（油气田开发工程专业论文）水平井采油工艺技术在江苏油田开发中的应用研究.pdf

s t u d yo f a p p l i c a t i o no fo i lp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo f h o r i z o n t a lw e l l si nj i a n g s uo i l f i e l d c h e ny a h ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n gg r a d e2 0 0 1 ) d i r e c t e db y ：p r o f e s s o ry a o j u n a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s ea n dr e s e a r c ho ft h ea d v a n c e dh o r i z o n t a lw e l l s e x p l o i t a t i o ne x p e r i e n c e sw i t h i no u rc o u n t r y , t h i si s s u ei sp u te m p h a s e so n a p p l i c a t i o ns t u d i e so f o i lp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yf o rh o r i z o n t a lw e l l si nj i a n g s u o i l f i e l d o p t i m a lw e l lc o m p l e t i o nm e t h o d so fh o r i z o n t a lw e l l sa r ed e t e r m i n e d f o r d i f f e r e n tr e s e r v o i rt y p e s c a s i n gp e r f o r a t i o nm e t h o di ss e l e c t e df o r r e s e r v o i r si nh i g hw a t e r - c u tp e r i o da n dl o wp e r m e a b l er e s e r v o i r ss o a st o i n c r e a s et h ef l u i df e e d i n gc a p a b i h t yo f t h eh o r i z o n t a lw e l lw h i l es l o t t e dl i n e ri s u s e dw h e nc o m p l e t i n gw e l l si nl o o s e l yc e m e n t e dr e s e r v o i r st oc o n t r o lt h es a n d p r o d u c t i o n g o o dp e r f o r a t i o np a r a m e t e r sc a nb ed e t e r m i n e df a s tu s i n gt h e d e v e l o p e do p t i m i z a t i o ns o f t w a r ef o rh o r i z o n t a lw e l lc o m p l e t i o n a c c o r d i n g t o t h es t u d yo fh o r i z o n t a lw e l l sp r o d u c t i o nt e s t ，n e wt u b e ss p e c i f i c a l l yd e s i g n e d a r es e l e c t e d ，d o w nh o l et o o l sa r ei m p r o v e da n dw o r k o v e rf l u i da sw e l la si t s d e n s i t ya r eo p t i m i z e dt op r o t e c tt h er e s e r v o i r f o rr e s e r v o i r sw i t hb o r o m w a t e r a n de d g ew a t e r , p r e s s u r ed r o pa tc r i t i c a lp r o d u c t i o ni sp r o v e dt ob er e a s o n a b l e i nt h ew e l l si n i t i a lp r o d u c t i o np e r i o dt oc o n t r o lw a t e rb r e a k t h r o u g h b a s e do n t h es t u d yo f h o r i z o n t a lw e l l sa r t i f i c i a ll i f tt e c h n o l o g y , c o n v e n t i o n a lt e c h n i q u e s c a nb eu s e di nv e r t i c a ls e c t i o no f t h ew e l lt os a r i s f yt h eh i g hp r o d u c t i o no f t h e h o r i z o n t a lw e l l a st h es t u d yo f t h i si s s u e ，m o r et h a nt e nh o r i z o n t a lw e l l sh a v e b e e ne x e c u t e ds u c c e s s f u l l yi nj i a n g s uo i l f i e l d i ts y m b o l st h a tw eh a v ef o r m e d o u ro i lp r o d u c t i o ns y s t e ma n di t s m a t c h i n gt e c h n o l o g yf o rh o r i z o n t a lw e l l s b a s i c a l l y k e yw o r d s ：h o r i z o n t a lw e l l o i lp r o d u c t i o nt e c h n o l o g y a p p l i c a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括为获得石油大学 或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献已在论文中作了明确地说明并表示了谢意。 躲早务 只 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名 导师签名 只乃f i r 蜀乃日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 第1 章前言 1 1 国外水平并发展概述 水平井采油技术于1 9 2 8 年提出，1 9 3 0 年美国开始钻第一口水平井， 在以后的二十年问出现许多水平井专利，四十至七十年代期j 日j ，美国和 前苏联都打了水平井，但受当时技术水平所限，技术上可行而经济上不 合算，限制了水平井技术的发展和应用。七十年代后期。许多国家相继 展开利用水平井技术开发油气藏的研究并取得重大突破，8 0 年代以束水 平井开采技术逐步成熟配套，在世界2 0 多个产油国形成了用水平井丌采 油田较大的工业规模，目前井数较多、技术水平较高的是美国和加拿大。 自八十年代起，国乡 的水平井开采技术就已逐步成熬配套，要表 现为：1 ) 水平井开采技术的物理概念十分清楚，有呸实的理论基础：2 ) 已掌握水平井开发的各种基本技术，如油藏工程研究、钻井、完井、举 升、测试等技术：3 ) 通过室内研究和矿场实验已获得较高的开采速度和 经济效果；4 ) 水平井技术的应用使一些常规方法无法开采的油臧得到丌 发，增加了可采储量。 据些文献“删介绍，目静国外水平井已成功的应用于开采天然裂缝 油藏、稠油油藏、气顶底水油藏、低渗透油藏等，使油井产能提高2 倍 以上，最高达l o 倍，控制储量增大2 5 - 4 倍。 随着水平并在各类油藏的广泛应用、钻井技术的提高和钻井成本的 的不断降低，国外一些公司已开始把水平井当常规井来对待，各类水平 井数量剧增。到2 0 0 0 年全世界已完钻水平井近2 4 0 0 0 口“1 ，主要分布在 美国、加拿大、前苏联等6 9 个国家，产油量可以达到直井的3 7 倍，取 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 得了极大的经济效益。 1 2 国内水平井发展概况 我国早在上世纪6 0 年代就在四川碳酸盐中打成了磨3 并和巴2 4 ( 采 气) 2 口水平井。但直到1 9 8 8 年在南海完钻l h l 卜卜6 水平井，水平井 开发技术才又重新兴起。1 9 9 0 年以来我国的水平井技术得到初步发展和 应用，经过“八五”、“九五”的科技攻关，各项技术发展很快。到2 0 0 1 年底，我国共完钻水平井2 7 2 口，其中以胜利油田为主，共完钴2 1 9 口， 占全国水平井总数的8 0 5 ，并以每年5 6 口的速度递增。因此，胜利油 田无疑已成为目前国内代表最先进、最成熟水平井开采技术的领军油田。 1 2 1 胜利油田水平井发展与应用状况 胜利油田引进水平井技术开始于二十世纪8 0 年代末9 0 年代初，于 1 9 9 0 年完钻第一口科学试验水平井一埕科1 井，该井的成功，标志着胜 利油区的水平井技术由室内研究走向现场完善，水平井开发技术也在实 践中得到不断完善，已从单纯的老油田挖潜转向新区产能建设和老区调 整共同发展。截止2 0 0 1 年1 2 月，胜利油区已累计完钻各类( 侧钻) 水 平井2 1 9 口，累计产油2 7 4 5 1 0 4 t 。仅2 0 0 1 年就完钻投产水平井5 6 口， 累积建成年产能力7 l 万吨。在完钻的2 1 9 口井中，裂缝性油藏2 6 口， 边底水断块油藏9 2 口，稠油油藏7 l 口，其他类型( 低渗透、地层、整 装、薄层等 3 0 口。随着水平井涉及的油藏类型的增多和实际经验的累 积，水平井设计的方法、程序和配套技术已得到逐步完善。 2 中国石油大学( 华东) 硕十论文第l 章前言 1 2 2 江苏油田水平井发展与应用现状 随着国内些大油田在老区调整挖潜中相继歼展水平井工艺技术研 究并获得成功后，江苏油田于1 9 9 6 年就开始了水平井开发工艺技术研 究，成功完钻了高6 平l 井，从而揭开了本油田利用水平井调整挖潜丌 发的序幕。但由于当时对水平井开发油藏的适应性认识不足，所选择的 生物灰岩油藏天然能量有限，导致水平井投产后效果不理想，从而影响 了水平井采油技术在江苏油田的发展 进入二十一世纪以来，江苏油田加大了新工艺、新技术在油田开发 中的研究应用力度，水平井技术的研究应用再次被提到议事只程。2 0 0 2 年开始，在认真总结高6 平1 井开发效果不理想的经验教训后，经过对 多个区块的对比筛选和论证，选择在安丰油田k 2 t 1 3 储层实施了我局自行 设计自行施工的第一口水平井安丰平l 井，投产后自喷，初期f 1 产 原油7 0 多方。为更好地发挥水平井等特殊结构井在老井调整挖潜中的作 用，解决这些特殊结构井在完井、试油、举升、储层改造方面的技术难 题，2 0 0 3 年申报设立了特殊结构井在江苏油田开发中的应用研究的 集团公司级科研课题，为江苏油田进一步提高水平井等特殊结构井开采 技术在老区调整挖潜中的应用水平创造了条件。 伴随着科研项目的开展，3 年来江苏油田已实施水平井十余口，逐 步形成了江苏油田利用水平井在老区调整挖潜中的特色技术。本文重点 介绍了水平井在江苏油田的研究与应用中的采油工程技术。通过完井方 式的优选、水平并射孔完井参数优化软件的研发、射孔试油工艺、水乎 井流入动态和合理生产压差确定、举升工艺、储层解堵和改造工艺技术 探索等方面的研究与应用，己基本形成了水平井的采油工艺系统配套技 术。为江苏油田老区挖潜奠定了坚实的基础。 3 中国 i 油大学( 华东) 硕士论文第2 章水平片完对方式优选 第2 章水平井完井方式优选 水平井完井的目的通常是为了获得更高的油井产量和生产寿命。水 平井的完井作业比常规井难度大。它对于水平井今后能否正常尘产或者 进行多种作业是非常重要的，所以水平井完井面临着比常规井更商的技 术要求和费用。因此合理的完井方式的选择就成为经济、高效开发水平 井的重要环节。 2 1 水平井完井方式概述 在现代水平井开采技术中，水平井完井方式可以分类为天然完井、 防砂完井和采取增产措施的完井。其中，天然完井包括裸眼完井、割缝 筛管完井和射孔完井。防砂完井包括砂筛完井、砾石预充填完井和砾石 充填完井。采取增产措施的完井包括压裂完井、压裂砾石充填完井。所 有的这些完井方式在不同的实际油藏条件下都有着应用目前，国内应 用的水平井完井方法主要是：裸眼、割缝衬管、外部带有套管封隔器的 衬管、下套管固水泥射孔完井以及砾石预充填筛管完井。 ( 1 ) 裸眼完井 裸眼完井费用不高，但井壁易坍塌，只局限于致密岩石地层。此外， 裸眼井难以进行增产措施，且沿井段难以控制注入量和产量。早期水平 井完井用裸跟完成较多，现在此方法已逐步被放弃。 ( 2 ) 钻孔信4 缝衬管完井 割缝衬管完井主要目的是在水平井段下入割缝衬管，以防止井眼坍 塌。此外，衬管可提供一个通道，在水平井中下入各种工具诸如下连续 4 中国石油大学( 华东) 硕七论文第2 章水平井完升方式优选 油管之类。适用于8 ：产层只有一层、产层横向均质、不要求层段分隔 的储层；b ：井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层；c ：岩性较为 疏松的中、粗砂粒储层：d ：不需要实施增产措施的天然裂缝性碳酸盐 岩或硬质砂岩油层。其技术关键是解除钻井泥饼对地层油流通道及衬管 的堵塞，通过替浆和酸洗，彻底清洗裸眼井壁，然后再充以完井保护液。 ( 3 ) 带管外封隔器的衬管完井工艺 带管外封隔器的衬管完井是将管外封隔器技术与钻孔割缝衬管完 井及井眼清沈技术结合在一起。该技术可用于造斜段需要卡封水层或气 层，而对于水平段油层非均质严重或水平段穿越多个层系的，可以利用 套管外封隔器进行多层卡封，实现合采或分采。 ( 4 ) 水泥固井射孔完井 对于中、长半径的水平井可以下套管注水泥射孔完井。这种完井方 式有利于避开夹层水、底水、气顶，可实施水平段分段射孔、试油、注 采和进行选择性的增产措施。尤其对于油层有一定倾斜度的水平井的开 采，可实施分段射孔达到防止气水锥进的目的。但需特别指出的是水平 井完井所用的水泥浆不能含游离态的水，可避免因重力分异导致在井的 顶部分离出自由水，而较重的水泥沉在底部，从而影响固井质量。 c 5 ) 砾石预充填筛管完井 适用于岩性胶结疏松，出砂严重的砂岩储层，特别适宜于热采稠油 油藏。 各种完井方式的优缺点嘲见表2 - 1 。 2 2 选择依据 在选择合适的完井方案之前，首先必须考虑以下几个方面的问题。 中国石油大学( 华东) 硕七论文第2 章水i 孚升完片方式优选 ( 1 ) 地质构造 完井方法的设计及选择，应考虑到气顶、底水、非均质性、驱动类 型等地质构造因素的影响。 表2 一l水平井主要完井方式优缺点对比 完井方式优点缺点 ( 1 ) 费用低 ( 1 ) 可能造成井眼堵塞甚 ( 2 ) 产量损失小 至全不部井段的报废； 裸眼完井( 2 ) 无法进行选择性生 ( 3 ) 使用裸眼封隔器可以进行 产； 增产作业 ( 3 ) 修井、生产测井困难。 割缝( 或 ( 1 ) 衬管可以保持油层和井眼 钻孔) 衬 间的通道：( i ) 不可控制生产； ( 2 ) 适当选择钻孔和割缝，可( 2 ) 生产测井困难。 管完井 以控制出砂。 管外封隔 ( 1 ) 可在裂缝性油层实现层段 器及割缝 隔离；( 1 ) 密封效果难以保证； ( 或钻 ( 2 ) 可控制水层和气层；( 2 ) 施工费用高； 孔) 衬管 ( 3 ) 进行部分准确的生产测井：( 3 ) 生产工具、装备和工 ( 4 ) 进行部分的选择性地增产艺要求高。 完井 作业。 ( 1 ) 在任何地层都可以有效地 完成封隔； 固井射孔 ( 2 ) 在整个生产期都可以对地( 1 ) 固井费用高： 层水和气进行封隔：( 2 ) 固并质量难以保证； 完井 ( 3 ) 可准确生产测井：( 3 ) 容易造成二次污染。 ( 4 ) 可进行选择性地增产作业 或选择性生产。 ( 1 ) 衬管可以保持油层和井眼 砾石预充问的通道；( 1 ) 费用高； 填筛管完( 2 可有效防止油层出砂；( 2 ) 生产测井困难； 并( 3 ) 可以放大生产压差获得较( 3 ) 不可控制生产井段。 大产能。 ( 2 ) 岩石和地层类型 如果考虑裸眼完井，重要的是要确保岩石致密! 呸硬，同时钻井过程 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章水平井完井方式优选 是稳定的。 ( 3 ) 钻井方法 在短半径情况下，只能采用裸眼或割缝衬管完井。在中、长半径情 况下，既可裸眼和割缝衬管完井，也可以下套管固水泥射孔完井。 ( 4 ) 替净钻井液” 在水平井钻井过程中，油层伤害是最重要的，特别是低渗透层，水 平井钻井时间明显高于直井，同时产层在钻井液中暴露也较直井时问长， 因此油层伤害的可能性相对地高于直井。因此，必须设计一种泥浆清除 的方法。在裸眼或下割缝衬管完井的水平井中清沈泥浆是非常困难的。 k z 沿垂直面内1 8 0 。的相位角要比9 0 。 采油指数托 采泊指教h 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章水平井射孔完升软件廊埘研究 相位角好，这一点和垂直井中射孔方案有所矛盾。当考虑到k r k z 时， 直井垂直面内有效射孔长度比水平井内有效射孔长度变得要长。换句话 说，当相位角为1 8 0 。时，所有的孔都是在垂直平面内，而且法线指向 渗透率高的地方。这样。相比于9 0 4 相位角，临近的射孔干扰降低了。 3 2 2 2 射孔参数对产能比( p d 的影响。 孑。密堙 ( a ) 渗透率比蚶k f - o o l ( b ) 渗透率比k 以f l 图3 - 3 孔密对产能比的影响 注：i s p f = 3 3 孔，m 2 1 中国石油大学( 华东) 硕+ 论文第3 章水平井射孔完并软竹席隅研究 图3 - 3 ( a ) f l 图3 - 3 ( b ) 表示的分别是各向异性油减和各向同性油减孔 密对p r 的影响。 孔密的影响对于较短的孔深要显著一些。可以看出。本示例中高于 2 s h o t s f l 的孔密在现实条件下就不太能再提高p r 了同时再次证明了上 面得出的结论：在油臧各向异性很明显的情况下，相位角对p r 的影响 也是很显著的，更进一步说，1 8 0 9 相位角相对是最好的选择。 1 6 l2 o 拿 o 4 孔潍c _ ( a ) 渗透率比k z k r - - 0 1 t 2 。t 3 ai 6 3s尊 1 1 4 3 孔壤- ( b ) 渗透率比k z k r = - i 图3 4 孔深对产能比的影响 图3 - 4 ( a ) 和医13 4 ( b ) 反映了孔深对p r 的影响。通过仔细的验证可以 得到，当孔密非常低的时候，孔深对p r 的影响非常显著，尤其在各向 中国石油大学( 华东) 硕十论文第3 章水平井射孔完井软什府用研究 异性油臧中。 3 2 2 3p r 关系式 在前面的讨论的基础上，进行了一系列数值实验来完善p r 关系式。 一共2 5 6 种情况考虑在内：在不同的孔密、孔深和k z k r 下相位角为0 、 4 5 、9 0 、1 8 0 的情况。孔密考虑的是1 6 4 ，6 5 6 ，9 盘4 、1 3 1 2 孔，m ，孔 深考虑的为1 5 2 4 、3 8 1 、7 6 2 、1 2 7 c m ，各向异性k z k r 考虑的是0 0 1 、 0 1 、0 5 、1 0 。 3 2 2 3 1 关系式的发展 p r = a o + a l f + a z f 2 ( 3 - 8 ) f = f i ( k z r ) + f i ( l p ) + f 3 ( s p f ) ( 3 9 ) f i ( k z r ) = b o + b 1 1 n ( k z k r ) + b 2 i n 2 ( k 刚| ( r ) ( 3 - 1 0 ) f 2 ( l p ) = c o + c , l p + c 2 l p 2 ( 3 1 1 ) f 3 ( s p f ) = d o + d 1 s p f + d 2 s p ( 3 - 1 2 ) 下表3 3 给出了上述关系式中相位角为o 、4 5 、9 0 和1 8 0 时的参数。 表3 - 3水平井射孔完井产能比计算系数实验数据 0 。4 5 。9 0 。1 8 0 。 a o 1 0 5 81 1 0 31 1 0 11 1 2 8 a 1 0 1 0 8o 1 5 3 0 1 4 1o 1 6 2 a 2 3 5 7 2 x1 0 4- 2 0 1 8 x1 0 41 9 7 9 xl f f 22 1 5 4 x1 0 2 h 1 1 4- 0 2 0 1 6 5 5 l 1 0 。- 0 4 7 2 b 1 1 4 6 3 1 0 2- 6 3 4 2 x1 0 。23 9 8 8 1 0 z- o 1 8 8 b 2 1 2 6 8 1 0 0 1 1 8 8 x1 0 - 2 1 5 2 6 x1 0 - 31 7 0 8 x1 0 。 c o 1 7 6 71 4 8 41 4 9 91 5 1 2 c l o 18 3 4 8 x1 0 08 3 1 9 x1 0 09 2 5 1 x 1 0 c 2 - 8 3 7 7 x1 0 4- 6 8 1 2 x l o 6 5 7 2 l 矿8 9 9 4 x1 0 4 d 0 - 0 7 1 9 1 2 4 31 3 7 3- 0 9 0 1 d l 0 5 0 5o 8 7 70 9 9 5 0 6 5 6 d 2 - 6 5 7 4 x1 0 0- 0 1 1 5- 0 1 3 58 9 7 2 x1 0 。 中国石油大学( 华东) 颈士论文第3 章水平并射孔完井软什廊瑚研究 3 2 2 3 2 关系式的准确性 提出了p r 关系式中一个误差统计分析。标准误差，o ，是一个统 计方法得到的误差函数： o 越小，模型得到的数据越准确。 修正系数