新型裸眼砾石充填工具在海上边际油田的应用

傅文伟,张吉江,王明冲

(1.中海石油能源发展有限公司监督监理技术公司,天津 300452;2.塔里木油田公司,新疆库尔勒 841000)

新型裸眼砾石充填工具在海上边际油田的应用

傅文伟1,张吉江1,王明冲2

(1.中海石油能源发展有限公司监督监理技术公司,天津 300452;2.塔里木油田公司,新疆库尔勒 841000)

为了满足海上边际油田的开发需要,开发了水平井裸眼砾石充填防砂完井技术。新型防砂管柱配合井下压力控制工具,既能满足裸眼砾石充填作业的需要,又能实现充填后不动管柱破胶作业。该技术已在海上某小型边际油田成功应用。

海上边际油田;裸眼完井;砾石充填;工具;井下压力控制

Abstract:Horizontal well open-hole gravel packing was recommended for satisfying the development demand of offshore marginal field.The requirements of open-hole gravel packing were realized by applying new model gravelpacking tools and down hole pressure control tools,and the acid treatment could be performed at post pack in a single trip.The successful case histories indicated the reliability and applicability of those gravel pack and pressure control tools.

Key words:offshore marginal field;open hole completion;gravelpack;tool;down hole pressure control

海上边际小型油田的开发受油藏规模及开发效益等限制,通常采取少井高产的开发模式,并要求尽可能延长修井周期,降低作业费用。在井型选择上常利用水平井以增大油藏接触面积,提高单井产量。砾石充填完井技术是目前应用广泛的针对弱胶结易出砂地层的一种完井方式。水平井裸眼砾石充填完井一方面可以有效保持井眼稳定性,同时还能取得明显的防砂效果。因此,应用裸眼砾石充填防砂完井的水平井能同时满足防砂及边际油田的开发需要,在边际油田开发中越来越受重视。

经过国内外多年的研究,水平井裸眼砾石充填完井技术已经非常成熟,应用范围不断拓宽。充填技术已形成了井下压力控制、层间隔离充填、带流量控制工具砾石充填以及充填后不动管柱进行增产作业等工艺,以满足油藏开发和井况需要[1-6]。

在渤海湾某海上小型边际油田的开发中,引进了该项先进的防砂技术。结合油层保护技术、新型砾石充填工具及井底压力控制技术,已经在多个区块多个油组成功应用,满足了现场作业和油藏开发的要求,取得了可观的经济效益和社会效益。同时也为同类区块的开发提供了较好的借鉴。

1 砾石充填过程概述

砾石充填是在油气井 (裸眼)中下入防砂工具及筛管,用地面防砂设备将一定浓度的砂浆经工作管柱泵人井内,经防砂转换工具进入筛管 -裸眼环空,砾石就在此环空里沉积下来形成人工挡砂屏障,防砂筛管则挡住砾石进入生产。充填中的一部分携砂液漏失进入地层,其余的经环空返至地面。

当使用低粘度的盐水作为携砂液时,水平井裸眼段内砾石沉降充填的过程一般包括前、后 2个阶段,分别用α和β波表示。选用合适尺寸的筛管和冲管时,砂浆进入水平段后由于过流面积增大、流速降低,部分砾石在筛管-井眼环空底部沉积,并形成高度稳定的砂丘,砾石在砂丘前缘持续沉积,砂堤前缘不断向井底推进,这个过程用α波来描述。当砂丘前缘到达筛管底部后,开始反向充填砂丘面与井眼之间的剩余部分,直至充填至筛管顶部,反向充填过程用β波描述。充填过程如图1。

图1 低粘度盐水携砂、高井斜井眼砾石充填过程

2 砾石充填技术及工具实现

受地层状况、井眼长度和井下工具等多种因素的影响,水平井裸眼砾石充填存在着极大的风险性,甚至在有些极端情况下利用常规作业方法无法成功充填,这正是该项作业技术的难点。水平井裸眼砾石充填技术的设计与实施有 2个关键环节。

a) 充填过程中的井壁稳定和漏失控制完整稳固的滤饼既能保持裸眼井壁稳定,又能避免作业时过量的流体漏失。这一般要求设计合理的钻井液和完井液体系,并始终保持 2.1～3.4 MPa(300～500 psi)水力静压差或循环压力,同时要求在所有活动管柱时避免抽吸效应[3],可以通过调整完井液密度以及相应井下工具来实现。新型充填工具总成可以实现活动管柱时保持水力静压差,同时也可以防止抽吸效应,满足保持滤饼完整性的要求[3-4]。该充填总成主要由顶部封隔器、充填总成、载荷指示以及相应坐封工具、充填转换工具、防抽吸工具、移位工具以及载荷显示定位工具等服务工具组成,如图2所示。

b) 合理的泵注设计和充填排量要求,尤其是有效的井底压力合理控制地面泵注的设计,包括携砂液、混砂比、地面泵注排量等相关参数设计。为保证充填质量,一方面要求足够的泵注排量避免砾石在管柱内堆积,同时需要有足够的返出将砾石携带至井底,另外也要求井底压力不能超过地层破裂压力。因为一旦压裂地层,将瞬时增大漏失,极易形成砂堵并导致提前脱砂。因此,存在一个泵注排量的操作窗口,在此窗口范围内选择合适的排量。但当某些极端情况下,例如极低破裂压力或者较长水平段长度,使得这一操作窗口并不存在,这就需要在充填过程中利用合适控制技术和井下工具进行有效的井底压力控制。

井底压力控制工具主要有一种压差转向阀。该阀由压差激动开启,自动改变返出流路,减少返出摩阻,从而降低井底压力。通过有效的压差设计和合理的布置位置,可以有效控制井底压力,并始终保持在地层破裂压力之下[5]。配合井底压力控制工具,可以进行常规方法所不能实现的充填。文献[4]指出,通过合适的充填工具和过程控制,水平段长度超过 2 438 m(8 000英尺)的水平井已经成功充填。

由于油藏需要,在充填后要进行破胶作业。一般需要取出服务工具后重新下入破胶管柱。新型充填工具通过旁通转换,人为改变转换通路,可以实现充填后不动管柱进行破胶作业[4],可以节省可观的作业时间和费用。新型充填工具作业示意如图3所示。

图2 砾石充填系统工具总成

图3 新型充填转换工具工艺示意

3 现场作业步骤

a) 刮管洗井,清洗管柱至返出浊度达到规定要求。

b) 替浆,正替无固相盐水至合适深度。

c) 下防砂管柱至设计深度,连接地面设备管线并试压合格。

d) 坐封封隔器,服务工具脱手。

e) 确定服务工具挤注、循环和反循环位置,并验封顶部封隔器。

f) 在循环位置进行循环测试。

g) 砾石充填作业,直至出现脱砂压力停泵。

h) 上提管柱至反循环位置,循环出管柱内多余的砾石。

i) 继续上提管柱至合适位置,替破胶剂破胶,观察漏失。

j) 起出服务工具,下入生产管柱。

4 应用实例

渤海某边际油田 XX区块的一口 φ215.9 mm(81/2英寸)水平井,井深 2 971 m,垂深 1 693 m,水平段长度 422.69 m,最大井斜 91°。设计下入外径φ139.7 mm(5.5英寸)的优质筛管,采用 20/40目人工陶粒,利用密度 1.08 kg/dm3的 KCl盐水作为携砂液进行砾石充填完井。现场设计地面泵注排量0.97 m3/min(6.1 bpm),混砂比 59.92 kg/m3(0.5 ppa)。经理论计算,该排量下的最终地面压力为10.34 MPa(1 500 psi),而地层破裂压力为 6.90 MPa(1 000 psi)。作业中采用了压差转向阀技术进行井底压力控制。在充填过程中,该转向阀经压差激动开启,有效降低了地面充填压力。从作业实施曲线 (图4)上看,砾石充填的前后 2个阶段非常明显,并且地面充填压力始终控制在破裂压力之下。充填质量评价显示,该水平井计算充填砂量 14 229 kg(31 369 lbs),实际充填砂量 14 205 kg(31 316 lbs),充填效率为 100%。

图4 砾石充填作业实施曲线

反循环管柱内多余的陶粒后,上提管柱并实现旁通转换然后正替破胶剂进行破胶作业。相比较常规的先取出服务工具再下破胶管柱程序,节省作业时间 12 h。

5 结论

1) 水平井裸眼砾石充填完井技术能满足边际油田的开发需要。

2) 保持滤饼完整性及井底压力控制是进行裸眼砾石充填的关键。

3) 始终保持水力静压差的新型充填工具既实现保持滤饼完整性,又实现了充填后不动管柱进行破胶作业。

4) 现场成功应用证明了该新型充填工具及井底压力控制工具的适用性和可靠性。

[1] Stephen P Mathis,Luiz A G Costa,Andrea N de Sa,et al.Horizontal Gravel Packing Success fully Move to Deepwater Floating Rig Environment[R].SPE 56783,1999.

[2] Penberthy W L,Bickham KL,Nguyen H T,et al.Gravel Placement in Horizontal Wells[R]. SPE 31147,2000.

[3] Leo E Hill,ArthurBarreto Coutinho Neto,Gene Ratterman,et al,Completion Tools Proven Successful in Deepwater Frac Packs and Horizontal Gravel-Packing[R].SPE 74492,2002.

[4] Lorenz M,Ratter man G,Martins F,et al.Advancement in Completion Technologies Proves Successful in Deepwater Frac-Pack and Horizontal Gravel-Pack Completions[R].SPE 103103,2006.

[5] Martin P Coronado,GrayCorbett T.Beta-wave Pressure Control Enables Extended-Reach Horizontal Gravel Packs[R].SPE 71668,2001.

[6] 周思宏.疏松砂岩油藏膨胀筛管裸眼防砂技术[J].石油矿场机械,2007,36(4):80-83.

Field Application of New Model Gravel Pack Tool for Horizontal Well Completion

FU Wen-wei1,ZHANG Ji-jiang1,WANG Ming-chong2
(1.Supervision&Technology Co.,CNOOC Energy Technology&Services Co.,Ltd.,Tianjin300452,China;2.PetroChina Tarim Oilfield Com pany,Korla841000,China)

TE953

B

1001-3482(2010)05-0046-04

2009-10-15

傅文伟 (1981-),男,江西人,2004年毕业于大庆石油学院石油工程专业,目前从事完井监督工作。