完井修井新技术之一水平井完井工艺技术

胜利油田分公司采油工艺研究院2009年10月•完井修井新技术水平井完井技术二水平井开发技术现状一面临问题与挑战三目录国外：水平井已经成为国外油田开发的一项常规技术。水平井广泛应用于多种油藏类型，应用无禁区。年份美国18家油公司加拿大19家油公司水平井数（口）比例（%）水平井数（口）比例（%）200612319.266916.96200711029.3082512.48一、水平井开发概述截止到2007年12月，世界上约有5万余口水平井，分支井约8500口。美国、加拿大水平井每年钻井数近2000口。美国在大位移水平井、分支井钻井方面有其优势；加拿大主要在利用水平井注蒸汽开采稠油方面的技术领先于世界；俄罗斯在多底井方面具有丰富的经验和技术优势。1、国内外水平井发展国内：截止2009年6月，中石化共完成水平井2004口。其中胜利油田完成1450口，累产油超千万吨。2008年，中石油完钻水平井1005口，并在多分支井、大位移水平井等方面取得了重大突破。水平井最大水平段达6118m；水平井最大垂深6062m；水平井最大斜深10728m；多分支水平井总水平段长度达到11342m。技术指标一、水平井开发概述1、国内外水平井发展一、水平井开发概述2、胜利水平井开发历程八五：攻关试验投产：32九五：快速发展投产：132十五：扩大应用投产：339十一五：创新发展投产：390“八五”、“九五”期间依托国家级课题：水平井、侧钻水平井钻采技术研究，首先在热采稠油油藏开展了技术攻关，初步形成水平井开采配套技术。常规水平井侧钻水平井阶梯式水平井一、水平井开发技术现状“八五”、“九五”期间进入“九五”期间，水平井技术得到快速发展，应用领域扩展到多种油藏类型，广泛应用于老区调整和新区产能建设。截止“九五”末，共投产水平井160余口。常规水平井侧钻水平井阶梯式水平井一、水平井开发技术现状“十五”、“十一五”期间伴随集团公司科技攻关项目：分支井、大位移井钻采技术研究，水平井进入扩大应用阶段，应用领域、应用规模进一步扩大，年投产水平井数在50口以上，水平井开采技术日趋成熟。分支水平井大位移水平井鱼骨状分支井一、水平井开发技术现状胜利油区水平井分布于68个油田中的42个，覆盖比例62％。应用无禁区，覆盖范围广。2003年水平井年产油突破百万吨大关,2007年产油148×104t，2008年8月底，累计设计水平井1327口，投产水平井1099口，水平井为胜利油田增产稳产发挥了重要作用。阶段“八五”“九五”“十五”“十一五”特超稠油海上低渗透厚层正韵律薄层裂缝断块稠油地层不整合一、水平井开发技术现状“十五”、“十一五”期间一、水平井开发概述实现两大技术转变：完井方式的转变射孔投产方式的转变近期取得三大技术突破：疏松砂岩油藏水平井裸眼防砂、完井一体化技术水平井砾石充填防砂技术低渗透油藏水平井分段压裂技术3、国内水平井完井采油配套技术一、水平井开发概述9项配套技术水平井完井方式优化技术水平井、侧钻水平井完井技术水平井防砂工艺技术水平井分段开采工艺技术水平井射孔工艺技术分支水平井完井、采油技术水平井修井工艺技术热采水平井注汽工艺技术水平井油层保护及储层改造技术3、国内水平井完井采油配套技术水平井开发技术现状一水平井完井技术二目录面临问题与挑战三完井（WellCompletion），顾名思义指的是油气井的完成，即根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式。完井工艺简介二、水平井完井技术完井方法的选择是一项复杂的系统工程，需要综合考虑的因素很多，这些因素主要有生产过程中井眼是否稳定、生产过程中地层是否出砂、地质和油藏工程特性、完井产能大小、钻井完井的经济效益、采油工程要求等。二、水平井完井技术裸眼系列完井射孔系列完井1、裸眼完井1、射孔完井2、割缝衬管完井2、射孔套管内下绕丝筛管完井3、带管外封隔器的割缝衬管完井3、射孔套管内下预充填砾石筛管完井4、绕丝筛管完井4、射孔套管内金属纤维筛管完井5、贯眼套管完井5、射孔套管内井下砾石充填完井6、裸眼预充填砾石筛管完井7、裸眼金属纤维筛管完井8、裸眼井下砾石充填完井完井方法按照不同的标准有不同的分法，比如说按照钻井后井眼是否裸露，可将完井方法分为两大类：射孔系列完井和裸眼系列完井。二、水平井完井技术非防砂型完井防砂型完井1、裸眼完井1、割缝衬管完井2、割缝衬管完井2、绕丝筛管完井3、带管外封隔器的割缝衬管完井3、裸眼预充填砾石筛管完井4、贯眼套管完井4、裸眼金属纤维筛管完井5、射孔完井5、裸眼井下砾石充填完井6、管内下绕丝筛管完井7、管内预充填砾石筛管完井8、管内金属纤维筛管完井9、管内井下砾石充填完井10、化学固砂完井按照完井方法是否具备防砂的功能来分，则又可分成防砂型完井和非防砂型完井两大类二、水平井完井技术二、水平井完井技术1.水平井完井方式优化国内水平井完井优化技术因素生产动态分析完井参数设计数学模型完井产能预测完井方式选择射孔优化设计岩石力学性质经济指标生产技术指标优选油管及套管尺寸设计思路防砂工艺优选根据油藏特性，结合成熟防砂技术，优选出防砂方式。完井方式产能预测通过引入完井表皮系数，预测不同完井方式下的产能。完井成本对比分析比不同完井方式的投入，优选完井方式。二、水平井完井技术滤砂管完井方式的水平井产能预测模型2222542.81/2/2ln(/)ln/22hhsgoohdsgwKhJBaaLhhLSSLhr⑴水平井产能预测研究针对不同完井方式，与理想裸眼水平井完井对比，影响产能的因素主要表现在表皮系数，对表皮系数进行分析计算，预测不同完井方式下的产能。542.8hvssgooKKLPSqB(/)(/)(/1)ln(/)hdvdhddwShLShLKKrr二、水平井完井技术542.8hvssgooKKLPSqB完井表皮系数(/)(/)(/1)ln(/)hdvdhddwShLShLKKrr钻井损害表皮系数钻井污染带环空堆积砂层完井管原始地层同样，对其它各类完井方式也建立了相关的数学模型，形成了优化设计软件，计算出水平井的产能，通过不同完井方式下产能的对比，分析不同完井方式的适应性。二、水平井完井技术⑵防砂方式的选择⑶完井成本对比比较项目管内滤砂管裸眼滤砂管管内绕丝筛管砾石充填裸眼砾石充填适应地层砂尺寸中－粗中－粗细－粗细－粗井段长度3m3m短－长短－长稠油热采井适用适用适用适用严重出砂井－适用适用适用泥质含量高－适应适应适用产液腐蚀性井适用适用适用适用完井后管柱内径小常规小常规施工费用中低高高施工成功率高高低－中低－中（水平井不成熟）防砂有效期短中－长长长对不同完井方式的完井费用进行对比，作为完井方式选择的指标之一。国内外防砂方法比对综合评价三种影响因素，优选出完井方式。二、水平井完井技术国内前期实施的水平井大部分采用固井射孔完井方式，经过攻关、配套和大量的应用，该项技术已趋成熟。水平井套管固井完井技术水平井尾管固井完井技术水平井射孔工艺及定向射孔技术二、水平井完井技术2.常规水平井套管固井射孔完井技术二、水平井完井技术套管水泥环地层1.常规水平井套管固井射孔完井技术水平井套管固井完井技术二、水平井完井技术套管水泥环地层2.常规水平井套管固井射孔完井技术水平井尾管固井完井技术套管固井射孔完井尾管固井射孔完井有利于避开夹层水、底水、气顶，可实施水平段分段射孔、试油、注采和进行选择性增产措施。有利于提高固井质量和保护油气层，在钻水平段过程中采用与油气层相配伍的钻井液，采用近平衡钻井或欠平衡钻井技术，最大限度的降低对油层的污染，保持油井产能。一、水平井基本知识二、水平井完井技术2.常规水平井套管固井射孔完井技术水平井固井质量差的原因水平段套管在重力作用下往往偏向下井壁，水泥浆容易从宽间隙处顶替钻井液，而在窄间隙处形成钻井液滞留，注水泥后形成的水泥环薄厚不均，甚至有些地方没有形成水泥环，严重影响固井质量。二、水平井完井技术2.常规水平井套管固井射孔完井技术开发滚轮扶正器，提高套管居中度•滚轮旋流套管扶正器变滑动摩擦为滚动摩擦，降低下套管阻力。•注水泥时扶正器螺旋形的外表面会在扶正器周围产生局部的螺旋流，获得更好的顶替效果。二、水平井完井技术提高水平井固井质量的措施2.常规水平井套管固井射孔完井技术优选水泥浆体系，开发应用微失水水泥浆微失水水泥浆可严格控制水泥浆自由水和API失水，提高水泥环韧性，避免固井和压裂时的油气水窜。充分分散的SCL颗粒SCL颗粒脱水形成的不具备渗透性膜层二、水平井完井技术2.常规水平井套管固井射孔完井技术管外封隔器辅助固井技术，提高水平段封隔效果在水平段套管柱上串接若干个管外封隔器注水泥碰压后继续打压用顶替液打开压缩式管外封隔器利用水泥环和橡胶塞联合作用实现地层有效隔离二、水平井完井技术2.常规水平井套管固井射孔完井技术高压地层和地层压力情况不明的采用正压射孔射孔方式正压射孔负压射孔近平衡射孔对于地层疏松、胶结差的砂岩油藏以及中高渗透油藏采用近平衡射孔中低渗透油藏采用负压射孔，通常在射孔前采用气举排液的方法掏空套管一、水平井基本知识二、水平井完井技术2.常规水平井套管固井射孔完井技术水平井射孔技术•传送方式：油管传送射孔枪，液压引爆•布孔方式:疏松砂岩油藏:180°下相位四排布孔岩性较致密的油藏:全相位螺旋布孔一、水平井基本知识二、水平井完井技术2.常规水平井套管固井射孔完井技术射孔参数：89枪、89弹102枪、102弹102枪、89增强弹127枪、127弹孔径10-12mm;孔密16-22孔/m射孔液：常用的射孔液是无固相水基射孔液，基液选用处理过的本地区油田污水或卤水，加入粘土稳定剂、破乳剂、防腐剂等添加剂，地层漏失严重的还要加入屏蔽暂堵剂。一、水平井基本知识二、水平井完井技术2.常规水平井套管固井射孔完井技术△P全井段射孔完井后部油层段的产能得不到充分发挥部分井段水淹后，卡堵水困难二、水平井完井技术水平井射孔技术2.常规水平井套管固井射孔完井技术提高各射孔段的开发效果有利于各种工艺措施实施提高最终采收率△P△P根据油藏特性、测井资料、井身轨迹、固井质量等资料，优化设计水平井分段数量、段长、产能、射孔参数分段射孔优化二、水平井完井技术水平井射孔工艺2.常规水平井套管固井射孔完井技术分段射孔参数优化系统：优选出不同射孔段的孔深、孔密和射孔枪弹等参数对影响产能的12个有关参数进行敏感性分析进行负压射孔设计根据不同的生产制度对近井地带进行油藏数值模拟，提供压力和产量变化曲线以及不同时间的含油（水）饱和度分布图。2.常规水平井套管固井射孔完井技术二、水平井完井技术一、水平井基本知识二、水平井完井技术3.水平井筛管完井技术钻孔/割缝衬管完井适用于：a、天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩储层b、单一厚储层或不要求层段分隔的储层c、井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层d、岩性较为疏松的中、粗砂粒储层滤砂管防砂完井适用于：a、岩性较为疏松的砂粒储层工艺特点与套管固井完井相比，完善程度高，筛管完井水平井增产效果显著。二、水平井完井技术完井方式初期效果目前生产情况(2007年12月)投产油井单井日油t含水%开井单井日油t含水%筛管7418.037.07213.550.4套管7612.264.4757.977.5套管+筛管2621.151.92313.866.0裸眼10.195.214.8合计17715.852.117111.065.92007年胜利油田不同完井方式水平井效果表3.水平井筛管完井技术可以采用管外封隔器进行水平段有效封隔，为后期配套措施的实施提供条件。二、水平井完井技术工艺特点3.水平井筛管完井技术完井、防砂一体化完成，工艺简便，完井成本低。二、水平井完井技术工艺特点筛管顶部注水泥防砂完井一体