裸眼井水平段的可達(dá)性有限。數(shù)值模擬顯示,即使使用降阻劑和牽引機(jī),2 in的CT也不能到達(dá) TD,故所選的CT管柱應(yīng)為

2.4 牽引機(jī)

如圖5所示,水力牽引機(jī)由連接在兩軸總成之間的控制總成 (CA)組成。用中心流動(dòng)通道 (由CT提供)和牽引機(jī)位置處的環(huán)形空間之間的壓差來給牽引機(jī)提供動(dòng)力而控制它。CA的進(jìn)口閥是通過壓力來開/關(guān),實(shí)際是通過預(yù)設(shè)的壓差值來實(shí)現(xiàn),一般的壓差值為700～1 000 psi。進(jìn)口的開/關(guān)閥帶有一個(gè)讀數(shù)顯示器,這樣僅當(dāng)交變壓力循環(huán) (允許牽引機(jī)在運(yùn)行時(shí)停止)時(shí)打開。按照CA的順序,夾持器/聯(lián)軸筒總成在聯(lián)軸上同時(shí)向相反方向運(yùn)動(dòng),例如,它們或者向軸的工具接頭方向或向著CA的方向運(yùn)動(dòng)。

圖5 牽引機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

液壓閥密封在CA中,CA的每一端連著一個(gè)液壓缸而形成夾持元件 (夾持器)。只要液壓缸允許,向井底運(yùn)動(dòng)時(shí),大部分液壓缸的底座可延伸遠(yuǎn)至井底。當(dāng)液缸的沖程到達(dá)一端時(shí),夾持器沿徑向向外擴(kuò)張而抓住地層。一旦夾持器牢牢嵌入地層時(shí),液壓缸改變方向而推動(dòng)CA和CT沿井眼向下而運(yùn)動(dòng)一段沖程的位移。當(dāng)液壓缸到達(dá)沖程的末端時(shí),上部的夾持器沿徑向打開而嵌入地層。這樣與其對(duì)應(yīng)的液壓缸推動(dòng)CA和CT向井眼向下運(yùn)動(dòng)一段沖程的位移。當(dāng)液壓缸沖程處于上端時(shí),重復(fù)前面的動(dòng)作。一旦達(dá)到 TD,向蛇形管柱中投入一個(gè)最佳大小的球使液壓牽引機(jī)與循環(huán)的流體介質(zhì)隔離。

2.5 降阻劑

使用的降阻劑是一種高分子共聚物:2-氨基,2-甲基-丙醇 (AMPS),是基于水基酸化液配制而成。當(dāng)在循環(huán)井后RIH的過程中,泵入大量的氮?dú)?。這種白色不透明的液體與陰離子及非離子表面活性劑是配伍的。泵入降阻劑后具有如下好處:

◇減小CT與套管間的摩擦阻力,CT與地層之間的摩阻降低為原值的80%左右;

◇支撐CT的質(zhì)量而防止CT變小 (圖6);

◇由于較低的地面施工壓力,使得水力功率更小,這樣允許注入速率更高。

2.6 施工過程

一些酸化專家進(jìn)行了大量的礦場及室內(nèi)實(shí)驗(yàn),最終得到了達(dá)到TD的最佳方案。施工中共泵入5

800 bbl的處理液。其設(shè)計(jì)和施工的基本過程如下:

◇安裝CTU,進(jìn)行CT接頭的牽引試驗(yàn),測試注入端壓力直至80 000 lb(1 lb=0.454 kg);

◇組裝BHA與CT牽引機(jī),連接管柱,在CT的BHA上進(jìn)行功能測試;

◇以0.25 bbl/min的注入速率,約每1 000 ft注入水時(shí),CT的RIH平均速度為40 ft/min;

◇在1 000 ft井段的套管上進(jìn)行牽引試驗(yàn),以確保從井中起出的重力應(yīng)小于噴射泵的最大牽引能力;

◇到達(dá)襯管鞋后,開始泵入降阻劑,其用量為每1 500 ft的井段20 bbl;

◇將CT固定在14 872 ft的位置 (鎖住點(diǎn)),在此位置進(jìn)行牽引試驗(yàn),其牽引力達(dá)到29 000 lb;

◇為得到更多的牽引試驗(yàn)結(jié)果,向上拉動(dòng)CT離開鎖住點(diǎn)100 ft;想繼續(xù)向上拉動(dòng)沒有成功;

◇當(dāng)井口壓力達(dá)到2 200 psig時(shí)啟動(dòng)牽引機(jī),此后以2.2 bbl/min的速率泵入;

◇CT通過鎖住點(diǎn),繼續(xù)延伸到達(dá) TD 16 190 ft,其中水平段長度為9 448 ft;

◇在TD處進(jìn)行牽引試驗(yàn),其重力為30 000 lb;

◇釋放一0.25 in的著陸球來打開牽引機(jī)上部的流通路徑,這樣可以隔開牽引機(jī);

◇當(dāng)從井中起出時(shí),開始泵入處理液。

3 效果

3.1 牽引機(jī)及降阻劑的特性

在RIH時(shí),降阻劑有助于維持CT的質(zhì)量。第一批降阻劑將CT的質(zhì)量從10 000 lb增加到11 500 lb。在14 872 ft的位置 (鎖住點(diǎn))牽引機(jī)啟動(dòng),產(chǎn)生大約10 000 lb的推力 (圖6)。該力能使CT通過鎖住點(diǎn)而到達(dá) TD。

圖6 質(zhì)量與深度關(guān)系

3.2 對(duì)比

這口井使用了降阻劑、牽引機(jī)及最佳的施工設(shè)計(jì),使得CT能100%覆蓋整個(gè)層段,而其他2口井的覆蓋率分別為56%和78%(圖7)。

圖7 設(shè)計(jì)深度與最大進(jìn)深對(duì)比

4 結(jié)論

這是一次最成功且有挑戰(zhàn)性的施工作業(yè),由此得到如下的啟示:

◇在沙特阿拉伯國家石油公司歷史上,這次施工刷新了裸眼井段CT長度的記錄;

◇較DP而言,使用牽引機(jī)和降阻劑來實(shí)現(xiàn)CT增產(chǎn)是一個(gè)新穎的、更成功的、更節(jié)約成本且更安全的工藝;

◇該技術(shù)不僅適用于增產(chǎn)作業(yè),也可用于其他作業(yè),這樣可無需使用昂貴的鉆機(jī);

◇所得到的油井資料 (完井報(bào)告、井斜評(píng)價(jià)、摩擦系數(shù))很重要,可以用來預(yù)測裸眼井段的狀況;

◇要得到一份較好的施工方案,數(shù)值模擬和相鄰井的資料是必不可少的;

◇必須在地面及RIH過程中進(jìn)行牽引測試,以確保將來的正常施工作業(yè);

◇牽引機(jī)能提供高達(dá)10 000 lb的推力,這樣可避免任何鎖住現(xiàn)象;

◇在CT和地層之間,正確設(shè)計(jì)降阻劑用量和每個(gè)處理層段,可大大降低摩阻;

◇用氮?dú)鈦硌h(huán)可減小輸送管卡住發(fā)生的幾率,也可增加浮力;

◇為了避免發(fā)生CT鎖住,可不必在裸眼井段進(jìn)行牽引試驗(yàn);

◇一旦鎖住,回拉使CT受疲勞應(yīng)力最小,而要通過該鎖住點(diǎn),可給CT施加更大的重力;

◇重力與深度的關(guān)系曲線可實(shí)時(shí)顯示牽引機(jī)與降阻劑的效率。

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.01.011

資料來源于美國《SPE 117062》

2008-11-23)