新疆克拉玛依油田浅层超稠油水平井完井技术研究

新疆克拉玛依油田浅层超稠油水平井完井技术研究

新疆库拉玛油田富含稠油和稠油资源。传统的直接井开采一直是无效的。因此，应使用平井开采。在“八五”期间,我国水平井钻井完井技术已取得了很大的进步并逐步完善。但是在垂深不到200m的极浅特稠油、超稠油油藏进行水平井钻井完井作业,存在很大的困难。克拉玛依油田在“九五”期间开展了该项技术研究,并钻成了7口试验水平井(经过4年的试采,已取得了很好的经济效益),初步形成了一套适合于开采特稠油、超稠油的水平井钻井完井技术。一、管道结构设计克拉玛依油田九区稠油油藏为砂泥岩碎屑岩,油藏中部埋深约180m。主力油藏G22砂层厚14.5m,岩性以中细砂岩为主,其次为粗砂岩、砂砾岩,平均孔隙度30.6%,原始含油饱和度79%,原始地温18℃,地面脱气油平均粘度121800mPa·s。根据油藏地质特征和岩心分析,油藏岩石为泥质和稠油胶结,欠压实胶结疏松,必须采取防砂措施。根据采油工艺设计方案,浅层稠油水平井完井后,用↣φ88.9mm+↣φ60.3mm平行双油管生产管柱,配双管井口。↣φ60.3mm油管下至水平段2/3处,用以注汽、降粘、冲砂、井下测试等作业;↣φ88.9mm油管下至接近技术套管未端、井斜角≤60°的位置。研究认为,在目前钻井设备(没有顶驱)的条件下,必须以30°开眼才能钻达目的层。完井后,管内下一套斜抽油杆,井口配斜井抽油机。据此,套管结构设计选定为:↣φ339.7mm表层套管下深58~60m,为斜直井段,固井时水泥浆返至地面;↣φ244.5mm技术套管下深272~339m,为靶窗位置,固井时水泥返至地面;采用↣φ139.7mm筛管完井,段长200~250m。井眼轨迹及井身结构设计见图1。二、储层防砂工艺1.需用↣φ244.5mm套管作实际上的油层套管以便下入双油管采油。按热采工艺设计,不下隔热管,因此↣φ244.5mm套管全程均处于较高温度环境下。故存在↣φ244.5mm套管能否顺利下到井底及能否承受270~300℃的高温问题。2.浅层超稠油水平井的完井方法及防砂技术关系到整个油田的开采效益,因此,热采对完井和防砂的特殊要求是需要深入研究的一个重点问题。3.水平井的冲砂不像直井那么简单,有必要比较直井和水平井的出砂机理,为防砂设计及可能的修井冲砂提供预测和评估。4.悬挂器要带高温封隔器。从设计的井身结构来看,悬挂器在井斜约75°的井段。将筛管挂在↣φ244.5mm套管内的悬挂器+封隔器总成必须满足浅层稠油水平井的特殊要求:密封件具有抗高温性能,适应热采要求;具有一定密封性,防止储层砂粒窜入环空影响泵工作或卡油管;在大斜度井段易于坐挂,地面可明显判断坐封情况。三、技术研究1.mm套管抗挤、抗拉和抗内压强度利用有限元法,对热采过程套管周围的温度场和热应力场进行了详细分析,认为:↣φ139.7mm完井管柱在井下处于自由伸展状态,所受热应力将由管柱的膨胀和伸长来消化;↣φ244.5mm套管抗挤、抗拉和抗内压强度没有任何问题,造斜段的弯曲应力(约146MPa)和热胀弯曲应力几乎可以忽略。因此,热采井套管强度校核主要是热应力问题。升温至250℃时,↣φ244.5套管最大的轴向热胀压缩应力为634MPa,环向热胀压缩应力为241MPa,加上初始弯曲应力后,最大压缩应力为780MPa。经套管柱热循环残余应力分析后认为,↣φ244.5mmN80套管(壁厚11.05mm)基本可以满足要求,但安全系数较小,应使用梯形扣或P110以上钢级的套管,建议注汽管外加装隔热层,以便降低套管内的温度场,减小套管热应力。2.筛管安装及校核(1)短起下钻,并大排量洗井2周以上,以清除岩屑床;(2)引鞋与短套管处加装套管扶正器,防止因引鞋落入井径扩大处台阶上,引起高造斜率处套管刚度与井眼不相容而下套管阻卡;(3)根据计算和现场实际施工情况,每根筛管加装一只弹性扶正器,减小套管台肩的碰卡,同时也为采油作业提供均匀的管外环空;(4)用倒装钻具下↣φ139.7mm筛管。7口超浅层稠油水平井筛管均下入顺利,地面悬重始终有60~100kN。典型的下筛管倒装钻柱组合为:悬挂器+耐高温封隔器总成+↣φ127.0mm加重钻杆+↣φ158.8mm钻铤。3.眼空间速率分析下套管摩阻分析软件包含两部分。一为摩阻分析计算;二为允许套管通过的井眼空间曲率分析。摩阻分析包括了考虑套管刚度的三维模型,对于↣φ244.5mm井段或井斜方位变化较大的井段,采用刚杆模型可提高预测的可靠性。图2所示为HW904井↣φ244.5mm技术套管下入过程摩阻预测。4.设计方法：打开管道开口(1)砂粒度测定和粒径的确定在筛管外缝口处能形成有效架桥,其原理是砂粒直径为缝宽的1/3~2/3;必须以岩心来制备砂样和测得粒度分级数据,采用由井内捞出的砂做粒度分级数的数据不可靠;在粒度分级的基础上,经过测试产量和出砂量及冲砂难度等分析后,作粒度分布图,确定阻隔的粒径;另外还需考虑强度,过流面积比等参数。(2)砂粒阻隔的计算由图3可见,各岩心具有大致相同的粒度分布区间,分选性好;如果按割缝筛管缝宽0.45mm考虑,根据1/3~1/2架桥理论和粒度分布图,大约有10%~25%的砂粒阻隔在管外,90%~75%的砂流入筛管内;如果按绕丝管缝宽0.35~0.40mm考虑,以平均值0.375计算,那么,有大约15%~35%的砂粒阻隔在筛管外,85%~65%的砂粒流入筛管。5.薄油层出砂井压差规律水平井采用筛管完井,有利于防砂。在相同岩性情况下,水平井在薄油层中比在厚油层中更易出砂,薄油层应控制较小的生产压差。当油层厚度为15m,井径为↣φ220.0mm(按↣φ215.9mm扩径计算)时,水平井出砂的临界压差比直井大2.1倍。说明水平井采用简单的完井和防砂技术是可行的。6.封隔器的制作根据前述注采参数设计,预计在封隔器处温度约220℃,因此设计上要保证封隔器250℃下能正常工作。该高温封隔器以钢丝网做骨架,石棉填料,并添加适量的粘结剂,制造成封隔器密封筒。在7口试验水平井中应用,密封良好,能阻止砂上窜至套管环空。四、井套管及防砂系统1.用常规水平井技术钻垂深不到200m的水平井是可行的,但水平段长度不应超过250m。2.对于热采稠油水平井,利用简单的割缝筛管和绕丝筛管防砂是可行的。7口浅层超稠油水平井套管及防砂系统经过近4年的热采试生产,未发现有破、漏和严重砂堵等问题。3.↣φ244.5mm技术套管兼作油层套管,其末端悬挂筛管,为双油管注汽开采留有较大径向空间,是一种较好的完井方案。4.在浅层热采井中,必须采用实际岩心