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海上油田完井技术和理念范白涛 邓建明( 中国海洋石油有限公司天津分公司钻井部 , 天津塘沽 300452)摘要 介绍了海上油田的优快完井工艺及其配套技术 ,重点从完井液 、射孔 、防砂方式 、潜油电泵地面管理系统控制技术等方面阐述海上近年来在完井作业过程中应用的不同于陆上油田的完井系统技术 。在介绍上述特殊 工艺的基础上 ,提出了海上优快完井 、适度防砂及健康 、安全和环保 ( hse) 等海洋石油新的完井理念 。关键词 优快完井 射孔 隔板传爆 防砂 一变多控 完井理念在海上油气田开发过程中 ,钻完井作业成本占了相当大的比例 。由于海洋钻完井作业受环境 、气 候条件影响较大 ,对作业设备的性能要求较高 ,这就注定了海洋石油作业的高成本 、高风险 。在这种情 况下 ,为了使海洋石油达到工业开发的价值 ,就必须 不断更新和完善钻完井作业技术 ,尽可能节约作业 时间 ,降低作业成本 ,挖掘油田潜力 ,提高最终采收 率 。由于海上多数油田需要防砂完井 ,若采用传统的单层防砂作业方式 ,作业周期长 ,成本高 ,许多边 际油田都无法投入开发 ,为此 ,引入了世界上最先进 的一次多层射孔和防砂技术 ,充填方式也由循环充 填发展到高速水充填和压裂充填 ,还提出了适度防 砂的理念 ,使得海上油田完井理念从传统的“满足油藏和生产需要 ,实现采油气要求”发展到如今的“更 好地为油藏和生产服务 ,以获取最高 、最经济有效的 油气采收率为目标”,积极探索更适用于海上油田的 新型完井工艺和方法 。1 海上油田完井技术1. 1 优快洗井技术利用海上油田的自然优势 ,在正式进行完井作 业前对套管进行刮管洗井 ,组装下入刮管管柱 :钻头+ 套管刮管器 + 钻铤 + 钻杆 ,对套管进行刮管作业 。 至井底后 ,先后用海水 、砂浆和胶液进行循环洗井至返出液的浊度值 ntu 为 50 左右 。替套管清洗液 、 浸泡 ,后 跟 海 水 和 过 滤 海 水 洗 井 至 返 出 口 液 体 的 ntu 连续半小时小于 30 后才结束洗井作业 。经过 洗井 ,使套管 、钻具和地面循环系统都得到了彻底的 清洗 ,从源头上减少了固相颗粒对储层的污染 。1. 2 完井液技术海上完井主要使用保护储层的完井液体系 ,重 点强调完井液本身对储层应是低损害或是尽可能不损害储层 。在完井液体系中引入了黏土防膨剂来抑 制储层中黏土矿物的膨胀 ,在现场施工中采用井口 精细过滤装置 ,可防止完井液中固相粒子对储层的 损害 。20 世纪 90 年代中后期以来 , 国外技术服务 公司在直井和大斜度油井的完井作业后期采用酸洗 技术措施来解除近井地带的污染 ,提高油井的产能 ; 在水平井完井作业后期采用化学 生物破胶方法来 解除近井地带的污染以提高油井的产能 ; 中海石油与石油院校联合研究和应用了可改造储层的隐型酸 类新型完井液体系 ,它不仅能解除前期作业液对储 层造成的损害 ,而且对储层具有改造作用 。目前 ,已在海洋石油中得到广泛应用的完井液 体系主要有 : (1) 低张力隐性酸完井液 ; (2) 无固相清 洁盐水完井液 ; (3) 甲酸盐和溴盐完井液 ; (4) 钻井液 滤饼清洗解除液 。1. 3 射孔工艺海上油田的射孔方式基本和陆上油田相同 ,大 多采用油管输送射孔方式 。使用大直径枪或深穿 透 、无碎屑射孔弹进行高孔密 、大孔径射孔 ,减少了 油气层污染 ,达到保护油层的目的 。对于疏松砂岩 地层 ,结合现场实际 , 总结出选择合理负压值的方 法 。形成了配套的油管输送射孔联作新技术 ,包括 油管输送射孔与投产联作 、油管输送射孔和地层测 试联作 、油管输送射孔和高能气体压裂复合射孔等 。随着一次多层防砂技术的引进 ,一次多层负压 作者简介 :范白涛 ,1975 年生 。1998 年毕业于大庆石油学院石油工程专业 ,现任油田开发管理主管 。电话 :022 - 25801748 。石油钻采工艺2004 年 6 月 (第 26 卷) 第 3 期24射孔技术得到了成功应用 ,使射孔作业效率得到了大幅度提高 ,但长射孔段时常出现断爆和盲枪憋压 的情况 ,为解决这一问题 ,联合中国航天科技集团公 司川南机械厂和中海油服测井公司开发了隔板传爆技术 ,既做到了安全环保 ,又避免了断爆的发生 。 隔板传爆技术就是在夹层枪两端各连接 1 个隔板传爆装置 ,以阻止钻完井液及油气进入夹层枪 ,同 时起到良好的传爆和隔离油气的作用 。隔板传爆装置的特点 : (1) 适用于各类有枪身射孔作业 ; (2) 可靠 传递爆轰能量 ,爆轰输出稳定 ; (3) 工作后密封可靠 , 夹层枪内无污物 ,不会造成平台 、海洋污染 ; (4) 重复 使用夹层枪时不用清洗 ; (5) 接头上的卸压阀能可靠释放夹层枪内气体 ,卸枪更安全 ; (6) 提高拆枪速度 ,降低劳动强度 ; ( 7) 若射孔枪断爆 ,可重新利用密封 段射孔器材 。该技术已成功运用于渤海 sz36 - 1 ii期和 qhd32 - 6 油田 6 个平台 ,近 170 多口井 ,效果极佳 。尤其对于隔层较长的井段 ,使用效果更为突 出 ,大幅度提高了作业时效 ,见表 1 ,表 1 中 c 、d 平 台使用了隔板传爆技术 。表 1 隔板传爆技术应用综合对比是可减少起下钻次数 ,工序少 ,整体作业周期短 ,成本低 。其中 ,1 趟/ 2 趟管柱多层防砂工艺系统在 1998 年以后陆续在渤海湾应用 ,并结合渤海油田的实际 情况进行了防砂服务工具的技术改进 ,提高了完井作业效率 ,降低了作业成本 ,见表 2 。表 2 3 种防砂完井方式时效对比统计平台井数/ 口平均单井完井周期/ d应用油田防砂方式sz36 - 1 油田实验区sz36 - 1 油田 期单层充填ab a b d c ef32162622263322339. 19. 426. 05. 35. 45. 64. 14. 42 趟管柱多层充填1 趟管柱多层充填除了采用以上防砂工艺外 ,还应用了不同的砾石充填方式 ,包括循环充填 、高速水充填 、水充填微 压裂和胶液压裂充填防砂等 。(1) 循环充填 。此种方式在初期海上油田防砂完井应用较多 ,主要适用于速敏以及离气或水较近 的地层 ,充填压力低于地层破裂压力 ,砾石充满筛套 环空和射孔炮眼 ,但该种充填方式所造成的表皮因 数平均高达 15 以上 ,大大影响油井产能的发挥 。(2) 高速水充填 。该方式的充填压力超过或接 近地层破裂压力 , 微裂缝穿越了近井污染带 , 见图1 。一般情况下 ,微压裂能形成 0 . 30 . 6 m 的裂缝 , 统计表明该种方式造成的表皮因数通常在 712 左 右 ,明显优越于循环充填 ; 另外 ,此种充填方式所需 地面设备受平台空间制约不大 ,而且成本与循环充填相比也增加不多 ,因此近几年来得到了广泛应用 。平 井数平均射孔段/ m平均射孔时间平均隔层/ m射孔次数台/ 口/ hab c d22213125309. 2302. 3333. 6348. 22823322623. 721. 215. 716. 3145. 9141. 3249. 7280. 61. 4防砂技术目前海上油田常用防砂方法包括套管和裸眼砾石充填防砂 、优质筛管防砂和膨胀式筛管防砂等模式 。其中砾石充填防砂作业所占比例最大 ,与其它 防砂方式相比 ,其防砂效果较好 ,使用寿命较长 ; 膨 胀式筛管防砂目前还处于试验阶段 ; 裸眼井优质筛管适度防砂效果理想 ,正处于推广应用阶段 。1 . 4 . 1 砾石充填防砂 对于需要多层分段防砂的 井 ,可通过钢丝作业或井下作业对各层进行分层控 制并分层采取措施 。多层防砂主要有以下方式 。(1) 单层防砂 。一次进行一层射孔 、防砂作业 。 每完成一层作业都要经过投堵 、射孔 、冲砂 、捞堵 、防 砂几个过程 。优点是工具简单 ,防砂作业安全性较高 ;缺点是作业工序多 ,周期长 ,成本高 。(2) 1 趟/ 2 趟管柱多层防砂 。一次射孔射开全 部油层 、1 趟/ 2 趟管柱分别完成防砂管柱逐层坐封 、逐层充填作业 。缺点是工具复杂 ,防砂风险高 ;优点图 1 管内砾石充填示意图(3) 压裂充填 。以前由于压裂充填所需的地面 防砂设备多 ,平台无法容纳 ,加上租用压裂船费用太 高 ,因此其使用受到了限制 。近年来随着大功率防范白涛等 :海上油田完井技术和理念25日产原油近 150 m3 ,约是常规定向井产能的 5 倍 。1. 5 潜油电泵和地面机采“一变多控”控制系统对于不能自喷的生产井和水源井 ,由于产量高 和受平台空间限制 ,大多采用潜油电泵开采方式 ,并 将潜油电泵集中在中央控制室统一进行管理 。渤海油田多为稠油油藏 , 使用 50 hz 工频直接启动电机时往往因为启动电流过大造成过载 ,许多 油井需反复启动多次才能正常运行 ; 部分油井还需 要进行挤柴油和注海水等作业 ,才可以启动 ;甚至少 数油井通过以上作业仍然无法启动 ; 同时由于启动 时电机长时间在高电流过载的情况下工作 ,每次启 动都可能引起电机烧毁 。据统计资料显示 ,目前海 洋 70 %以上的潜油电泵是因为电机绝缘烧穿而导 致失效的 。针对海上平台油井分布相对集中的情 况 ,研制出适用于海洋平台的“一对多”的“一变多 控”系统 ,极大地改善了机组的启动工况 ,延长了电 机的使用寿命 ,减少了工程建造中放置设备所需的 面积 ,节约了大量人力物力 。“一变多控”系统是在工频控制系统的基础上 , 增加一套变频控制系统 。通过中央控制系统控制潜 油电泵工频系统和变频系统的切换 ,使 1 套变频控制系统可以分时分别给多台潜油电泵供电 ,实现“一 变多控”;使潜油电泵可以保持低频启动 ,使启动电流小于电机额定电流的 1 . 5 倍 ,直接解决了使用工 频启动会因启动电流过大而导致过载停机甚至烧毁 电机的问题 ,而且操作简单 。“一变多控”系统主要由特殊变频器 ( 包括 me 开关 、快熔和进线电抗器) 和正弦波滤波器 、整流变 压器 、特殊升压变频变压器 、大功率高压开关柜 、中 央控制柜及各井所对应的工频控制柜 、长距离抗干 扰信号电缆组成 。“一变多控”系统工作过程 :来自动力电源的 ac380v 经过整流变压器升压至 ac 690v 接到变频器 内的 me 开关 ,经过快熔 、进线电抗器 ,再经过变频器变频后 ,输出 050 hz 、ac690v 电源 ,然后经过正弦波滤波器 、变频升压变压器 ,输出 050 hz 、ac7003500v 电源 。根据潜油电机不同的电压等级 , 中 央控制柜自动调节变频升压变压器二次抽头 ,可以 拖动不同电压等级的潜油电机 。1998 年 j z9 - 3 油田引进了“一变多控”系统 ,采用 1 台变频器不同时控制整个平台所有潜油电泵机 组并将其应用到 sz36 - 1 油田和 qhd32 - 6 油田的 完井作业中 ,经过多次改进后 ,最终取得了令人满意砂泵的出现和地面设备的集成化 ,克服了上述限制 ,并在海上几个油田进行了成功试验 。压裂充填以高 于地层破裂压力进行充填 ,在井筒周围形成对称的2 条裂缝 ,并充填以具有高导流能力的支撑剂 ,改变了井筒附近的流体流动方式 ,提高油井产能 。压裂 充填的表皮因数通常只有 25 ,可替代增产措施作业 。一次多层压裂充填防砂方式在渤海 bz25 - 1 油田开发井中得到了大量成功应用 ,取得了理想的应 用效果 。1 . 4 . 2 膨胀筛管防砂 适用于黏土含量低 、高速开采的油层 ,它可以避免砾石充填所造成的高表皮因 数 ,有利于产能的发挥 。在渤海湾 pl19 - 3 油田的 完井作业中 ,膨胀筛管技术已经应用到不同的井型 : (1) 裸眼 + 膨胀筛管 ; ( 2) 套管射孔 + 膨胀筛管 ; ( 3) 套管射孔 + 压裂充填 + 膨胀筛管 。其中 ,以裸眼 + 膨胀筛管的使用效果最好 。由于消除了砾石充填防砂所需的筛管和井壁之 间的环空 ,可以使从地层到井口整个完井管柱直径 减少 ,简化了砾石充填完井的过程 , 节省了作业时 间 ,减少了作业风险 。随着该项技术的发展和成功 应用 ,为高效开发油藏提供了一种新的思路和手段 。1 . 4 . 3 裸眼优质筛管防砂 通常应用于 3 种井型 : 裸眼定向井 、水平井和水平分支井 。作业方式简单 , 即技术套管下在生产层以上 ,生产层采用主井眼裸 眼内下入适当滤砂精度的优质筛管 , 见图 2 。采用 “适度防砂”理念完井 。图 2 适度防砂筛管防砂原理图对于裸眼定向井 ,同时使用优质筛管和管外封 隔器可有效分隔生产层位 ,从而实现分层开采 ,便于 油藏管理 。此项技术已经在 sz36 - 1 油田和 qhd32- 6 油田调整井得到了成功应用 。从 sz36 - 1 油田所做的 5 口分支井的生产情况 来看 ,由于采用了“适度防砂”,使油井的产能得到大 幅度提高 ,邻井平均日产原油 26 . 5 m3 ,水平分支井石油钻采工艺2004 年 6 月 (第 26 卷) 第 3 期26的效果 。2 海洋石油完井理念2. 1 优快完井理念在 1994 年以前 ,中国海洋石油完成 1 口 2000 m 的 3 层防砂井平均需要 10 多天 ,作业成本较高 ,导 致许多油田由于达不到经济开发界限而未能开发 。 随着快速钻井项目在渤海 qk17 - 3 油田的成功应 用 ,引入了优快完井理念 ,利用平台有限的空间 ,完成“横向结合 、立体交叉 、优化工艺 、创新作业方法” 等作业模式 ,保证了作业质量 ,节省了钻井时间 ,提 高了作业时效 。优快完井理念在近年完成的 qk18 - 1 油田 、j z9- 3 油田 、qk17 - 2 油田 、qhd32 - 6 油田和 sz36 - 1期油田完井作业中得到广泛应用 ,引进了多套新 技术 ,开发了适应优 、快的新工艺 ,共完成 438 口井 , 提前了 600 多个船天 ,而且这些油田的提前建成投 产 ,也及早收到了效益 。优快完井理念推动了海上 完井技术的现代化和国际化进程 ,同时开发出的国 产化工具也得到了大面积推广应用 , 国产筛管 、油 管 、过滤芯 、整体式采油树井口装置 、隔板传爆装置 等就是在这个理念下发展成熟的 。2. 2 适度防砂理念适度放大防砂粒径 ,允许部分地层砂随原油产 出 ,从而避免细小砂粒堵塞筛管造成近井地带油流通道的堵塞 ,并对地层进行“卸载”,引起井眼周围地层发生剪切膨胀直至剪切破坏 ,破坏钻完井过程中 形成的 损 害 带 , 提 高 地 层 渗 透 率 , 使 地 层“渗 透 强 化”。适度防砂理论的提出打破了对地层砂“防死”的 传统观念 ,为渤海油田稠油油藏的有效开发开辟了 一条新思路 。该理论在 sz36 - 1 油田和 qhd32 - 6 油田调整水平分支井中得到了证实 ,像南堡 35 - 2 、 ld16 - 1 等海上稠油油田 ,若采用常规的开发模式 ,其内部收益率根本达不到海洋石油总公司要求的目 标 ,如运用此项技术 ,达到少井高产 ,其内部收益率 可大幅度地提高 ,这样的稠油油田就可以大胆地投 入开发了 。2. 3 健康 、安全 、环保理念凡出海人员都要进行海上求生 、急救 、消防 、艇筏操纵 、直升机水下逃生 、井控培训 ,体检合格获健康证后方能出海 。由于海洋作业环境的特殊性 ,远 离基地 ,海上生存和生活能力是出海作业的前提 ,也 是海洋石油发展的基础 ,没有这个理念 ,就没有现在 的海洋石油 。同时 ,做好海洋完井环保工作 ,使用无毒或低毒 完井液 ,并通过打回注井回注或回收的方式 ,已基本 做到了零排放 。3 结束语(1) 进一步加深与国内外同行的沟通 、交流与合 作 ,深入研究和积极探索国内外优快完井新工艺及 配套技术 ,始终以提高油田的最终采收率为宗旨 ,以 降低开发成本为准绳 ,实现经济效益最大化 。(2) 提高技术和管理人员的整体素质 ,从战略角 度和整个油田开发的高度考虑完井技术与思路的适 用性和实用性 。(3) 从全人类的根本利益出发 ,使环境保护意识 从自发行为发展到自觉行为 ,把社会效益与经济效益放在同等的地位 ,实现整体效益的最大化 。参 考 文 献1编 委 组 . 海 上 油 气 田 完 井 手 册 . 北 京 : 石 油 工 业 出 版社 ,1998 - 03程绍志 ,胡常忠 ,刘新福 . 稠油出砂冷采技术 . 北京 :石 油工业出版社 ,1998张绍槐 ,罗平亚 . 保护储集层技术 . 北京 : 石油工业出 版社 , 1993项兴金 ,董星亮 ,岳江河 . 完井液手册 . 北京 :石油工业 出版社 ,2002 - 04刘良跃 , 熊友明 , 林少宏 ,岳江河 ,吴成浩 ,段永刚. 低 压稠油出砂油田防砂完井方式的优选. 西南石油学院 学报 , 2000 ,22 (4) :5660胡博仲 , 张友才 , 相荣成 , 姚海晶 . 短宽缝压裂工艺技 术的研究与应用 . 石油钻采工艺 , 1998 ,20 (5) : 8594turhan yildiz. assessment of total skin factor in perforatedwells. spe 82 249yu hongwen , li bo . the methods taken in sz36 - 1oilfield in the early stage of production. spe 64 6172345678( 收稿日期 2003212215)编辑 景 暖vol . 26 no . 3abstract83casing , etc .key words casing failuremanagement and control , etc . based on the above illustration ,some new offshore completion concepts are presented , i . e . , opti2mized and fast completion , proper sand control and hse.key words optimized and fast completion perforation sand control variable speed drive completion conceptformation compaction com2paction mechanism failure mechanism controlling measurestudy o n expandabl e tubular tec hnolo gy key points and first appl icatio nby li zuohui ( shengli petroleum administration)abstract as a new technology in the petroleum industry , expandable tubular technology ( ett) is being paid more and more attentions. by applying this technology , casing program can be improved and hole size can be enlarged , and it is also favorable for the following drilling and production operations. limited ele2 ment simulation method is used to study the difficulties of ett , i .e . , the expansion cone and connection thread. an expansion cone model and the connection thread are designed , and the geometry profile , size and cone angle , as well as the type , shape , sealing face and torque shoulder are also determined. field tests of ett intwo wells proved its reliability , and its a novel solution for casingprogram simplification , downhole troubles minimization , completion hole size enlargement and casing repair.key words expandable tubing technology solid expand2able tubular expansion cone thread design applicationreview o n classificatio n methods of d rill ingfl uid systemsby zhao xionghu (university of petroleum) ; gou yanabstract the classification methods of drilling fluid systems are reviewed and illustrated , e . g. , dispersing medium classifica2 tion , api classification and iada classification. a new classifica2 tion method based on drilling fluid density is presented , and five categories can be classified by this method , which covers drilling fluid of low density of less than 1. 0 g/ cm3 , drilling fluid of ordi2 nary density of less than 1. 2 g/ cm3 , drilling fluid of ordinaryweighted density of 1. 21. 6 g/ cm3 , drilling fluid of high densityof 1. 62. 3 g/ cm3 , and drilling fluids of ultrahigh density of more than 2. 3 g/ cm3 . this method is easy for drilling fluid selection and field using.key words drilling fluids classification densitycementing tec hnolo gy fo r high pressure gaswell of small cl earanceby zhang mingchang , mu zhongxin , li lie , li youchen , ( shengli petroleum administration)abstract as a high pressure gas well , complete isolation to well maoba - 1 is required. however , during cementing operation and woc , such risks as cement slurry thickening causing pump failure , salt bed contamination by cement slurry , lost circulation , gas channeling or well kick are likely to happen. based on careful study and analysis , the method of liner cementing/ tie - back was applied , with the help of casing ware and cement slurry system op2 timization. the cementing of this well was a success and set an ex2 ample of complex well cementing in this area . cementing design and operation technologies of this well are illustrated in detail , and it provides valuable experience for cementing the high pressure gas well of small clearance .key words well maoba - 1 small clearance high pres2sure gas well cementing cement slurryd irectio nal d rill ing tec hnolo gy fo r l ian 30- 1by wu bo , zhu ailai , xiao shudong , (jiangsu petroleumexploration bureau) ;mei xinmin , zhou gaopengabstract lian 30 - 1 is a directional well with a designed horizontal displacement of 2108. 73m , and its target is located at the bottom of jinghang channel . zj 45 rig and conventional direc2 tional drilling technologies were used , with such equipment as dual stand pipe , high - frequency linear shale shaker , dual centrifuges equipped. casing program , well profile and cementing design were optimized , and such advanced drilling technologies as wired mwd , wireless mwd , steering drill , reversed drill string , composite met2 al ionic polymer drilling fluid for sloughing control , pdc bit were also applied. this well was successful drilled , with its total mea2 sured depth drilled to 3590 m and tvd to 2762. 56 m , max. incli2nation is 51. 10and drilling period of 47 days , and no drilling ac2cidents or troubles were encountered. the drilling practice of lian30 - 1 proved that the conventional drilling technology and equip2 ment is capable of drilling directional well with horizontal displace2 ment of less than 2500 m , as only as proper techniques are con2 ducted.key words jiangsu oilfield displacement wel

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