遇油遇水自膨脹封隔器的研制

遇油遇水自膨脹封隔器的研制

完井是連接水平井和采收帶的重要紐帶。在早期,對完井的認(rèn)識僅停留在下套管固井和射孔上,完井技術(shù)僅是固井技術(shù)和射孔技術(shù)的結(jié)合。隨著對儲層物性的深入研究和采油工藝的需要與發(fā)展,人們逐漸認(rèn)識到完井是建立在對油、氣儲集層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、儲油性質(zhì)、巖石力學(xué)性質(zhì)和流體性質(zhì)全面分析的基礎(chǔ)之上,它將地質(zhì)、鉆井、采油、油藏等理論結(jié)合在一起,是一項系統(tǒng)工程。自膨脹封隔器水平井完井技術(shù)是以遇油\遇水自膨脹封隔器作為主要環(huán)空封隔工具對水平井進行完井的。由于該完井工藝簡單,能夠縮短完井時間,降低完井風(fēng)險和完井費用,已成為油田水平井開發(fā)中一項關(guān)鍵技術(shù)。1swellpack公司的油層管道封隔器自膨脹封隔器是自膨脹封隔器完井技術(shù)中的主要部件,其性能、結(jié)構(gòu)特點決定了其完井的工藝。目前,國內(nèi)外研發(fā)的自膨脹封隔器主要包括遇油自膨脹封隔器和遇水自膨脹封隔器2種類型。在該領(lǐng)域,主要有4家國外公司提供相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù):哈里伯頓公司的Swellpacker系列、SwellFix公司的ZIP(ZonalIsolationProfiler)系列、TAM公司的FreeCAP系列和BakerHughes公司的REP(ReactiveElementPacker)系列封隔器。自2002年問世以來,Swellpacker在中東、北海油田已經(jīng)成功應(yīng)用約1200次。在北海油田的1口井中,同時下入了12個Swellpacker系統(tǒng),成功隔離了各個油層。2008-11,由中國石油勘探開發(fā)研究院裝備所研制的遇油自膨脹封隔器首次在冀東油田G160-P13井成功應(yīng)用,并打破了國外服務(wù)公司對該項技術(shù)在中國的壟斷。1.1井筒條件、作業(yè)要求自膨脹封隔器作為一種新型的封隔器,可根據(jù)地層不同的油氣含量、井筒條件、作業(yè)要求,在井下遇油或水自主膨脹來封隔地層。該封隔器能夠適應(yīng)不規(guī)則裸眼形狀,膨脹膠筒貼緊井壁,無需靠管柱重力或加壓等方式坐封,最終實現(xiàn)油井分層分段效果,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。1.2力式膨脹封隔器1)自膨脹封隔器可靠性高,沒有機械運動部件,現(xiàn)場作業(yè)無需專家指導(dǎo)。2)自膨脹封隔器具有可自動補償環(huán)空間隙功能。熱動力式膨脹可持續(xù)膨脹以彌補產(chǎn)液沖蝕面造成的空隙。當(dāng)發(fā)生此類故障造成了漏失,即使在較低的壓差下,動態(tài)膨脹仍然會最終實現(xiàn)密封,該特性使之很適合在裸眼井段中使用,這是該技術(shù)相對于其他封隔器技術(shù)的最大優(yōu)點。3)可代替管外封隔器用于水平裸眼井的完井,該封隔器能夠使完井工藝簡化,降低完井風(fēng)險,減少作業(yè)費用。4)避免修井和井下作業(yè),降低維護成本,延長油井壽命。2在水平井的應(yīng)用中2.1水平井全井完井技術(shù)近幾年,隨著水平井開發(fā)技術(shù)的發(fā)展,水平井完井技術(shù)有了長足的進步。但是對于國內(nèi)大多數(shù)砂巖油藏,例如冀東油田在完鉆的所有水平井中,除少數(shù)水平井采用裸眼完井和射孔完井外,近幾年的水平井全部采用統(tǒng)一的非選擇性完井方式(全水平段篩管完井)。由于水平井全井段采用篩管完井,水平井見水后,其后續(xù)測試、找水、堵水等作業(yè)難度很大,目前國內(nèi)外尚無成熟可靠的技術(shù)來滿足篩管完井水平井生產(chǎn)后期的控水要求。水平井完井方式已成為影響水平井生產(chǎn)后期產(chǎn)量和開發(fā)效果的瓶頸。針對水平井在完井方面暴露的諸多問題,提出了2種水平井選擇性完井方式。2.1.1遇油清水自膨脹封隔器地層井該完井方式是近幾年冀東油田新鉆水平井應(yīng)用較多的一種完井方式。完井時,將自膨脹封隔器和篩管串聯(lián)一次性下入井內(nèi),利用遇油\遇水自膨脹封隔器將裸眼井進行了分段隔離,確保水平井段的出液均勻,延緩底水的推進時間。由于采用了遇油\遇水自膨脹封隔器的先期分段完井,方便了后期作業(yè)工具(找堵水等)的下入及工藝實施。圖2為冀東油田G160-P13井完井示意圖。該井選擇了造斜段注水泥,水平段采用“遇油自膨脹封隔器+控流篩管”完井方式,其中遇油自膨脹封隔器由中國石油勘探開發(fā)研究院研制。根據(jù)預(yù)測產(chǎn)能將控流篩管在下井前進行油嘴的調(diào)節(jié),從而確保完井后水平各層段的均勻出液,保證了油層底水的均勻推進。為了驗證遇油自膨脹封隔器的封壓性能,半年后進行加壓作業(yè)試驗,封隔器封壓8MPa,完全滿足現(xiàn)場油井的分段需要。2.1.2陸梁油田luhw1512井“自膨脹封隔器+ICD”完井方式是通過將自膨脹封隔器對水平井進行分段,應(yīng)用滑套進行層間流量控制的一種完井方式,如圖3。ICD(InflowControlDevice)是一種節(jié)流控制裝置,其結(jié)構(gòu)如圖4。該裝置可以通過多種方式進行井下調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)開關(guān)大小的方式包括:下入專有開關(guān)工具進行開關(guān);通過管內(nèi)分級加壓實現(xiàn)多級調(diào)控;通過連接液控管線或電纜管線進行地面控制等方式實現(xiàn)。2010-10,由中國石油勘探開發(fā)研究院裝備所和新疆油田采油工藝研究院共同完成了新疆陸梁油田L(fēng)UHW1512井現(xiàn)場試驗。該井井深2009m,其中水平段長150m。為了確保封隔器能夠順利下入井內(nèi)(封隔器外徑最大尺寸ue54f198mm,膠筒長3000mm),造斜段井眼選用ue54f241.3mm鉆頭鉆進。最終在ue54f215.9mm水平井眼內(nèi)下入ue54f139.7mm套管完井管柱進行完井。完井方案:下入2只型遇油自膨脹封隔器,將水平井段分為3段,每段設(shè)置2個節(jié)流式套管滑閥。根據(jù)預(yù)測的分段產(chǎn)液剖面數(shù)據(jù),進行ICD的地面水嘴預(yù)置后入井。水平井生產(chǎn)一段時間后如果含水量上升,通過關(guān)閉和打開動作滑套進行分段找水,并根據(jù)找水結(jié)果關(guān)閉高含水段的套管滑閥。如果套管滑閥失效,水平井后端可以進行管內(nèi)機械隔水,前端和中部出水則需要結(jié)合管內(nèi)封隔器進行化學(xué)堵水。LUHW1512井完井結(jié)構(gòu)如圖5。根據(jù)鉆井后的測井結(jié)果:水平井的趾根段分配產(chǎn)量為4t/d,中間段為6t/d,趾尖段為5t/d。通過現(xiàn)場試產(chǎn),油井初期產(chǎn)油量>10t,稍低于設(shè)計產(chǎn)量。經(jīng)過幾個月的試采,水平井含水上升率明顯低于鄰近油井,底水推進得到了很好的抑制。2.2推行自膨脹封隔器+注水泥固井對于國內(nèi)大多數(shù)水平井都是采用“傳統(tǒng)水泥固井+射孔”完井方式。由于完井管柱在水平井段受重力因素影響,管柱中心易偏離井眼中心,造成了水平井段固井相對難度較大,質(zhì)量難以保證,易發(fā)生油水竄層。為避免該現(xiàn)象的發(fā)生,采用“遇油\遇水自膨脹封隔器+注水泥固井”相結(jié)合的完井方式,完井結(jié)構(gòu)如圖6。通過封隔器與水泥的雙重封固,實現(xiàn)水平段的有效分段封隔,滿足后期作業(yè)(酸化、壓裂等)的要求。將膨脹橡膠硫化在套管外壁,當(dāng)水泥固井質(zhì)量較差時,即水泥作業(yè)失效或后期管柱受外界拉伸影響而形成微循環(huán),此時油水易出現(xiàn)串槽,該橡膠能夠遇到油\水后進行膨脹,從而有效地密封水泥與套管間的環(huán)空,最終提高固井質(zhì)量。目前,哈里伯頓、Swellfix公司已成功應(yīng)用于多個油田的完井,并很好地防止了油水層的后期串通。目前,由中國石油勘探開發(fā)研究院研制的遇油自膨脹封隔器在長慶油田已成功應(yīng)用4井次,提高了固井的質(zhì)量,有效防止了油水層串槽現(xiàn)象的發(fā)生。2.3多自動井技術(shù)進步隨著勘探開發(fā)的深入,一些主力油田已相繼進入開發(fā)中后期,而新發(fā)現(xiàn)的大儲量的油氣層越來越少,小井眼水平井側(cè)鉆和水平井鉆井技術(shù)的出現(xiàn)對開發(fā)中后期階段的油氣田提供了機會,同時也是開發(fā)這些老油氣田新儲層的一種有效方法。如同水平井的發(fā)展是依賴于鉆井工藝技術(shù)的進步一樣,分支井的發(fā)展主要依賴于完井技術(shù)的進步。目前,世界上絕大多數(shù)多分支井采用1級、2級的裸眼完井和3級的隔縫襯管完井,下套管注水泥完井的較少。這是由于4級多分支完井技術(shù)工藝和工具復(fù)雜,施工風(fēng)險較高。據(jù)統(tǒng)計,全世界8000多口分支井中僅有351口是采用4級完井方式。由于分支井及側(cè)鉆井的井眼較小,例如在常見的ue54f139.7mm(5ue6e6ue6f1英寸)套管上開窗側(cè)鉆,鉆頭多選用直徑ue54f117.5~ue54f120.6mm,由于新鉆井眼尺寸較小,其固井質(zhì)量難以保證,特別是對造斜段鉆遇水層時難以實現(xiàn)有效封隔。完井時為了獲得較大的內(nèi)通徑尺寸,可以采用自膨脹封隔器的裸眼完井,可有效地封隔油氣水,代替水泥固井,減少施工工藝,保障完井效果。2.3.1ue54f139.7mm5ue6e6f1鋼管井為了挖掘剩余油,2010-09,由中國石油勘探開發(fā)研究院和冀東油田鉆采院共同完成了冀東G59-12CP1井完井施工,結(jié)構(gòu)如圖7。該井井深2075m,主井眼采用ue54f139.7mm(5ue6e6ue6f1英寸)套管完井。通過在ue54f139.7mm(5ue6e6ue6f1英寸)套管上開窗側(cè)鉆,側(cè)鉆井眼為ue54f118.5mm,側(cè)鉆水平段長140m。為了防止造斜段水層對水平段油層的影響,在造斜段的上下兩端各加1只裸眼封隔器進行水層封隔,同時在水層段兩側(cè)又各加1只遇水封隔器,起到雙重保護的作用。采用2只遇油封隔器將水平井段分隔為2段,各段均通過篩管防砂采油。通過完井后1個月的試采油,油井產(chǎn)量達18t/d,取得了較好的經(jīng)濟效益。利用自膨脹封隔器進行側(cè)鉆完井,能夠代替常規(guī)固井射孔,簡化完井工藝,有效地挖掘油田剩余油資源。3水平井分段完井技術(shù)1)通過多年的膨脹材料研究,中國石油勘探開發(fā)研究院首次在國內(nèi)開發(fā)了能夠適應(yīng)油田完井的遇油\遇水自膨