水平井分段完井工具的室内试验及现场应用

魏新芳 徐 鑫 余金陵 冯德杰 邹晓敏

(中国石化胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营 257017)

◀设备与工具▶

水平井分段完井工具的室内试验及现场应用

魏新芳 徐 鑫 余金陵 冯德杰 邹晓敏

(中国石化胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营 257017)

水平井完井技术的发展趋势是分段完井,即能实现分层开采及异质层隔离功能的完井技术。为此,设计了由内外两套管柱组成的分段完井工具,外管柱实现层间隔离功能,内管柱实现坐封管外封隔器功能。室内试验表明,管外封隔器膨胀后其外径、密封效果、耐压能力等均可满足现场应用的要求。现场应用表明,采用分段完井工具进行分段完井的水平井能实现分层开采及各个不同层系间的隔离、延长无水或低含水开采期、提高采收率的目标。

水平井;完井工具;筛管完井;套管外封隔器;平13井

水平井在油田新区开发、老区挖潜增效中的作用越来越显著。截止2008年5月,胜利油田累计设计水平井1 156口,累计产油1 038×104t。水平井常采用固井射孔和筛管完井方式完井,由于筛管完井方式具有泄油面积大,施工工艺简单可靠的优点, 60%以上的水平井采用该完井方式[1]。但随着薄油藏、边底水油藏等在水平井开发中所占的比重越来越大,部分油井由于一点出水就会导致全井水淹[2],严重影响了油田的开发效益。分段完井技术能实现各个不同层系间的隔离,从而延长油井无水或低含水开采周期,为后续找水堵水措施奠定基础,是水平井完井技术的发展方向。为此,笔者研制开发了一种水平井分段完井工具,并进行了室内试验和现场应用。

1 水平井分段完井工具

1.1 工具设计

水平井分段完井可通过改进现有完井工具,采用辅助工具坐封管外封隔器的方式实现。笔者据此设计的完井工具主要包括外管柱和内管柱。外管柱即为完井管柱,随套管下入井内,通过管外封隔器胶筒膨胀与井壁紧密接触实现层位封隔;内管柱主要实现定位并坐封管外封隔器,同时兼具酸洗泥饼的功能,可根据实际需求完成清洁筛管表面,沟通泄油通道的工作。

外管柱组合:滚动引鞋+筛管+管外封隔器+套管+管外封隔器+筛管+盲板+管外封隔器+分级箍+浮箍+套管+悬挂器(外管柱组合可根据实际情况而定)。

内管柱组合:丝堵+平式油管短节+内管封隔器+平式油管短节+限压阀+平式油管短节+内管封隔器+平式油管短节+变扣短节+钻杆。

1.2 室内试验

对开发出的φ139.7 mm压缩式管外封隔器进行了一系列室内试验,以检验其性能并对其进行改进,使其最终满足现场施工要求,达到防止相邻层位连通的目的。

封隔器试验过程如下:

1)将封隔器安装于试验台上,连接好液压管线,开始加压;

2)压力升至11 MPa,销钉剪断,封隔器胶筒受液压缸挤压,外径开始增大;

3)压力一直维持在4～5 MPa(约15 min),随着液压缸不断向前移动,胶筒受挤压,外径逐渐增大;

4)胶筒外径达到最大后,液压缸不再运动,压力一直上升,此时泄压,锁紧装置锁紧,以防止液压缸回退,胶筒处于最大外径位置,保持不变,膨胀试验结束。

5)将φ139.7 mm管外封隔器置于φ244.5 mm套管(模拟井筒)内,加压坐封后,从环空加压检测其承压能力。试验结果见表1和表2。

表1 封隔器胶筒膨胀前后的外径

表2 管外封隔器承压能力试验

从表1和表2可看出:压缩式管外封隔器膨胀后的外径保持在290 mm左右,完全可以压实井壁,防止胶筒与井壁间形成微小间隙;膨胀后环空加压20 MPa,未出现液体泄漏现象,充分表明压缩式管外封隔器能满足现场应用要求。

与常规封隔器相比,压缩式管外封隔器结构简单可靠,采用多段封隔方式密封效果好,实心胶筒硬度高、承压能力强,是分段完井作业的高效工具。

2 分段完井工艺

2.1 工艺介绍

分段完井工艺过程主要包括分段完井工具下入过程及内管工具胀封过程两个阶段。分段完井工具要安全顺利地下至指定位置,以保证封隔层段准确,为封隔器膨胀坐封奠定基础。内管工具完成封隔器膨胀坐封,以达到分段完井的目的。

其具体过程为:

1)根据电测数据,准确定位异质层,据此设计下入外管串组合;

2)管串下至设计井深后,加压坐封管外封隔器;

3)继续憋压打开压差式分级箍,将环空泥砂循环干净后,进行注水泥作业;

4)水泥浆顶替完后,继续加压关闭分级箍,候凝;

5)下入通井刮管工具清理管柱内残留物;

6)根据坐封内管封隔器位置,准备坐封内管工具组合;

7)下到位后,密封插头插入清洗阀,反洗泥饼;

8)酸洗结束,正向加压坐封内管封隔器、打开限压阀,从下至上依次坐封内管封隔器;

9)继续加压憋通球座,起出内管工具,完成分段完井作业。

图1为水平井分段完井工艺示意图。

图1 水平井分段完井工艺示意

2.2 技术优势

1)采用实体压缩式管外封隔器,压缩后外径大,橡胶实体嵌入地层,承压能力强,能保证分段质量;

2)分段内管封隔器内径比套管内径小10 mm,过盲板位置不易刮坏,并可以实现双向重复坐封,保压效果稳定;

3)内管柱还可实现一趟钻完成坐封管外封隔器和酸洗作业,能缩短作业时间和降低作业成本。

3 现场应用

胜利、大港等油田先后在10多口水平井完井中采用了分段完井工艺技术,大幅延长了油井无水或低含水采油期,提高了油井采收率和油藏开发效果,取得了显著的经济效益。

以河口采油厂某区块平13井为例,该井井深1 638.0 m,造斜点位于井深1 010.9 m处。结合该井地质特征及后期需采取增产措施的要求,该井采用水平段分段完井工艺技术进行完井。该井设计在井深1 500.0 m位置下入实体压缩式管外封隔器,将水平段筛管分为两段。

该井实施筛管顶部注水泥之后,按设计要求下入内管串。利用水泥车加压至8 MPa,打开限压阀,继续加压至10 MPa坐封内管封隔器,继续加压至12 MPa,稳压5 min,坐封压缩式管外封隔器,最后加压至25 MPa,憋通球座,该井分段完井施工结束。

河口采油厂还在该区块的平21井和平18井采用了分段完井工艺,投产后都取得了良好的效果(见表3)。采用分段完井工艺技术的油井投产初期,含水量极低,但受到邻井注水影响,含水量逐步增加,但其采收率高于邻井,应用效果较为明显。

表3 河口采油厂某区块分段完井情况统计

4 结 论

1)水平井分段完井工具主要由内、外两套管柱组成,外管柱可实现层间隔离,内管柱实现坐封管外封隔器,工艺上切实可行。

2)设计的实体压缩式管外封隔器具有膨胀后外径大、密封效果优良、承压能力强等优点,完全满足分段施工作业要求。

3)应用分段完井技术成功解决了水平井底水锥进等诸多难题,大幅度提高了开发效益。

[1] 万仁溥.现代完井工程[M].北京:石油工业出版社,1996:55-56.

[2] 王增林,张全胜.胜利油田水平井完井及采油配套技术[J].油气地质与采收率,2008,15(6):1-5.

[审稿 杨宪民]

Laboratory Tests and Field Applications of Horizontal Segregated Completion Tools

Wei Xinfang Xu Xin Yu Jinling Feng Dejie Zou Xiaomin
(Drilling Technology Research Institute,S hengli Petroleum A dministration,S INO PEC,Dongying,S handong,257017,China)

Segregated completion technology which can realize zonal production and interzonal isolation is the development direction of horizontal well completion.The segregated well tools are composed of inner and outer strings.The outer string is for zonal isolation while inner string is to expand external casing packer(ECP).Laboratory test results indicate that ECPs can meet requirement of field application after expansion in OD,sealing effect,bearing pressure,etc.In-situ applications indicate that horizontal wells completed with this tool can realize oil production separately and isolate various formations,prolong recovery period without water or with low water cut,and thus improve oil recovery.

horizontal well;completion tools;screen liner completion;external casing packer;Ping 13 Well

book=2010,ebook=129

TE925+.3

B

1001-0890(2010)02-0055-03

2009-08-13;改回日期:2010-01-18

国家重大专项项目“低渗油气田完井关键技术研究”(编号:2008ZX05022-006)部分研究成果

魏新芳(1981—),男,山东东营人,2004年毕业于西安石油大学机械设计及自动化专业,2007年获中国石油大学(华东)机械电子工程专业硕士学位,工程师,主要从事钻井完井工具及施工工艺的研究工作。

联系方式:13561053246,bruceway@163.com