塔河油田水平井修井技术研究与应用研究报告

塔河油田水平井修井技术研究与应用研究报告内容摘要：

层状分布，物性和连通性好，给活跃的底水创造了良好的能量释放通道和空间。 从地饱压差及各井测压资料看，油层压力和原始地层压力基本变化不大，说明底水能量充足。 油藏温压系统 据高压物性分析资料及近期各井测压数据， Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ油藏原始地层压力、 、 ，最近测得地层压力()、 ()、 ()说明其下降缓慢，压力保持程度较高，达 %、 %、 %。 1 区下油组温度 110℃ /； 2 区中油组温度 106℃ /； 2 区上油组温度 105℃ /4405m。 2 区开发层均属正常温、压系统。 原油物性 1 区下油组地面原油属于较高粘度、含硫、高蜡的中质油。 平均地面密度 g/cm3，平均运动粘度 ，凝固点 ℃。 割缝衬管完井水平井井身结构 塔河油田 1 区、 2 区和 9 区割缝衬管完井水平井技术套管采用φ （ 7in）套管，悬挂在φ （ 95/8in）的技术套管上，φ （ 7in）技术套管一般下过造斜段，部分井未回接至井口。 水平段采用φ 筛管完井。 为了对水平段及造斜段以上井段进行有效密封，在完井方式上采用了管外封隔器＋分级箍注水泥技术，管串结构为：引鞋 +筛管串 +盲管 +管外封隔器 +分级箍 +套管串至技术套管末端以上 150m。 图 21 为 K109H 井井身结构示意图。 井内生产管柱结构 塔河油田 1 区、 2 区和 9 区割缝衬管水平井目前主要采用自喷方式生产，井内生产管柱结构相 对来说比较简单，大部分井采用了作业措施原管柱生产，下井的井下工具相对也较少，从图 21 中可以看出其生产管柱结构、油管规格、管柱下深等。 塔河水平井修井技术研究与应用 9 衬管完井的好处在于能提供足够的流通面积，储层不受水泥浆的污染，可防止井眼坍塌，成本相对较低。 国外水平井应用割缝衬管完井非常普遍，它既起到裸眼完井的作用，又防止了裸眼井壁坍塌堵塞井筒的作用，同时在一定程度上起到防砂的作用。 塔河油田割缝衬管完井水平井分段工艺适应性研究 图 21 K109H井井身结构及入井管串图 塔河水平井修井技术研究与应用 10 塔河油田采用割缝衬管方式完井的水平井，全部水平段合采，在水平段内层与层之间没有采用有效的手段进行 封隔，在开采中后期可能会带来下列几个方面的负面影响：一是大范围的水平段合层开采，存在各层段贡献大小不一的问题，这种情况在胜利油田早期投产的、水平段全部打开生产的水平井中表现的十分明显。 二是层间矛盾突出的问题，当水平段某个层位含水上升后将直接影响该水平井的生产。 另外 给后期的生产调整增加了极大的难度。 根据国内外情报调研情况，结合塔河油田水平井油藏条件和井身结构特点，我们提出了三种分段封堵工艺来满足塔河油田割缝衬管完井水平井的分段要求，这三种工艺分别是挤注低密度化学堵剂封堵下部水层工艺、注水泥封堵工艺和割缝衬管 内小套管二次固井工艺。 挤注低密度化学堵剂封堵下部水层工艺 水平井挤化学剂或挤水泥封堵存在下列问题：由于注入的化学堵剂或水泥浆密度较大，固结后有后沉降现象，造成顶部存在亏空带，严重影响封堵效果。 针对这个问题，我们筛选出一种密度小、固结强度高的低密度化学堵剂来解决上述问题。 同时根据该堵剂的性质配套设计了施工管柱和施工工艺。 低密度堵剂优选 优选原则 (1) 塔河油田三叠系原油 平均地面密度为 g/cm3，修井液密度为 g/cm3左右，因此要求堵剂的密度控制在 上述两数值之间。 (2) 塔河油田水平井较深，一般斜深都超过 4500m，井筒内循环一周时间较长，因此必须设置合理的固化时间，保证施工的安全。 表 21 为不同泵车排量下 3 1/2in 油管循环一周所需工作时间。 表 21 不同泵车排量下 3 1/2in 油管流体循环时间 井深， m 不同泵车排量下 3 1/2in 油管流体循环时间， min m3/min m3/min m3/min m3/min 4500 5000 5500 试验结果 通过试验优选出一种比较适合塔河油田水平井封堵施工的化学堵剂，该堵剂为一种非水溶性合成树脂（ FN–1 型树脂），密度在 1g /cm 3左右，具有良好的耐盐、耐酸、耐碱能力，对套管、地层固结能力强，固结强度高。 塔河水平井修井技术研究与应用 11 表 22 给出了 FN1 型低密度化学堵剂的性能指标。 表 22 FN1型低密度化学堵剂的性能指标 项目 密度， g /cm 3 粘度， mPa .s 固化时间， h 固结强度， MPa 参数 150200 ＞ 4 ＞ 10 施工工艺设计 管柱设计原则 (1) 施工油管选择 在满足塔河油田井深要求的情况下，尽量采用同一规格的油管。 表 23 列出了不同材质，不同壁厚 31/2in 外加厚油管的允许下入深度，供施工设计时参考。 表 23 31/2in外加厚油管的允许下入深度 公称直径 in 钢级 壁厚 mm 不同安全系数油管允许下入深度， m n＝ n＝ n＝ 31/2 N80 6． 45 5118 4664 4280 9． 52 P105 6． 45 6818 6223 5719 9． 52 P110 6． 45 7158 6535 6007 9． 52 (2) 施工工艺选择 推荐使用投胶塞方式施工，这样可以精确保证堵剂的全部注入。 (3) 堵剂挤注压力 该化学堵剂主要在地层与套管之间以及套管内壁固结而形成密封，因此必须控制挤注压力小于地层的破裂压力。 管柱结构设计 管柱全部采用 31/2in 外加厚油管，管柱下接胶塞座和筛管，筛管下到需要封堵的井段位置。 图 21 为施工管柱图。 施工工艺过程设计 (1) 找出 需要封堵的井段，结合原井资料，完成挤注低密度化学堵剂施工设计。 设计内容主要包括计算化学堵剂施工用量、顶替液用量、循环时间、挤注压力等内容。 (2) 井筒准备。 进行必要的冲砂通井施工，确保施工管柱能够下入到需要封堵的层段。 塔河水平井修井技术研究与应用 12 (3) 依据设计下入挤注施工管柱。 (4) 管柱下深满足要求后，全井试挤，取准试挤压力数据。 (5) 根据设计中计算的用量，正循环从油管注入化学堵剂。 (6) 化学堵剂注入完成后，向油管内投入小胶塞，继续泵入顶替液。 (7) 小胶塞到达胶塞后，泵车起压，打掉滑套，油管泄压，关闭套管阀门， 依据设计压力向地层中挤入部分堵剂。 (8) 停泵，待压力慢慢扩散后，打开套管阀门，上提管柱 200m 候凝。 经济性能评价 按照需封堵的水平井段长 50m，裸眼井径 φ ，井眼较规则的假设计算化学堵剂的用量。 表 24 为施工用量及材料费用表。 表 24 施工用量及材料费用表 材料名称 用量 单价 (元 ) 金额（元） 低密度化学堵剂 吨 43000 107500 胶塞 1 个 1980 1980 胶塞座 1 个 3720 3720 合计 113200 图 21 挤注低密度堵剂施工管柱图 1－ 3 1/2in油管； 2－胶塞； 3－胶塞座； 4－筛管； 5－丝堵 塔河水平井修井技术研究与应用 13 注 水泥封堵水层工艺技术 挤水泥封堵水层是直井中较常用的一种封堵施工方式，但由于水平井井身结构的特殊性，常规直井中的施工工艺和配套工具不能直接照搬使用，通过研究，我们开发出适合水平井中使用的注水泥封堵施工工艺。 为了满足油层保护的需要，同时也为了防治注水泥过程中水泥浆漏失，施工设计必须考虑油层屏蔽暂堵的问题。 施工时首先注入高温暂堵剂，暂堵水平段油层，完成上述工艺后再注入一定量的水泥，候凝一段时间后，利用水平井钻铣管柱铣出割缝衬管内的水泥，下入水平井找水测试管柱，找出水平段的剩余油分布情况，并根据测试结果进行选择 性射孔施工。 管柱结构设计 塔河油田割缝衬管完井水平井水平井段长，油层埋藏深，作业施工时间都比较长，因此从施工安全的角度考虑，管柱设计以简洁实用为原则。 挤暂堵剂和挤水泥采用同一管柱，其结构见图 22。 暂堵剂优选 1 区下油组温度 110℃ /； 2 区中油组温度 106℃ /； 2 区上油组温度 105℃ /4405m。 优选出 HP－ 10 暂堵剂进行施工， HP10 暂堵剂性能指标在后 图 22 塔河水平井挤水泥封堵施工管柱图 1－油管管柱； 2－ ECP封隔器； 3－割缝筛管 塔河水平井修井技术研究与应用 14 面的章节中将作进一步的介绍。 挤水泥施工工艺设计 水泥浆配置 原则 塔河油田割缝衬管完井水平井井身结构为 φ 套管＋分接箍＋裸眼封隔器＋ φ 筛管，裸眼封隔器位于 A 点附近，裸眼井径为 φ。 注水泥过程中割缝衬管和裸眼井壁之间不能很好地建立其循环， 为了尽最大可能保证水平井挤水泥封堵的效果，推荐使用低密度水泥浆。 获得低密度水泥浆的常用方法有两种：一是采用粘土或化学硅酸盐型填充剂和过量水；二是采用低密度外加剂材料如火山灰、玻璃微珠或氮气等，由于本身密度低于水泥密度而能降低水泥浆密度。 其中泡沫水泥和微珠水泥是超低密度水泥浆的主要代表类型，泡沫水 泥的密度范围在 g/cm3－ ，微珠水泥密度在 g/cm3－。 表 25 为普通低密度水泥配置方法。 具体进行施工设计时可以参考表中的配方，结合塔河油田水平井油层特点选择相关添加剂，并结合试验结果确定每口井的水泥浆配方。 表 25 普通低密度水泥配置方法 水泥 填充剂 加入百分比 ％ （水泥浆密度） g/cm3 胶质水泥 膨润土 4 8 12 16 盐 3 H 级 水泥浆密度 （ ） () () () C 级 水泥浆密度 () () () 预胶化水泥 水＋膨润土 水泥浆密度 () () () () () () () 火山灰水泥 胶质 2 6 10 18 水泥浆密度 () () () () 硅藻土 D 水泥 硅藻土 D 10 20 30 40 水泥浆密度 () () () () 硅酸盐水泥 硅酸盐 水泥浆密度 () () () 哈里伯顿 轻水泥 水 74 83 H 级 水泥浆密度 () () C 级 () 水泥浆用量理论计算 塔河水平井修井技术研究与应用 15 低压挤水泥是用比地层破裂压力低的挤注压力使水泥进入目的地，用脱水水泥形成的水泥饼充填割缝管空腔及它与地层连通的空隙。 低压挤水泥在井较深且水泥用量较大时井筒的水泥浆柱压力可能会压漏地层，为此应采用下列经验公式计算一次低压挤水泥允许最大水泥 量： iscscxVV hhFGx   )(]350)[(  其中： FG――地层破裂压力梯度， kPa/m； c ――完井液（顶替液）密度， g/cm3； s ――水泥浆密度， g/cm3； h―――井口至封堵位置距离， m； x―――地层能安全承受的最大水泥浆柱长度， m； iV ――油管每米内容积， l； 挤水泥施工工艺过程设计 (1) 找出需要封堵的井段，结合原井资料，完成施工设计。 设计内容应包 括水泥浆密度确定、施工用量、顶替液用量、循环时间、挤注压力等方面。 (2) 井筒准备。 进行必要的冲砂通井施工，确保施工管柱能够下入到需要封堵的层段。 (3) 依据设计下入挤注施工管柱。 (4) 管柱下深满足要求后，全井试挤，取准试挤压力数据。 (5) 根据设计中计算的用量，正循环从油管注入配置好的水泥浆。 (6) 水泥浆注入完成后，立即从油管内继续泵入顶替液。 (7) 依据计算的数据，当水泥浆到达需要封堵的水平段时关闭套管阀门，依据设计压力向地层中挤入水泥浆。 (8) 水泥浆及顶替液挤完后，等待压力稳定片刻 ，缓开闸门放压后，立即大排量反洗井，将多余的水泥浆冲洗出来。 (9) 洗井完成后上提管柱 200m 候凝。 凝固 48 小时，既可进行下道工序（钻铣、测试、射孔等）。 经济性能评价 挤水泥封堵下部水层工艺技术施工过程消耗材料主要为固井水泥，按照需封堵的水平井段长 100m，裸眼井径 φ ，井眼较规则的假设计算需配置水泥浆 ，水泥材料费用较低。 暂堵剂的费用 万元 /吨，每米油层用量为 吨－ 吨，以 吨计算处理 50m 油层所需费用为 31 万元。 塔河水平井修井技术研究与应用 16 小套管二次固 井技术 小套管二次固井是指在老井中下入小直径套管进行重新固井，该技术主要用于修补破损井下套管、封堵射孔井段等。 在本项目中，我们借鉴直井中已成熟的工艺，针对性的研制了适用于塔河油田割缝衬管完井水平井使用的小套管二次固井配套工具，用于满足塔河油田割缝衬管完井水平井分段工艺的要求。 固井工艺选择 塔河油田需要实施分段工艺的水平井井深都超过 5000m，为确保施工安全，施工过程中必须采用钻杆下入，下井管柱为组合管柱，因此不采用投胶塞固井。 在无胶塞固井过程中，难免。