堵塞球分段改造排量控制新思路及其應(yīng)用

1、2013年09月 全員創(chuàng)新創(chuàng)效 成果匯報(bào) 匯報(bào)人：劉會(huì)鋒 匯報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容 塔里木油田許多井存在儲(chǔ)層厚度大、水平井段長(zhǎng)的 特點(diǎn)，需要通過分段改造提高儲(chǔ)層動(dòng)用程度； 堵塞球分段改造是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的分段改造工藝 之一； 適用于層間間隔小、不能用封隔器分卡的已射孔的 多層油氣藏的改造 ； 特點(diǎn)：井下工具少、作業(yè)程序簡(jiǎn)單 堵塞球分段改造工藝在塔里木油田應(yīng)用過數(shù)井次，但堵塞球分段改造工藝在塔里木油田應(yīng)用過數(shù)井次，但 總體效果不佳?？傮w效果不佳。 MA5-H2井 沒有分段成功的壓力響應(yīng)！ TZ721-2H井 后三次投球沒有分段成功的壓力響應(yīng)！ 塔里木油田投球分段改造失利的原因：塔里木油田投球分段改造失利

2、的原因： u投球施工參數(shù)的選擇主要憑借經(jīng)驗(yàn)，沒有進(jìn)行系統(tǒng)的模擬 計(jì)算，分段成敗隨機(jī)性很大。 u現(xiàn)有的投球設(shè)計(jì)模型有很大局限性，不能指導(dǎo)塔里木油田 的投球分段改造設(shè)計(jì)。 單堵塞球坐封模型單堵塞球坐封模型 單堵塞球坐封模型單堵塞球坐封模型 堵塞球在射孔孔眼上有效坐封需滿足兩個(gè)條件：堵塞球在射孔孔眼上有效坐封需滿足兩個(gè)條件： ID FF 射孔段 FI FD 射孔段 Fu FH 坐封 前： 坐封后： 拖曳力慣性力 uH FF 持力沖擊力 保證堵塞球能保證堵塞球能 流向孔眼流向孔眼 保證堵塞球在保證堵塞球在 孔眼上不脫落孔眼上不脫落 2 2 2 3 )(1012. 22618. 0 a cc B I u

3、 nd qZ d D F 242 22 5 1041. 4 dp fdp D CDn qDf F 2 4242 22 3 4 ) 1062. 1 (1076. 1q dCDn DD D F cdp p fp H 2 24 2 2 1 22 2 24 )(1076. 1q nd Z DD D D DfF c p p fdcu 拖曳力拖曳力 慣性力慣性力 持力持力 沖擊力沖擊力 最上部孔眼最難坐封，最最上部孔眼最難坐封，最 下部孔眼最易坐封；下部孔眼最易坐封； 調(diào)整投球參數(shù)，保證最上調(diào)整投球參數(shù)，保證最上 部孔眼坐封，即認(rèn)為投球部孔眼坐封，即認(rèn)為投球 封堵成功！封堵成功！ 基于單堵塞球坐封模型編制

4、程序，并用于評(píng)價(jià)塔里木油田幾口井的基于單堵塞球坐封模型編制程序，并用于評(píng)價(jià)塔里木油田幾口井的 封堵情況。封堵情況。 塔中62-5H井 第一次投球 塔中62-5H井 第二次投球 塔中721-2H井第一次投球 塔中721-2H井后三次投球 對(duì)于單次打開孔眼數(shù)較多的井來說，但堵塞球坐封模對(duì)于單次打開孔眼數(shù)較多的井來說，但堵塞球坐封模 型并不適應(yīng)！型并不適應(yīng)！ 需要對(duì)保守的單堵塞球模型進(jìn)行改進(jìn)，建立實(shí)用性需要對(duì)保守的單堵塞球模型進(jìn)行改進(jìn)，建立實(shí)用性 更強(qiáng)的堵塞球坐封模型。更強(qiáng)的堵塞球坐封模型。 匯報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容 基本理念基本理念 射孔段 12 43 射孔段 FI FD更大 已坐封球 待坐封球 12 4

5、3 孔眼分流作用使下部孔眼上的堵 塞球所受的沖擊力更小； 堵塞球更易在下部孔眼上坐住。 部分孔眼被坐封后，射孔段的流 速場(chǎng)會(huì)重新分布； 流速場(chǎng)的改變會(huì)改變后續(xù)堵塞球 的受力狀況。 基于此理念，將一系列堵塞球的坐封看成一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，重新研究堵基于此理念，將一系列堵塞球的坐封看成一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，重新研究堵 塞球在孔眼附近的的受力狀況。塞球在孔眼附近的的受力狀況。 四個(gè)力的表達(dá)式：四個(gè)力的表達(dá)式： 2 2 2 3 )(1012. 22618. 0 a cc B I u nd qZ d D F 242 22 5 1041. 4 dp fdp D CDn qDf F 2 4242 22 3 4 ) 106

6、2. 1 (1076. 1q dCDn DD D F cdp p fp H 2 24 2 2 1 22 2 24 )(1076. 1q nd Z DD D D DfF c p p fdcu 拖曳力拖曳力 慣性力慣性力 持力持力 沖擊力沖擊力 四個(gè)力均四個(gè)力均 是排量是排量q 的函數(shù)的函數(shù) 用排量表示的堵塞球坐封條件為：用排量表示的堵塞球坐封條件為： Z dD fd CD nu q cB dpcf dp a 22 633. 11 05.77 Z dD fd CD nu q cB dpcf dp a 22 633. 11 05.77 Z dD fd CD nu q cB dpcf dp a 22

7、633. 11 05.77 2 24 2 2 1 22 2 24 )(1076. 1q nd Z DD D D DfF c p p fdcu 2 4242 22 3 4 ) 1062. 1 (1076. 1q dCDn DD D F cdp p fp H 2 24 2 2 1 22 2 24 )(1076. 1q nd Z DD D D DfF c p p fdcu 2 2 2 3 )(1012. 22618. 0 a cc B I u nd qZ d D F 242 22 5 1041. 4 dp fdp D CDn qDf F 2 2 2 3 )(1012. 22618. 0 a cc B

8、 I u nd qZ d D F 2244 22222 2 22 062. 1 )( nCDd ZDDDD D D DCD q dpc pp p dp m 2244 22222 2 22 062. 1 )( nCDd ZDDDD D D DCD q dpc pp p dp m 2244 22222 2 22 062. 1 )( nCDd ZDDDD D D DCD q dpc pp p dp m 2244 22222 2 22 062. 1 )( nCDd ZDDDD D D DCD q dpc pp p dp m 2 4242 22 3 4 ) 1062. 1 (1076. 1q dCDn

9、DD D F cdp p fp H ID FF uH FF n：當(dāng)前吸液孔眼數(shù)：當(dāng)前吸液孔眼數(shù) Z：自下而上數(shù)的吸：自下而上數(shù)的吸 液孔眼序號(hào)：液孔眼序號(hào)： Z=1,2，n 堵塞球在孔眼上的坐封是有先后順序的：先到達(dá)的先坐封，后到達(dá)的堵塞球在孔眼上的坐封是有先后順序的：先到達(dá)的先坐封，后到達(dá)的 后坐封。后坐封。隨著堵塞球的逐個(gè)坐封，吸液孔眼數(shù)會(huì)逐漸減少，流量會(huì)不斷地隨著堵塞球的逐個(gè)坐封，吸液孔眼數(shù)會(huì)逐漸減少，流量會(huì)不斷地 進(jìn)行重新分布。可見施工過程中堵塞球的坐封條件是在不斷變化的。進(jìn)行重新分布?？梢娛┕み^程中堵塞球的坐封條件是在不斷變化的。 Z dD fd CD nu q cB dpcf dp

10、 a 22 633. 11 05.77 2244 22222 2 22 062. 1 )( nCDd ZDDDD D D DCD q dpc pp p dp m n：吸液孔眼數(shù) Z：自下而上數(shù) 的吸液孔眼序號(hào)： Z=1,2，n 容易看出：容易看出： Z 越小，坐封條件越容易滿足；越小，坐封條件越容易滿足； n 越小，坐封條件越容易滿足。越小，坐封條件越容易滿足。 即：即： 下游孔眼比上游孔眼更容易被封堵；下游孔眼比上游孔眼更容易被封堵； 一旦有堵塞球坐封，后續(xù)堵塞球的坐一旦有堵塞球坐封，后續(xù)堵塞球的坐 封會(huì)越來越容易。封會(huì)越來越容易。 射孔段 FI FD 已坐封球 待坐封球 12 43 理論上

11、講，只需保證理論上講，只需保證最處于下游的那個(gè)吸液孔眼（最處于下游的那個(gè)吸液孔眼（Z=1）能夠被封堵，能夠被封堵， 則其它所有孔眼均能陸續(xù)被堵上，直至壓開新層。則其它所有孔眼均能陸續(xù)被堵上，直至壓開新層。 越來越 容易！ u 實(shí)際投球施工過程中，井下有許多不可控因素，比如實(shí)際投球施工過程中，井下有許多不可控因素，比如壓力和排量的激動(dòng)、壓力和排量的激動(dòng)、 紊流擾動(dòng)、堵塞球之間的互相碰撞紊流擾動(dòng)、堵塞球之間的互相碰撞等，它們都會(huì)影響堵塞球的有效封堵。等，它們都會(huì)影響堵塞球的有效封堵。 u 因此投球設(shè)計(jì)時(shí)，我們不能寄希望于堵塞球先在最下部孔眼上坐封之后因此投球設(shè)計(jì)時(shí)，我們不能寄希望于堵塞球先在最下部

12、孔眼上坐封之后 再逐個(gè)封堵其它孔眼，而是再逐個(gè)封堵其它孔眼，而是應(yīng)當(dāng)保留一定的余地應(yīng)當(dāng)保留一定的余地。 實(shí)際與理 論的差異 3 633. 11 05.77 22 n dD fd CD nu q cB dpcf dp a 2244 22222 2 22 062. 1 ) 3 ()( nCDd n DDDD D D DCD q dpc pp p dp m ? 目前尚無明確依據(jù)目前尚無明確依據(jù) 建議用實(shí)驗(yàn)方法確立建議用實(shí)驗(yàn)方法確立 u 總的來說，總的來說，k值越大，安全余地越大，越有值越大，安全余地越大，越有 利于保證成功施工。利于保證成功施工。 u 用試錯(cuò)法對(duì)塔里木油田已施工的幾口井進(jìn)用試錯(cuò)法對(duì)塔

13、里木油田已施工的幾口井進(jìn) 行歸納分析，認(rèn)為行歸納分析，認(rèn)為k=n/3的安全余地對(duì)塔里木的安全余地對(duì)塔里木 油田比較適合。油田比較適合。 u 姑且將姑且將k=n/3應(yīng)用到新的排量控制模型中。應(yīng)用到新的排量控制模型中。 比如可使最先入井的堵塞球可以在下游 k 個(gè)吸液孔眼的任意處坐封。 投球施工成功 的條件變?yōu)椋?式中的n為本次 投球的總吸液 孔眼數(shù)。 u 根據(jù)以上模型，編制了計(jì)算程序，該程序可以：根據(jù)以上模型，編制了計(jì)算程序，該程序可以： 根據(jù)投球相關(guān)參數(shù)根據(jù)投球相關(guān)參數(shù)計(jì)算投球最低排量；計(jì)算投球最低排量； 根據(jù)排量等相關(guān)參數(shù)根據(jù)排量等相關(guān)參數(shù)判斷堵塞球封堵情況；判斷堵塞球封堵情況； 計(jì)算具備坐封

14、條件的孔眼數(shù)。計(jì)算具備坐封條件的孔眼數(shù)。 求解該不等式組，求解該不等式組， 即得到堵塞球坐封即得到堵塞球坐封 的排量要求。的排量要求。 射孔參數(shù)射孔參數(shù)、堵塞球參數(shù)堵塞球參數(shù)和和攜球液參數(shù)攜球液參數(shù)選定了之后，選定了之后，施工排量施工排量便對(duì)堵便對(duì)堵 塞球的坐封起決定作用。塞球的坐封起決定作用。 匯報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容 瑪瑪5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析 壓開順序判斷壓開順序判斷 層層 號(hào)號(hào) 深度層段深度層段 (m) 厚度厚度 (m) 伽瑪伽瑪 (API) 密度（密度（ g/cm3) 聲波時(shí)差聲波時(shí)差 (s/ft) 深電阻率深電阻率 (m) 淺電阻率淺電阻率 (m) 孔隙度孔隙度(%) 含

15、氣飽和含氣飽和 度度(%) 解釋結(jié)論解釋結(jié)論 82324.0-2333.09.0512.561391206.774差氣層 92348.02355.07.01042.4277565214.384氣層 122367.02369.02.0322.667185721.0干層 132369.02372.03.0302.559349456.159 差氣層（有裂縫 ） 142372.02376.04.0282.64731441241.0干層 152376.02391.515.5322.508362489.476差氣層 162391.52407.015.5412.4271402714.181氣層 172407

16、.02410.03.0812.568423275.6干層 182410.02413.53.5592.4867474810.676氣層 192413.52418.04.5722.518932298.765差氣層 202446.02448.02.0732.596875653.6干層 212448.02449.51.5582.549529326.953 差氣層（有裂縫 ） 222449.52452.53.0742.597548493.7干層 232452.52455.53.0452.4697606811.681氣層 242455.52459.03.5642.576656674.8干層 u 根據(jù)各層物

17、性差異根據(jù)各層物性差異 判斷壓開先后順序：判斷壓開先后順序： 首先壓開首先壓開9和和16層，層， 共共22.5m； 其次壓開其次壓開15、18和和23 層，共層，共22m； 最后壓開最后壓開8、13、19 和和21層，共層，共18m. 2326-2356m 2366-2433 m 2445-2459 m u 三次壓開層位的吸三次壓開層位的吸 液孔眼數(shù)分別為：液孔眼數(shù)分別為： ：360個(gè)個(gè) ：352個(gè)個(gè) ：288個(gè)個(gè) 孔密：孔密： 16孔孔/m 瑪瑪5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析 完井管 柱內(nèi)徑 ,mm 孔眼直 徑,mm 堵塞球參數(shù)攜球液參數(shù)投球序列投球序列 直徑 ,mm 密度， g/

18、cm3 粘度， mPas 密度， g/cm3 次次 序序 待封孔待封孔 眼數(shù)眼數(shù) 投球投球 數(shù)數(shù) 投球排量投球排量 ,m,m3 3/min/min 108.69121.02511.02 1 13603604504502.82.8 2 23523523503502.82.8 注：孔眼流量系數(shù)取0.82 理論分析理論分析 投球相關(guān)參數(shù)投球相關(guān)參數(shù) 程序運(yùn)算結(jié)果程序運(yùn)算結(jié)果 u 第一次投球：第一次投球： 按照按照k=n/3的安全余地，排量大于的安全余地，排量大于92.5m3/min才能保證投球封堵成功；才能保證投球封堵成功； 實(shí)際排量實(shí)際排量2.8m3/min不滿足要求，故本次投球封堵失?。徊粷M足要

19、求，故本次投球封堵失?。?根據(jù)根據(jù)實(shí)際排量實(shí)際排量2.8m3/min反算：堵塞球坐封前，僅有下游反算：堵塞球坐封前，僅有下游34個(gè)孔眼個(gè)孔眼具具 備坐封條件。備坐封條件。 堵塞球下井時(shí)，具備坐封條件的孔眼數(shù)堵塞球下井時(shí)，具備坐封條件的孔眼數(shù)不到總吸液孔眼數(shù)的不到總吸液孔眼數(shù)的10%； 投球速度較快（平均投球速度較快（平均75個(gè)個(gè)/min），），球與球之間的干擾作用較強(qiáng)，無法保球與球之間的干擾作用較強(qiáng)，無法保 證下游證下游34個(gè)球及時(shí)坐封。個(gè)球及時(shí)坐封。 封堵情況分析封堵情況分析 下游下游34個(gè)孔眼若不能順利、及時(shí)被封堵，其它孔眼被封堵的幾率更低。個(gè)孔眼若不能順利、及時(shí)被封堵，其它孔眼被封堵的幾

20、率更低。 失敗失敗 u 第二次投球：第二次投球： 按照按照k=n/3的安全余地，排量大于的安全余地，排量大于81.2m3/min才能保證投球封堵成功；才能保證投球封堵成功； 實(shí)際排量實(shí)際排量2.8m3/min不滿足要求，故本次投球封堵失?。徊粷M足要求，故本次投球封堵失?。?根據(jù)根據(jù)實(shí)際排量實(shí)際排量2.8m3/min反算反算：堵塞球坐封前，僅有：堵塞球坐封前，僅有下游下游35個(gè)孔眼個(gè)孔眼 具備坐封條件。具備坐封條件。 下游下游35個(gè)孔眼個(gè)孔眼若不能順利、及時(shí)被封堵，其它孔眼被封堵的幾率更低。若不能順利、及時(shí)被封堵，其它孔眼被封堵的幾率更低。 投球速度較快（平均投球速度較快（平均70個(gè)個(gè)/min）

21、，），干擾作用較強(qiáng)，無法保證下游干擾作用較強(qiáng)，無法保證下游35個(gè)堵個(gè)堵 塞球的及時(shí)坐封。塞球的及時(shí)坐封。 理論分析理論分析 瑪瑪5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析 完井管 柱內(nèi)徑 ,mm 孔眼直 徑,mm 堵塞球參數(shù)攜球液參數(shù)投球序列投球序列 直徑 ,mm 密度， g/cm3 粘度， mPas 密度， g/cm3 次次 序序 待封孔待封孔 眼數(shù)眼數(shù) 投球投球 數(shù)數(shù) 投球排量投球排量 ,m,m3 3/min/min 108.69121.02511.02 1 13603604504502.82.8 2 23523523503502.82.8 注：孔眼流量系數(shù)取0.82 投球相關(guān)參數(shù)投球相關(guān)參

22、數(shù) 程序運(yùn)算結(jié)果程序運(yùn)算結(jié)果封堵情況分析封堵情況分析 堵塞球下井時(shí)，具備坐封條件的孔眼數(shù)仍堵塞球下井時(shí)，具備坐封條件的孔眼數(shù)仍不到總吸液孔眼數(shù)的不到總吸液孔眼數(shù)的10%。 失敗失敗 瑪瑪5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析 綜上所述，根據(jù)前文建立的模型對(duì)瑪綜上所述，根據(jù)前文建立的模型對(duì)瑪5-2H井堵塞球坐封情況進(jìn)行分析，井堵塞球坐封情況進(jìn)行分析， 結(jié)果表明：結(jié)果表明：兩次投球均不能對(duì)孔眼實(shí)現(xiàn)成功封堵。兩次投球均不能對(duì)孔眼實(shí)現(xiàn)成功封堵。 實(shí)際施工情況實(shí)際施工情況 由施工曲線可以看出：由施工曲線可以看出： 兩次投球后，泵壓均兩次投球后，泵壓均 沒有明顯的升高，封堵沒有明顯的升高，封堵 響應(yīng)不明

23、顯；響應(yīng)不明顯； 第一段和第二段施工第一段和第二段施工 曲線變化規(guī)律很接近，曲線變化規(guī)律很接近， 說明第一次投球并沒有說明第一次投球并沒有 壓開新層；壓開新層； 第三段施工泵壓總體比第三段施工泵壓總體比 第二段低，說明第二次第二段低，說明第二次 投球也沒有壓開新層。投球也沒有壓開新層。 u 從總體上看，在排量不變的情況下，泵壓曲線呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，類似于裂縫的延伸過程，從總體上看，在排量不變的情況下，泵壓曲線呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，類似于裂縫的延伸過程， 因此：因此：本次投球分段施工很可能僅本次投球分段施工很可能僅壓開了一段，整個(gè)施工過程實(shí)際上是該段裂縫起裂和延伸的過程。壓開了一段，整個(gè)施工

24、過程實(shí)際上是該段裂縫起裂和延伸的過程。 失敗原因：?jiǎn)未挝嚎籽蹟?shù)太多，單孔眼流速太小，拖曳力和持力不夠！失敗原因：?jiǎn)未挝嚎籽蹟?shù)太多，單孔眼流速太小，拖曳力和持力不夠！ 瑪瑪5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析 增產(chǎn)改造效果增產(chǎn)改造效果 改造后改造后日產(chǎn)油增加日產(chǎn)油增加0.91m3； 鄰鄰 井井 情情 況況 改造前：改造前： 工作制度工作制度日產(chǎn)油日產(chǎn)油 日產(chǎn)氣日產(chǎn)氣 油壓油壓 改造后：改造后： 8mm 12mm 13.94 12.2MPa 12.94MPa 0.91m3 0 272794m3 124081m3 改造后日產(chǎn)氣為改造前的改造后日產(chǎn)氣為改造前的2.2倍。倍。 瑪瑪401井井21

25、67-2223m（C+O）分段酸壓施）分段酸壓施 工后用工后用12mm油嘴求產(chǎn)，油嘴求產(chǎn)，日產(chǎn)氣日產(chǎn)氣37萬方左右。萬方左右。 瑪瑪5-1井井 2243-3372m大型酸壓施工后用大型酸壓施工后用 12mm油嘴求產(chǎn)，油嘴求產(chǎn)，日產(chǎn)氣日產(chǎn)氣30萬方左右。萬方左右。 u 瑪5-2H井改造效果一般； u 先壓開的為物性較好的氣 層，后面沒有壓開的為物性 較差的氣層或差氣層，因而 增產(chǎn)效果不算太差； u 總的來說，儲(chǔ)層潛力未得 到充分發(fā)揮。 塔中塔中62-5H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析 完井管 柱內(nèi)徑 ,mm 孔眼直 徑,mm 堵塞球參數(shù)攜球液參數(shù)投球序列投球序列 直徑 ,mm 密度， g/cm

26、3 粘度， mPas 密度， g/cm3 次次 序序 待封孔待封孔 眼數(shù)眼數(shù) 投球投球 數(shù)數(shù) 投球排量投球排量 ,m,m3 3/min/min 108.615191.02601.02 1 1707078786 6 2 2565665655.75.7 投球相關(guān)參數(shù)投球相關(guān)參數(shù) u 第一次投球：第一次投球： 排量大于排量大于1.8 m3/min才能保證投球封堵成功；才能保證投球封堵成功； 實(shí)際排量實(shí)際排量6.0m3/min滿足要求，故本次投球封堵成功。滿足要求，故本次投球封堵成功。 下游下游34個(gè)孔眼個(gè)孔眼被封堵后，其它孔眼的封堵更加容易。被封堵后，其它孔眼的封堵更加容易。 程序運(yùn)算結(jié)果程序運(yùn)算結(jié)果封堵情況分析封堵情況分析 堵塞球下井時(shí)，具備坐封條件的孔眼數(shù)堵塞球下井時(shí)，具備坐封條件的孔眼數(shù)34個(gè)，個(gè)，為總吸液孔為總吸液孔 眼數(shù)的眼數(shù)的50%。 成功成功 塔中塔中62-5H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析 完井管 柱內(nèi)徑 ,mm 孔眼直 徑,mm 堵塞球參數(shù)攜球液參數(shù)