碳酸盐岩地层水平井分段酸压完井新技术-201220088-李海涛

摘要在非均质性严重、天然裂缝发育的碳酸盐岩储层进行增产改造是非常有挑战性的作业。这种挑战来自于：满足深埋藏、高温碳酸盐岩储层的酸液配方、相配套的钻井技术、满足封隔要求及酸压要求的完井要求。尤其是碳酸盐岩地层的完井技术，仍然需要完善。碳酸盐岩地层完井经历了：直井完井，酸压处理、单分支水平井裸眼完井、双分支、三分支水平裸眼完井、可进行多级酸压的单分支水平井完井四个阶段。本文从完钻方向选择、完井方式适应性、以及酸压后产能评价几个方面介绍了完井新技术。最后发现，可进行多级酸压的单分支水平井完井方式和投球衬管完井方式，酸压后的产量都很高。关键词酸压，完井，碳酸盐岩，水平井引言在碳酸盐岩地层成功钻了第一口勘探井后，酸处理和钻井测试显示该地层非均质性严重、天然裂缝发育[1]。考虑到地层特征，使用解析数值模型以预测产量并评估模拟中裂缝不确定性对水平井产能的影响。相态可行性分析表现出了水平井的优势，然而井的最终产量依靠裂缝、裂缝的存贮系数和传导率。虽然钻水平井技术在过去的几十年取得进步，在完井方面，现在仍然还有很多技术限制，特别是在碳酸盐岩地层。这是因为该地层完井需要满足有效酸压或增产水平井不同段的要求，特别是在非均质地层或天然裂缝发育的地层。与直井相比，原有水平井完井技术只能挤入非常有限的增产液体。然后施工人员开发出一种策略，在长测试时间下证明碳酸盐岩地层也可以有高产量。这种测试通过使用最大储层接触面积以应对水平井挑战，其中只有一小部分的裸眼井段对总产量有效，剩下的低渗层对总体产量的贡献很小。由于这个原因，作业者开始寻找各种技术以提高第一口重要水平井的产量。最初的方法产生了基于天然裂缝密度和含水深度的多级压裂。在做了可用系统的市场评估，天然裂缝高度发育的认证、以及贯通水层的风险后，设计了分8级进行酸压增产的方案，该方案使用多级裸眼封隔器进行封隔，滤砂器最大化各层的接触面积，反向密封以排斥密封接头，密封接头在施工开始前固定在水洗管柱上。8个增产段同过固定在补给船上的高压酸化装置连续作业。总共泵入43470加仑Hcl,包括确保各段酸液均匀覆盖的粘弹性转向酸。施工过程中，每个增产段都观测到不同的施工压力，这表明裸眼封隔器对各段起到很好的封隔作用。施工过程中积极的压力反应证明:滑动接头有效密封反向密封组件。内部管柱用于选择性增产。其使用转位工具以关闭安装在生产封隔器下部的封隔阀。增产作业后，封隔阀成功关闭以避免液体向储层滤失，帮助远井的放喷，并安全的把管柱移到地面。增产作业完成后，进行了完整的DST测试以帮助洗井、试井，包括，井底采样，存储式压力计，智能远程双阀井底关井。液氮助排的作用下，石油开始自动流动8小时。返排过程持续了几天，然后该井以各种不同产量生产以计算PI（采油指数），并收集样本。不稳定试井取得了很高的PI值，并且总表皮为-5.9，这证明了该井的高产和完井设计、增产的有效性。施工结果提高了产量，提供了高效、节约成本的增产施工方案。1.完井面临的主要挑战1.1完井方向的选择最初所有碳酸盐岩RES地层的水平井分段压裂钻井方向平行于最大主应力方向。这个策略逐渐纠正为沿着平行于最小水平主应力方向钻井以期产生多条横向裂缝。因此，许多井都按平行于最小水平主应力方向钻井，并按MSF系统完井。沿平行于最小水平主应力方向钻井更有挑战性，需要考虑泥浆重量防止地层垮塌或破裂，否则按MSF系统完井时就找不到放置裸眼封隔器合适的地方[2]。之前的分段酸压施工中观测到了一个有趣现象：第一段（趾部）施工有明显的裂缝形成-压力和排量明显上升，知道地层破裂，然后裂缝延伸。地层破裂压裂数据很明显，标识着裂缝的形成。停泵后，压力逐渐下降。以后各段的施工，结果并不都是显示液体压进了新层，也没有观测到压力降低。并且，很有可能液体被压进了之前的层位，也就是说各层间有连通。为了进一步诊断这个问题，决定分别测试各层，然后让各层自然回流。这种方法揭示了：在几乎所有的例子中，第一段总是有更高的产量，后面的各段对总产量几乎没有贡献。1.2特殊地层条件下完井要求根据早期勘探井测试，及普光气田高含硫，二氧化碳的特征，综合地质条件、地面工程需求、完井设计等，应该考虑以下因素[3]：a．高含H2S，CO2b．气藏埋藏较深，地层温度高c．防止储层垮塌d．在长井段地层要满足安全要求e．满足酸压条件f．确保高产、稳产、安全完井优化：套管完井、一次性射开所有储层，射开后暂时压井，下生产、酸压综合管柱，酸压，投产。根据完井要求，酸压设计应解决一下技术问题：a．优化射孔参数，避免早期酸压时高弯曲摩阻，降低酸压泵压并提高设备使用效率b．对于长井段，特厚储层，必须采取安全有效措施以提高流体剖面c．优化设计和施工参数，努力推进酸压流体进入更多层位d．由于普光气田高含硫、高温、高敏感性特点，酸压液体应满足低摩阻，低溶蚀，低伤害，抗高温，抗含硫，抑制性等性质。对于巴西Basin储层[4-6]，操作员开始寻找各种技术证明油田产量并用长时间测试提高验证性水平井产量。因为天然裂缝高度发育，油水界面深度靠近定位深度，最初使用多级压裂的方法。当酸压需求被证实时，就开发了满足酸压要求的完井系统。理论上说，是定义要取得哪些需求以满足以下需求：A）裸眼封隔器-应能够封隔每个层，并在考虑酸压后，下部完井系统能抵抗最大应力差，B）封隔器固定在套管上-以在增产作业后，应该能为将来上部完井系统提供通道，并能够悬挂下部完井管柱重量C）力学隔层-增产后应能提供封隔地层的方式D）开阔部分管柱-能为酸压提供开阔地区，能回流并从其中生产。此外，它也提供了一种阻止产生任何固相或者碎屑进入生产管柱的方式，即使用ESPE）下部完井路径-应该提供定位酸化孔眼和路径，并注入到地层。取得满足上述要求的条件后，现场可用的可靠完井方式还很多，还应做如下筛选：A）使用机械封隔器而非膨胀封隔器。膨胀封隔器需要长时间膨胀（标准型），或者短时间膨胀（快速膨胀型），这将提高封隔器卡塞风险，使下部完井层不能达到预计深度B）使用密封筒封隔器，因为它可以在上部完井系统的每个密封单元保持稳定C）使用储层封隔阀，可以提供双向隔层D）使用滤砂器，因为其较高的机械性能，可以控制高产量下的固相和碎屑E）使用内层管柱，和砾石充填的冲洗管类似在这个阶段，在内部心轴为2600psi下实现了固定机械封隔器。这可以通过两种方式实现：通过抛光表面和隔离，隔离了下部完井系统，并抛光了内部管柱，或者抛光下部管柱系统面积，隔离内部管柱。经过风险分析，决定选择第一种方案。下部完井系统安装了双反向隔离接头，内层管柱抛光的滑动接头如图1所示。在实验室进行了特殊测试以验证反向密封接头。每个接头连接限制在6000psi下进行测试。下部完井几何特征应使用不带孔眼的管子，而非滤砂管。最后系统的主要特征可概括为：A）有效地多级以保证分段增产B）分层隔离C）套管鞋隔离D）酸压处理后地层隔离E）重新酸压的可能性F）裸眼封隔器深度的活动空间G）连通上部完井系统的能力H）暂时弃井机械隔层图1.酸压8层多级裸眼完井的设计1.3满足要求的完井工具选择DST组件[7]Jurassic井的测试使用抛光座圈（PBR）或者可回收封隔器系统。之前，使用许多环空压力反应（APR）工具进行油管测试，反向循环，压力恢复等。在测试过程中，APR工具主要由于环空中泥浆过重而失灵。所以尽量减少各种APR工具的使用以使DST测试变得简单。优化的DST管柱包括以下组件：1.带有滑动接头或PBR密封组件的可回收封隔器2.存储压力计托筒3.反向循环阀4.直达地面的油管5.PBR组件通过提供抛光座圈和工具管柱间的密封独立压力空间以封隔环形空间。施工中使用带有滑动接头的可回收封隔器。存储压力计托筒固定在外部压力拖筒上以记录井底流压，和试采中油管和环空的温度。使用带PBR密封组件和井口喷管的RIH完井管柱，安装15K型采油树并带有2个井口安全阀，启动流量测试，安装BPV，钻机拆卸在Jurassic钻井后通常紧跟着是PBR或者永久封隔器完井设计。完井管柱包括3-1/2’’抗酸油管，井口喷管以及封隔器密封组件。环空中18-20ppg油基泥浆作为完井液。3-1/2’’生产油管满足生产需求并提供可使用的整体设计。完井的井口喷管部分用于固定记录井底数据的存储式压力计。15000psi抗酸型井口装置用于测试所有Jurassic井。现在的标准井口装置包括环空阀，两个主阀，两个地面安全阀，和一个抽吸阀。为了减少生产过程中风险，两个水力激活的地面安全阀安装在所有的Jurassic井的井口（一个在两个主阀之间，另外一个在侧翼）。深部碳酸盐岩储层没有足够的渗透率以满足储层内流体流动。这些深部碳酸盐岩通常具有天然裂缝，这些天然裂缝为储层流体提供了另外一种流动途径。如果这些储层的裂缝密度比较低，从产层流到井底的潜质不够。为了克服这些问题，提高单井产量，采取了一些技术制造储层和井筒间的流动通道。这些流动通道成为诱导裂缝，这些诱导裂缝是在高排量注入酸时形成的。酸压作业通常在致密的碳酸盐岩地层实施以提高易酸溶地层的产量。盐酸通常用于产生刻蚀裂缝，刻蚀裂缝是维持裂缝张开的主要机理。使用支撑剂压裂是增产砂岩和灰岩地层的另外一种选择。酸压中不均匀、足够粗糙的的刻蚀可在裂缝闭合后保持流通渠道张开。观察发现：单井产量在酸压后显著提高。其目的就是在井眼周围形成水力裂缝，并在裂缝表面形成刻蚀，垂直于裂缝表面形成蚓孔，这样流动状态从径向流变为线性流，压力降也可以显著减少，同时也扩大了接触面积。Jurassic地层完井段压力降比估测的更高，这说明地层非常致密，并且井眼周围并没有那么多的天然裂缝。压裂前基质酸化并不能最大化井的产量，因为有限的穿透。为了提高产量，在两口井中（SA-A,SA-B）进行酸压。酸压后，两口井FWHP,PI增长了将近3-4倍，压后分析表明：Jurassic井中很多裂缝导流能力有提高。图2.PBR测试简图图3.封隔器测试简图Challenginghorizontalopenholecompletionincarbonates:acasehistoryonmechanicalisolationandselectivestimulationincamposbasinbrazilOtc22417最近在热带草原盆地的勘探最重要的发现就是在碳酸盐岩储层。第一口直井测试表明：储层为非均质性严重、天然裂缝发育的碳酸盐岩储层。考虑到储层的特征，使用了数值解和解析解来评估水平井的产量。由于一些人员的开发策略是使用最大储层，一口裸眼井的测试评估计划减轻了降低产量的风险，固井质量风险等。这个计划是为了解决低渗碳酸盐岩的水平井的挑战。在超过3000ft长度的水平段分别分段实施了水平井分段裸眼完井。首先，回顾了最先进裸眼完井的机械封隔技术，这种技术是一种可用于多段压裂(基质、酸压)的连续作业的有效技术。基于水平井裸眼定位和地质力学定位模型校正中获得的最终储层数据，最终选用的酸化增产措施是酸转向完井系统，而不是高压的酸压作业。这个设计成功的在非均质性的碳酸盐岩储层中实施，8个封隔段的增产使用酸洗设备和动态固定在补给船上的高压泵完成。超过1000桶增产液、氢氯化物混合物、提高转向的粘弹剂分段地注入到储层中。水平井优化研究的目标层考虑到超过125m的碳酸盐岩柱状剖面，该层已经由直井和试验性井评估。复杂的碳酸盐岩地质特征要求使用重要的地层评估和先进的储层特征技术以模拟开发方案。在这个意义上，以概念产量模型实施了一个具体的地层评估，如图2所示。这展示了测井、地层测试分析、地层岩心数据分析、地层压力、流体、地应力等综合特征。这同样也是产量模型模拟井几何形状、完井优化储层产量的基础。水平井轨迹以最稳定井眼条件为基础。井眼轨迹设计及最终模型如图3所示。电阻率和GR测井曲线可以看出地层结构、地质特征、能够转向的最佳位置。这包括地层倾角计算、断层、天然裂缝识别、穿过碳酸盐岩，页岩，砂岩的地质导向、产层非产层的判断。进行了一些测井以获得岩石、流体，以及在试验井中的相互关系测井数据。另外，使用地层倾角信息以确认之前的解释并为继续钻进提供