孫建用

(中國石化勝利油田分公司海外工程管理中心,山東東營257000)

篩管頂部注水泥技術(shù)在稠油開發(fā)中的應(yīng)用

孫建用

(中國石化勝利油田分公司海外工程管理中心,山東東營257000)

水平井整體開發(fā)已成為勝利油田稠油油藏開發(fā)的趨勢(shì),利用篩管頂部注水泥的完井方法占水平井完井方法的77%。篩管頂部注水泥完井方法適用于天然裂縫性碳酸鹽巖或硬質(zhì)砂巖儲(chǔ)層、單一厚儲(chǔ)層或不要求層段分隔的儲(chǔ)層、巖性較為硫松的中(粗)砂粒儲(chǔ)層等,其工藝既解決了常規(guī)固井工藝水泥污染油氣層的問題,又能有效封固產(chǎn)層以上地層,保證產(chǎn)層與上部油氣水層的有效封隔,工藝成敗的關(guān)鍵是封隔器、分級(jí)箍等套管附件的選擇。

稠油;水平井;篩管;分級(jí)箍;管外封隔器

勝利油區(qū)的草橋-廣饒油氣藏、鄭家-王莊油田油藏均為稠油油藏。以樂安油田為例,構(gòu)造位置位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷的南緣,是一盆地邊緣構(gòu)造帶上的鼻狀構(gòu)造,區(qū)內(nèi)構(gòu)造平緩,傾角2°～3°,油藏埋深880～960 m,儲(chǔ)層有效厚度8～10 m,油水界面-960 m,儲(chǔ)層巖性粗,壓實(shí)成巖性差,非均質(zhì)嚴(yán)重,油層溫度下脫氣原油粘度10 000～30 000 mPa·s,地面脫氣原油密度0.967 1～1.061 g/cm3。90℃以前,溫度每升高10℃,粘度下降一半。油藏壓力系數(shù)近1.0,油藏溫度55℃,原始油氣比8.8,巖石具親水性。油藏類型為常溫常壓系統(tǒng)、具有邊底水、復(fù)雜的構(gòu)造巖性砂礫巖特稠油油氣藏[1]。由于直井開采生產(chǎn)壓差較大,易出地層水而不被采用,利用水平井不僅能控制更多的地質(zhì)儲(chǔ)量,還能很好地抑制地層水的產(chǎn)出量。

1 水平井完井方式的選擇

目前常見的水平井完井方式主要分為五種:裸眼完井、割縫襯管完井、帶管外封隔器(ECP)的割縫襯管完井、射孔完井和礫石充填完井。由于水平井的各種完井方式有其各自的適用條件,故應(yīng)根據(jù)油藏具體條件選用。各種作業(yè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)見表1[2]。

表1 完井作業(yè)方式優(yōu)缺點(diǎn)

各種水平井完井方式適用的地質(zhì)條件見表2[3]。

勝利油區(qū)的樂安油田、鄭家-王莊油田油藏位于井壁不太穩(wěn)定的砂巖儲(chǔ)層,膠結(jié)疏松、有可能發(fā)生井壁坍塌。篩管完井方式具有成本相對(duì)最低、儲(chǔ)層不受傷害、采收率高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛采用。根據(jù)2009年黃河固井在勝利油區(qū)的工作量統(tǒng)計(jì),全年共完成水平井施工213井次,采用篩管頂部注水泥技術(shù)的井為166口,占整個(gè)水平井完井方式的77%。

表2 水平井完井方式適用地質(zhì)條件

2 篩管頂部注水泥的基本工藝特點(diǎn)

篩管頂部注水泥的基本工藝在下部下入篩管不注水泥,可以滿足保護(hù)油層的要求,上部采用注水泥固井方式滿足油、水層有效封隔、滿足射孔壓裂的需要,上下部之間用封隔器分隔。該工藝的特點(diǎn)是:既能以篩管工藝完井,水泥漿不污染油氣層,又能封固產(chǎn)層以上地層,保證產(chǎn)層與上部油氣水層的有效封隔,提高篩管完井的油井壽命。該工藝適用于全井下套管固井,也適用于尾管固井。

封隔器、分級(jí)箍等套管附件的選擇是工藝成敗的關(guān)鍵。因此,采用全橡膠式管外封隔器(ECP),在一定壓力下,通過液體推動(dòng)疊片向一邊單向滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)管體膨脹達(dá)到與井眼井壁的密封,可以實(shí)現(xiàn)360°異形井眼全井眼的膨脹,并且打開和關(guān)閉壓力可調(diào),側(cè)向單向耐壓可達(dá)25 MPa,具有完美的密封效果(表3)。這樣防止了在低壓易漏油藏,固井注水泥發(fā)生漏失情況,以及污染油層和固死篩管的事故。

表3 ECP有關(guān)參數(shù)和性能

根據(jù)開發(fā)的要求,部分水平井采用尾管篩管頂部注水泥固井工藝(圖1),首先要選擇不同額定壓力的封隔器、壓差式分級(jí)箍和尾管懸掛器,其管串結(jié)構(gòu)為:引鞋+篩管+盲管+一根套管+封隔器+分級(jí)箍+套管串+尾管懸掛器+送入鉆具。

圖1 水平井尾管篩管完井

3 特殊工具的選用

篩管頂部注水泥技術(shù)采用的特殊工具主要包括壓差式分級(jí)箍和管外封隔器。

3.1 管外封隔器的作用原理

管外封隔器的類型很多,需要根據(jù)井下溫度、封隔壓力、套管、井徑及施工方法合理選擇,目前我們主要采用賽瓦、華北、金玉和友佳等出產(chǎn)的封隔器,封隔器的主體由兩部分組成:

(1)膠筒。在水泥漿或鉆井液充入后橡膠緊貼井壁。不銹鋼片加強(qiáng)筋與橡膠硫化成一體,以增加強(qiáng)度。其結(jié)構(gòu)和材料具有由下向上依次膨脹的特性,使得漲封過程鉆井液全部被擠出,膠筒與井壁直接接觸。膠筒長度從1 m到12 m。對(duì)于封隔壓差大,井徑擴(kuò)大或者不規(guī)則情況宜選用長膠筒。

(2)控制閥?？刂崎y由幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的閥組成(圖2),包括單流閥、限壓閥、鎖定閥等,這些閥共同作用,以保證在一定壓力下流體才流入膠筒。限壓閥能防止壓力過大時(shí)破壞膠筒和密封,漲封完成后能防止膠筒泄壓。

圖2 控制閥結(jié)構(gòu)

3.2 分級(jí)箍的作用原理

固井工藝注入一級(jí)水泥,并返至設(shè)計(jì)井深。碰壓后投入重力塞,待重力塞到達(dá)分級(jí)箍位置后,坐于下滑套上,這時(shí)在井口加壓剪斷銷釘,下滑套下行,打開循環(huán)孔,建立循環(huán)?？梢缘纫患?jí)水泥凝固后再注二級(jí)水泥(間歇式)或直接注二級(jí)水泥(連續(xù)式)。二級(jí)水泥頂替完成后,由關(guān)閉膠塞坐放到上滑套上,在井口加壓,關(guān)閉循環(huán)孔(圖3)。

圖3 級(jí)箍作用原理

由于下部采用篩管+盲管結(jié)構(gòu),不需水泥封固,不用第一級(jí)注水泥,所以現(xiàn)場(chǎng)均采用壓差式分級(jí)箍,這是一種靠套管內(nèi)增壓便可打開循環(huán)孔的壓差式分級(jí)箍。若液壓開孔失效,也可投放重力塞開孔,是一種雙作用開孔分級(jí)箍。壓差式分級(jí)箍主要是為大斜度井和水平井設(shè)計(jì)制造的,近年在垂直井中也逐步推廣應(yīng)用。這種分級(jí)箍減去了重力塞的投放時(shí)間和后期鉆銑時(shí)間。分級(jí)箍內(nèi)壁光滑,鉆完水泥塞后,內(nèi)壁無任何臺(tái)階。另外,由于沒有重力塞,上膠塞關(guān)孔時(shí)不會(huì)出現(xiàn)局部困液現(xiàn)象,有效地保證了順利關(guān)孔,起到了外層關(guān)孔永久密封的作用。但這種分級(jí)箍受一定使用條件的限制。由于井下條件復(fù)雜、沉砂嚴(yán)重、井壁不穩(wěn)定等情況造成循環(huán)開泵困難或泵壓過高時(shí),有可能把分級(jí)箍循環(huán)孔提前憋通。

目前,國內(nèi)使用的分級(jí)箍主要是由隆科、遠(yuǎn)大、地平線等公司提供,主要性能及原理均與哈里伯頓的相符(表4)。

表4 哈里伯頓ES分級(jí)箍性能參數(shù)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

以金19-平8井為例,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)篩管頂部注水泥的應(yīng)用作說明。

4.1 基本情況

完鉆井深1 190 m,套管尺寸177.8 mm,最大井斜90.58°,位置1 066.21 m,完鉆泥漿密度1.07 g/cm3,粘度45 s,失水5 mL,泥餅0.5 mm,含砂0.3%,切力1～2 Pa,p H值8.0。

4.2 管串結(jié)構(gòu)

管串結(jié)構(gòu):服務(wù)器+篩管(7根)+熱力補(bǔ)償器+篩管(7根)+熱力補(bǔ)償器+篩管(7根)+盲板(0.2 m)+油層套管(P110H×9.19)+封隔器+油層套管+分級(jí)箍+油層套管+聯(lián)入。

4.3 水泥漿及其性能

采用雙凝水泥漿體系,上部采用G油粉,密度1.60 g/cm3,降低液柱壓力,下部G降4,控制失水和候凝時(shí)間,封固油水層。水灰比44%,密度1.90 g/cm3,50℃時(shí),常壓下,緩凝時(shí)間為169 min,流動(dòng)度23 cm。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)使用情況

(1)按照設(shè)計(jì)下完管串,循環(huán)鉆井液充分洗井。

(2)固井水泥車就位后通過井隊(duì)立管,循環(huán)帽子開始漲封隔器,初始?jí)毫? MPa,穩(wěn)壓2 min,繼續(xù)打壓至8 MPa,穩(wěn)壓2 min,繼續(xù)打壓至10 MPa,穩(wěn)壓2 min,最后打壓至12 MPa,穩(wěn)壓2 min。

(3)封隔器充分漲開后繼續(xù)打壓至16 MPa,壓力迅速降為0,表明分級(jí)箍已經(jīng)順利打開,可以進(jìn)行下一步注水泥作業(yè)。

(4)注前置液4 m3,注水泥70 t,前導(dǎo)漿G油粉,密度1.60 g/cm3,水泥漿量32 m3;尾漿G降4,密度1.90 g/cm3,水泥漿量18 m3。替漿16.3 m3,碰壓0～10 MPa,檢查分級(jí)箍關(guān)閉情況良好,施工順利完成。

4.5 現(xiàn)場(chǎng)注意事項(xiàng)

(1)注水泥施工前漲管封過程采用3～4次逐漸遞增壓力并穩(wěn)壓幾分鐘的做法,這是因?yàn)榉飧羝髂z筒屬于橡膠原件,不是機(jī)械結(jié)構(gòu),漲封過程需要一定的時(shí)間,這樣可以保證有效地漲開膠筒,達(dá)到徹底堵死下部篩管和上部地層之間的聯(lián)系,確保水泥漿不會(huì)降落到下面堵塞篩管造成事故。

(2)分級(jí)箍的打開和關(guān)閉需要嚴(yán)格按照廠家提供的參數(shù)操作,分級(jí)固井的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是:保證下部回壓凡爾密封可靠、上下滑套正常工作和重力塞順利下行到位。另外,由于必須通過井口蹩壓對(duì)分級(jí)箍進(jìn)行操作,所以套管柱設(shè)計(jì)必須考慮由此產(chǎn)生的附加載荷,抗拉安全系數(shù)不得小于1.5。

(3)下滑套若不能打開,就無法建立二次循環(huán),導(dǎo)致注水泥無法施工,這時(shí)可以采取的辦法有兩個(gè),一是通過射孔建立循環(huán),二是在大套管內(nèi),下入鉆具,利用鉆具重量打開循環(huán)孔。若重力塞下行遇阻,也可以采用這一方法。對(duì)于上滑套無法關(guān)閉的情況,一般采取蹩壓候凝的方式處理。

5 結(jié) 論

(1)篩管頂部注水泥技術(shù)相對(duì)成熟,關(guān)鍵是工具的選擇,盡量優(yōu)選質(zhì)量過硬的分級(jí)箍和管外封隔器,保證可靠性。

(2)針對(duì)井眼軌跡、井徑規(guī)則情況和地質(zhì)條件,可在一個(gè)管封不能充分隔開環(huán)空流體流動(dòng)的情況下,再多加1～2只,確保下部水平段稠油油藏不受水泥漿的污染和損害。

(3)封隔器選擇上選擇長膠筒、全橡膠的類型,保證異型膨脹封隔。

(4)水泥漿體系采用兩凝體系,尾槳要低失水(小于50 mL),自由水含量控制越小越好,盡量達(dá)到零析出。在確保施工安全的情況下,減少候凝時(shí)間。

[1] 李相遠(yuǎn),曾流芳.疏松砂巖稠油油藏?zé)岵蓛?chǔ)層傷害研究[J].油氣采收率技術(shù),2000(7):57-61.

[2] 萬仁浦.現(xiàn)代完井工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008:73-79.

[3] 趙金洲,張桂林.鉆井工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國石化出版社,2007:854-855.

[責(zé)任編輯] 辛艷萍

TE345

A

1673-5935(2011)01-0010-03

2010-12-28

孫建用(1965-),男,山東安丘人,中國石化勝利油田分公司海外工程管理中心副總工程師,主要從事石油鉆井研究。