胜利油田水平井完井采油技术（讲稿）

一、胜利油田水平井开发概述 二、胜利油田水平井完井技术 三、胜利油田水平井采油技术 四、胜利油田水平井修井技术 目 录 一、胜利油田水平井开发概述 1、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 一、胜利油田水平井开发概述 2、胜利水平井类型 短半径侧钻水平井 常规水平井 大位移水平井 阶梯式水平井 双连通水平井 鱼骨状分支水平井 一、胜利油田水平井开发概述 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、胜利水平井完井采油配套技术 一、胜利油田水平井开发概述 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、胜利水平井完井采油配套技术 一、胜利油田水平井开发概述 二、胜利油田水平井完井技术 三、胜利油田水平井采油技术 四、胜利油田水平井修井技术 目 录 早期水平井完井主要是固井射孔完井，随着钻井技术的发展和对油藏认识的提高，水平井已经应用到多种油藏类型，单一的固井射孔完井无法满足要求，因此出现了其他类型的完井方式，总起来说目前国内外常用的水平井的完井方式有五种： 裸眼完井 筛 管 完 井 固井射孔完井 砾石充填防砂完井 带管外封隔器的筛管管完井 二、胜利油田水平井完井技术 二、胜利油田水平井完井技术 根据油藏特点 、 工艺技术现状 、 经济因素进行综合评价和优化 二、胜利油田水平井完井技术 水平井完井设计软件包： 不同类型油藏完井方式适应性评价与优选 出砂预测及防砂参数设计 水平井产能预测及动态分析 完井工程设计 经济效益评价 二、胜利油田水平井完井技术 通过对胜利油田不同类型油藏和工艺特点的水平井完井方式适应性进行评价和优选，得出了主要 完井模式 ，为水平井开发提供了理论支持。 整装砂岩油藏： 滤砂管裸眼防砂完井 中高渗复杂断块油藏： 滤砂管裸眼防砂完井 砂管裸眼防砂完井 稠油砂砾岩油藏： 滤砂管裸眼防砂完井 低渗透油藏： 套管固井 、 分段射孔完井 天然裂缝性油藏： 裸眼完井 、 筛管完井 二、胜利油田水平井完井技术 裸眼完井就是井眼完全裸露，井内不下任何管柱。 先期裸眼完井 后期裸眼完井 胜利油田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、胜利油田水平井完井技术 二、胜利油田水平井完井技术 套管 水泥环 地层 二、胜利油田水平井完井技术 套管 水泥环 地层 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、胜利油田水平井完井技术 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、胜利油田水平井完井技术 使用滚轮扶正器，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、胜利油田水平井完井技术 提高水平井固井质量的措施 优选水泥浆体系，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 提高水泥环韧性 ， 避免固井和压裂时的油气水窜 。 充分分散的二、胜利油田水平井完井技术 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、胜利油田水平井完井技术 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、胜利油田水平井完井技术 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（内定向 /外定向） 岩性较致密的油藏 : 全相位螺旋布孔 一、水平井基本知识 二、胜利油田水平井完井技术 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 孔密 16m 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、胜利油田水平井完井技术 一、水平井基本知识 二、胜利油田水平井完井技术 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 筛管完井是在裸眼完井的基础上，在裸眼井内下入不同类型的衬管而已，在直井、定向井、水平井中都可采用。 一、水平井基本知识 二、胜利油田水平井完井技术 筛管完井优点 足够的流通面积、降低水泥浆的污染、成本相对较低防止了裸眼井壁坍塌、防砂。 技术关键 衬管完井的技术关键： 解除钻井过程中的油层污染。 最常用的方法： 通过替浆和酸洗。 一、水平井基本知识 二、胜利油田水平井完井技术 二、胜利油田水平井完井技术 水平井裸眼防砂完井一体化技术 防砂方式： 滤砂管裸眼防砂 造斜段固井： 水泥封固复杂层位 套管外封隔器： 分段生产、分段卡水 替浆及酸化： 打开油层、酸化解堵 适用类型： 整装砂岩油藏、复杂断块油藏、 稠油油藏 观念创新 二、胜利油田水平井完井技术 水平井裸眼防砂完井一体化技术 筛管顶部注水泥防砂完井一体化技术 悬挂筛管水平井完井技术 悬挂滤砂管筛管顶部注水泥防砂完井一体化技术 二、胜利油田水平井完井技术 完井、防砂一体化完成，工艺简便，完井成本低。 大通径精密微孔滤砂管裸眼防砂完井，渗流面积大流动阻力小，可满足大排量生产及稠油开采的需要。 采用管外封隔器进行水平段有效封隔，为选择性生产、后期措施提供条件。 水平井裸眼防砂完井一体化技术 二、胜利油田水平井完井技术 应用效果： 节约单井投资 。 增油效果明显 ， 效益显著 。 应用规模： 该项技术已在胜利等油田 400多口水平井上成功应用 ， 使胜利油田一批稠油难动用区块得以高效开发 。 水平井裸眼防砂完井一体化技术 二、胜利油田水平井完井技术 随着水平井应用规模的不断加大 ， 应用油藏类型不断增多 ， 以及油田开发阶段的变化 ， 对于 地层砂分选性差 、 泥质含量高 的砂岩油藏 ， 往往造成滤砂管堵塞或出砂 。 管内砾石充填防砂技术 水平井裸眼砾石充填防砂完井技术 二、胜利油田水平井完井技术 技术方案： 精密复合滤砂管裸眼完井，管外进行逆向砾石充填。 水平段采用 逆向环空充填 ，工艺简便，安全性高。 双精度结构的 防砂筛管，可 抗堵塞 、 挡砂性能好 ； 压差式阻流装置，可实现 分段连续充填 ，提高充填效率。 技术特点 二、胜利油田水平井完井技术 应用情况： 水平井裸眼砾石充填技术 ： 取得了初步效果 。 二、胜利油田水平井完井技术 国外套管内短半径侧钻水平井完井主要采用裸眼完井或衬管完井。胜利侧钻水平井完井技术在“九五”期间趋于成熟，目前在现场应用比较多的侧钻井完井技术主要有：裸眼完井、割缝衬管完井、滤砂管完井和套管外膨胀式封隔器加筛管完井等技术。 二、胜利油田水平井完井技术 完井方式 优点 缺点 裸眼完井技术 简便经济，泄油面积大，液体流入井内阻力小，避免污染油藏。 不能实现分层分采，易发生层间窜流，后期修井作业困难 筛管完井技术 完井施工简单，使用滤砂筛管时可实现有效的防砂，避免污染油藏。 不能实现分层分采，易发生层间窜流，后期修井作业困难 管外封隔器加 筛管完井技术 可以实现对油水层的有效卡封，满足油藏分层分采要求，油藏不受注水泥、射孔作业的污染。 由于封隔器使用寿命的限制，油井开发后期卡封效果受影响，造斜段油层无法实现有效的开采。 二、胜利油田水平井完井技术 51/2 51/2 7 二、胜利油田水平井完井技术 应用数量： 超过 60井次 。 总体效果： 良好 。 二、胜利油田水平井完井技术 分支井 50年代初就已出现在前苏联， 90年代以来在美国等西方国家得以大力发展，其原因是分支井给油气藏的开发带来显著的经济效益。目前分支井技术已在北美、中东、东南亚等地区广泛应用。 二、胜利油田水平井完井技术 I V V 二、胜利油田水平井完井技术 分支井完井的特点或难点 连接性 ：分支井尾管能够以机械方式回接到主井眼的套管上 密封性 ：分支井眼与主井眼的接合点必须能够液压密封 进入性 ：在无钻机的情况下 ，能够重新进入选定的分支井眼 分支井集中了定向井、水平井、侧钻井的技术难点，重点是完井技术 完井，填补了国内分支水平井技术领域的空白 二、胜利油田水平井完井技术 2000年 中石化 第一口分支水平井：桩 1 鱼骨状水平分支井： 增加泄油面积 、 提高油藏动用程度 改善开发效果 ， 提高采收率 。 经济 、 高效 形成了自主的鱼骨状分支水平井开发技术。 完井技术 : 主井眼：悬挂大通径精密微孔滤砂管裸眼防砂； 分支井眼：裸眼完井。 完井液：无固相完井液 . 二、胜利油田水平井完井技术 二、胜利油田水平井完井技术 第一口自主设计施工的鱼骨状分支井埕北 26B支平 1 位于 埕北 26块馆上段 ：高孔 ()、 高渗 （ 3946毫达西 ） 、 常规稠油疏松砂岩油藏 （ 地层油粘度 41.1 ， 层位 ， 地质储量 206万吨 。 二、胜利油田水平井完井技术 区块 油藏类型 设计井数 完钻井数 埕北 26块 海上 1 1 垦东 34块 海上 2 2 桩 129块 滩海 1 1 埕北 246块 海上 2 营 451块 断块 1 1 郑 6 潜山 1 1 沾 18 稠油 1 1 合计 9 7 鱼骨状分支水平井应用领域由 海上扩展到陆上，由新区扩大到老区，由油扩展到气，由稀油延伸到稠油。 2007年设计 9口，已完钻投产 7口。 胜利油田鱼骨分支井统计表 一、胜利油田水平井开发概述 二、胜利油田水平井完井技术 三、胜利油田水平井采油技术 四、胜利油田水平井修井技术 目 录 三、胜利油田水平井采油技术 水平井采油工艺及生产管柱 水平井分段开采工艺技术 水平井防砂工艺技术 热采水平井采油工艺技术 水平井分段压裂技术 三、胜利油田水平井采油技术 抽油杆 抽油泵 筛管 丝堵 丢手桥封 筛管 丝堵 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 三、胜利油田水平井采油技术 (1)水平井分段射孔优化技术 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 三、胜利油田水平井采油技术 三、胜利油田水平井采油技术 (2)水平井分段生产工艺技术 该工艺技术实施 150井次以上，卡水成功率在 90%以上。 取得了较好的经济效益。 水平井段选择性采油工艺技术 三、胜利油田水平井采油技术 水平井套管固井射孔管内悬挂滤砂管防砂技术 射孔方式 ：定向射孔（ 120 下相位四排布孔） 滤砂管管 ：金属纤维、预充填双层绕丝、镶嵌式金属纤维 管柱形式 ：悬挂式、平置式 三、胜利油田水平井采油技术 充填工具 安全接头 扶正器 信号筛管 绕丝筛管 丝堵 水平井砾石充填防砂工艺 关键技术 ：砾石充填工具及管柱研究 低密度充填材料研制 水平段砾石充填流动规律研究 水平井管内砾石充填技术 二、胜利油田水平井完井技术 水平段 坐封、丢手、地层挤压、环空充填 一次完成； 双精度结构的 防砂筛管，可 抗堵塞 、 挡砂性能好 ； 压差式阻流装置，可 分段连续充填 ，提高充填效率。 技术特点 丝堵 充填工具 复合绕丝筛管 阻流装置 水平井管内砾石充填技术 三、胜利油田水平井采油技术 根据储层条件和油层状况设计多个出汽点 一个出汽点 热采水平井均匀注汽技术 三、胜利油田水平井采油技术 开展水平井均匀注汽参数优化研究，形成注汽方案优化软件 设计了水平井自补偿封隔器和配汽器，实现水平段全段均匀注汽，提高油层动用程度和油井产量 三、胜利油田水平井采油技术 应用情况： 2007年以来的热采水平井基本采用该向技术化投产 沾 18块综合含水 目前平均单井日液 油 d, 综合含水 (比邻近老井高 合含水低 ， 注汽采油一次管柱示意图 三、胜利油田水平井采油技术 三、胜利油田水平井采油技术 开发实例： 郑 411、坨 826块超稠油油藏水平井开采 第一周期 第二周期坨 826井 指标对比图 第一周期 t t 期产油 油汽比 直井热采无法正常生产 ， 利用 6口 ，平均单井日产油能力 d。 坨 826平井采油曲线 d d 5. 水平井分段压裂技术 为了提高低渗 、 特低渗透油藏储量动用程度和采收率 ， 胜利油田开展了套管限流压裂 、 封隔器分段压裂等水平井压裂技术研究和试验 。 完成了 高 89块 （ 2个毫达西 ） 、 商 75块 （ 、史 127块 （ 等 6井次的水平井分段压裂施工 ，取得重要进展 。 三、胜利油田水平井采油技术 三、胜利油田水平井采油技术 关键技术： 水平井地应力剖面和限流射孔优化技术 水平井压裂裂缝动态模拟及工作液的优选 裂缝参数优选及控缝降滤工艺技术 现场小型压裂 +加砂压裂联作技术 试验效果： 高 894t， 动液面基本稳定 ， 产量递减率明显低于大型压裂投产的直井 。 初步试验表明： 采用限流压裂方式可以成功地实施水平井分段压裂 。 限流压裂技术 三、胜利油田水平井采油技术 小直径 、 大膨胀比 、 高压差 降低了工具起下难度和砂卡几率 ， 实现了一次管柱完成逐段压裂； 配套了井下压力 、 温度测试仪器 ， 录取井底压力温度数据； 可实现反循环洗井； 配备安全接头 ， 便于后期处理 。 封隔器分段压裂技术 一、胜利油田水平井开发概述 二、胜利油田水平井完井技术 三、胜利油田水平井采油技术 四、胜利油田水平井修井技术 目 录 四、胜利油田水平井修井技术 随着水平井技术的不断推广应用，水平井修井工作的迫切性也日益显现出来。近年来通过研究攻关和技术配套，初步形成了以水平井井下液压增力打捞技术为主的水平井修井技术系列。 水平井修井工艺技术 水平井套管修复技术 水平井井下增力打捞作业技术 水平井冲砂作业技术 水平井井下管柱切割技术 水平井套磨铣技术 四、胜利油田水平井修井技术 （ 1）下入管柱受力状况复杂，井口悬重不再简单等于管柱自重 （ 2）套磨铣、倒扣过程中的旋转管柱必须充分考虑水平井中管柱摩阻引起井口扭矩损失 （ 3）大直径工具的下入受到井眼曲率的限制 （ 4）冲砂过程中的颗粒易沉积，水平井冲砂难度大 国内外许多学者对油管及钻杆的力学模型分析做了大量的研究工作。 国外： 约翰西克在 1983年首次对全井钻柱受力进行了研究 ， 建立了微单元力学模型 ， 得到正压力和轴向力 t 2122 )s i n()s i n( co T 钻柱单元下端的轴向拉力， N； 钻柱扭矩， N m； N 钻柱与井壁的接触正压力， N； W 钻柱在钻井液中的重量， N； 钻柱与井壁的摩擦系数； r 钻柱单元半径； 平均井斜角，井斜角增量，方位角增量； 起钻时取“ +”，下钻时取“ -” 二、水平井井下作业技术 四、胜利油田水平井修井技术 国内外许多学者对油管及钻杆的力学模型分析做了大量的研究工作。 国外： 1986年， 究了井眼轨道形状对拉力、扭矩的影响。 矩进行了平面和控件的分析，建立了应用于现场的二维和三维的数学模型。 1988年，英国 应用连续梁理论建立了拉力、扭矩模型。 美国 o 出了一个改进的钻柱受力分析模型，建立了软索 1992年， 悬浮下管柱技术进行了力学分析。运用牛顿第二定律和阿基米德定律基础上推导出了管柱轴力的计算公式。 四、胜利油田水平井修井技术 国内外许多学者对油管及钻杆的力学模型分析做了大量的研究工作。 国内： 1989年张建群教授给出了定向井中摩阻力的计算模型，并对其应用进行了初步的研究。 韩志勇教授于 1993年建立了自己的二维和三维摩阻模型，其二维模型最大的特点是对增斜段，可以判断钻柱是与上井壁还是下井壁接触。 王建军教授对大斜度定向井及水平井下管柱过程中的管柱摩阻进行了理论研究，并建立了管柱摩阻微分方程，得到了摩阻的解析解，并与实例结合用于预测和计算定向井和水平井的下套摩阻； 何世明教授考虑管柱柱刚度、扶正器影响建立水平井中管柱摩阻力的计算模型，并对实测井斜数据进行了平滑和插值处理； 练章华教授等建立了水平井完井管柱的力学模型，同时推导出了水平井完井管柱的有效轴向力的数学模型、管柱与井壁摩擦及流体摩阻引起的附加力的数学模型以及水平井造斜段曲率半径产生的轴向力的数学模型等。 四、胜利油田水平井修井技术 二维井眼中的油管柱受力分析 假定管柱在起下过程中紧贴下井壁 ， 将管柱分解成 取管柱微元体为研究对象 。 s 柱微元体受力状态 有关的几何尺寸 二、水平井井下作业技术 四、胜利油田水平井修井技术 二维井眼中的油管柱受力分析 经过分析计算得到单元 （ 稳斜段或水平段 ） （ 造斜段 ） 将各单元摩阻相加，即可得到管柱的总摩阻。 s )()s i n( s i nc c 2 11122 上式中： ； 其中 ； i2/2/(2 利油田水平井修井技术 在角度为 的位置取一个宽度为 的微元 ， 分析其 受 力 主 要 包 括 : 拉力 套管壁对管柱的支反力 N、 管柱去除浮力的重力 G、 静摩擦力 F。 管柱受力分析： 四、胜利油田水平井修井技术 02s i s 02co i i n 利油田水平井修井技术 /2）模拟计算值 （ R=200m） 四、胜利油田水平井修井技术 从以上的分析可以看出水平井井下管柱的受力状态较直井管柱复杂的多，管柱上提力不再简单等于直井中管柱的自重，现场施工经验证明，管柱进入造斜段以后，管柱重量增加减缓，管柱进入水平段后，管柱重量变化越来越不明显，施工人员无法通过指重计准确地确定出井下水平段管柱受力的大小，这大大增加了诸如倒扣、打捞及解卡等作业施工的难度。 四、胜利油田水平井修井技术 井下管柱的真实状态也很难准确描述出来，其不再是直井中的自由拉伸状态，通过理论计算可以模拟出起出和下井过程中管柱不是想像中的紧贴套管上侧或下侧，而是有临界转换位置，管柱在水平井段呈现复杂的 S 形状态。在临界转换位置，管柱完成从接触上井壁到接触下井壁的转换。 四、胜利油田水平井修井技术 四、胜利油田水平井修井技术 设计思路： 采用全新的观念 ， 研制 井下 液压增力工具 ， 改变管柱的受力方式 ， 通过油管打压的方式直接在卡点处产生拉力 ， 实现水平井井下管柱打捞 。 扶正器 井下打捞增力器 可退捞矛 四、胜利油田水平井修井技术 应用情况： 该技术主要用于 水平井管内滤砂管 、 封隔器等管柱的打捞作业 。 50多口 水平井以及中海油大斜度定向井上获得了成功的应用 。 打捞成功率 91%。 取得良好的经济效益和社会效益 。 四、胜利油田水平井修井技术 冲砂可以分为冲套管砂和芯管砂两种，对于滤砂管没有损坏的油井，经过冲砂处理以后，油井可以正常生产一段时间。对于由于粉细砂堵塞滤砂管芯管的情况，将滤砂管芯管内的沉砂冲洗干净也是恢复生产的一种有效方法。 四、胜利油田水平井修井技术 射孔完成的水平井与直井相比虽然采油强度低，生产压差小，但地层砂和其他胶结物同样会随液体进入水平井筒逐渐沉积在水平段内，造成井筒堵塞或部分堵塞，使油井减产或停产，为了迅速恢复油井产能，必须进行冲砂。 （ 1） 水平井套管内冲砂 四、胜利油田水平井修井技术 水平井连续冲砂装置由井口部分和井下部分组成，井口部分由高压自封、工作筒、反冲洗阀组成；井下部分为安全阀和旋流冲砂器。 该管柱为连续反冲洗方式，冲洗过程中油管柱的最上端始终被反冲洗阀封闭，液流经井口自封进入，返出液由自封侧孔排出，整个过程为不停泵连续作业。旋流冲砂器旋流