长庆低渗透油田水平井机械堵水工艺
2023-01-17
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2014年2月 大庆石油地质与开发 Feb..2014 第33卷第1期 Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing V01.33 No.1 DOI:10.3969/J.ISSN.1000—3754.2014.01.021 长庆低渗透油田水平井机械堵水工艺 王 百 吕亿明 甘庆明 李大建 朱洪征 崔文昊 (长庆油田油气工艺研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安710021) 摘要:为解决长庆低渗透油田多段压裂、注水开发水平井见水问题,结合水平井生产现状,分析了水平井见水 规律及见水特征,研发了可捞式机械桥塞、水平井封隔器、桥式单流阀等配套关键工具,设计形成了水平井趾 部、中部、跟部单段见水或多段见水的机械封堵工艺管柱,并成功应用于矿场。共实施8口井,有效率100%, 累计增油2 841 t,累计降水2 160 m。,控水增油效果显著。该机械堵水工艺为见水水平井有效治理提供了重要技 术手段。 关键词:低渗透油藏;多段压裂;注水开发;水平井见水;机械堵水;长庆油田 中图分类号:TE358 .3 文献标识码:A 文章编号:1000-3754(2014)01—0111—05 M CHANICAL、VATER PLUGGING TECHNoLoGY OF THE HoIUZoNTAL WELLS IN CHANGQING LoW—PERMEABILITY oILFIELD WANG Bai,L0 Yiming。GAN Qingming,LI Dajian,ZHU Hongzheng。CUI Wenhao (Oil&Gas Technology Research Institute Changqing Oilifeld Company,National Engineering Laboratory of Exploration and Development of Low-permeability Oil and Gas Field-Xi’an 7 10021,China) Abstract:In order to solve the breakthrough problems of the multi—stage fractured and water flooded horizontal wells in the low—permeability oil reservoirs of Changqing Oilifeld,combining with the current production perform— ances of the wells,the breakthrough laws and characteristics of the wells are analyzed and moreover a set of key tools of retrievable mechanical bridge plug,horizontal well packer,bridge—type check valve key and other matching equipments are developed,the strings of the mechanical water plugging technologies are designed and made for the individual—interval(toe,medium and hee1)and multi—interval breakthroughs of the horizontal wells and furthermore they are successfully applied in the field.The techniques are operated in 8 wells and the effective rate reaches 100%,the cumulative oil increased is up to 2 841 t,the cumulative water reduced is 2 160 m。,it is obvious to see that the effects of water control and oil stimulation are great.This mechanical water plugging technology has provid- ed signiifcant technical means for the effective management of the breakthrough horizontal wells. Key words:low-permeability oil reservoir;multi—stage fracturing;water injection development;horizontal well breakthrough;mechanical water plugging;Changqing Oilfield 收稿日期:2013-02—31 改回日期:2013—05-10 基金项目:长庆油田生产5000万吨采油采气关键技术研究(2012—1—4)。 作者简介:王百,男,1981年生,工程师,从事水平井采油及测试生产工艺技术研究。 E—mail:wb8一cq@petrochina.COB.cn ・112・ 大庆石油地质与开发 2014正 截至2012年底,长庆油田已投产水平井418 口,平均日产液量为l0.8 ITI ,日产油量为4.4 t, 综合含水率为52%。含水率大于80%的有98口 井,占投产井的23.4%,因含水率上升造成水平 井日损失产能达274.51 t,见水已严重影响着水平 井开发效果。封堵水流是减少开发成本和提高采油 量便捷的途径之一l】'2 J,一般可以将其分为机械堵 水和化学堵水。由于机械堵水具有工艺简单、成本 低、见效果快的优势,2009年国内东部高产油田 探索试验了水平井机械堵水工艺,但受储层渗透率 高、绕流速度快的影响,堵水效果不理想 。为 此,结合长庆油田储层渗透率低、套管固井完井、 多段压裂改造等开发优势,研究设计满足长庆油田 水平井特征的机械堵水工艺,为提高水平井开发效 果提供了有效技术手段。 1水平井见水规律及特征 1.1见水规律 长庆低渗透油田具有“低压、低渗、低丰度” 的特征,需要注水补充能量、多段压裂改造,且采 用五点法、七点法、九点法、米字型等多种注水井 网探索开发 j。特低渗透油藏储层孔道微细、渗 透率低,油水流动渗流阻力大,岩石孔壁固体颗粒 和液体界面之间相互作用明显,油水之间存在的毛 管力始终发挥着作用,致使本身较复杂的井下油水 关系更加复杂 I7,堵水工艺措施无针对性、实施 难度大。为此,结合水平井开发特征,总结分析了 不同注水井网下水平井见水规律 ,得出了长庆 油田水平井主要有3种见水规律。 (1)裂缝与井简方向锐角夹角越小,越易见 水。 在注水开发井网中,水驱优势方向基本与人工 裂缝方向一致,当人工裂缝与井筒方向的锐角夹角 较小时,各条裂缝、井筒方向、水驱优势方向趋于 一致,注入水很容易沿人工裂缝突进至井筒,致使 注入水和裂缝快速沟通见水,甚至快速水淹。 (2)人工裂缝与注水井距离越小,对应压裂 段越容易见水。 在不同的注水开发井网中,1口水平井均对应 着多口注水井,同时水平段压裂改造形成多条压裂 裂缝,形成了多条压裂裂缝与多口注水井的对应关 系。因此,对应注水井到对应压裂裂缝的距离越 小,注入水到达对应裂缝的时间越短,对应裂缝越 早见水。 (3)累计注入量越大,对应喷点越容易见水。 由于1口水平井多条裂缝对应多口注水井,则 对应注水井的累计注入量越大,水驱波及面积越 大 ’Ⅲ ,对应裂缝越早见水。 1.2见水特征 长庆油田80%的水平井采用套管固井完井、 多段压裂改造、注水开发,水平井筒见水特征复 杂,通过找水测试可知,水平井在井筒上表现为趾 部、中部、跟部单段见水及多段见水的特征;同时 套管固井、多段压裂改造为井筒内机械堵水工艺的 实施提供了有利条件。为此,针对水平井井筒内的 不同见水特征,研究了相应的机械堵水工艺措施。 2水平井机械堵水工艺 机械堵水是使用封隔器及其配套的控制工具来 封堵高含水层以解决油井各油层问的干扰或调整注 入的平面驱油方向,达到提高注入水驱油效率、增 加产油量、减少见水量的目的。机械堵水在直井或 定向井中已成熟应用¨【. J,但在水平井中,一方 面由于水平井井眼轨迹复杂,井下作业配套技术不 完善;另一方面由于水平井的特点,其见水方式与 直井不同,水平井机械堵水工艺技术更为复杂。为 此,结合水平井见水规律及特征,研发设计了水平 井配套封隔器及关键工具,形成了适应水平井特点 的机械堵水技术。 2.1单段见水机械桥塞堵水工艺 针对水平井趾部单段见水,中部及跟部产油的 特点,设计采用机械桥塞封堵趾部单段见水层段, 生产其上部层段,即可达到控水增油的目的。 2.1.1工艺管枉结构 管柱由生产管柱和卡封管柱组成,卡封管柱为 可捞式桥塞,见图1。 图1水平井趾部见水可捞式桥塞堵水工艺 Fig.1 Retrievable bridge—plug water plugging technology at the toe of the breakthrough horizontal well 第33卷第1期 王百等:长庆低渗透油田水平井机械堵水工艺 ・l13・ 2.1.2原理 先采用可捞式桥塞封堵趾部见水层段,再下生 产管柱生产中部和跟部产油层段,实现隔下采上, 达到控水稳油的目的。 2.1.3特点 (1)机械桥塞只能封堵水平井趾部单段见水层 段。 (2)后期可打捞作业起出机械桥塞,实施其他 堵水措施。 (3)不影响后期中部或跟部措施实施。 2.1.4坐封及丢手 将机械桥塞采用油管输送至预定位置后,从油 管内打压,分别在5,10,15,20 MPa时稳 压3 min,逐级完成胶筒胀封、卡瓦锚定锁定,然 后继续向上打压至22~25 MPa(受环空液柱的影 响,丢手压力不同),压力突然落零时,成功丢 手,上起送封管柱。 2.1.5解封 专用打捞工具抓住鱼顶上提,剪断解封剪钉, 上提管柱打开锁定,胶筒、卡瓦回收。 2.1.6关键工具 可捞式桥塞见图2。 图2可捞式桥塞 Fig.2 Retrievable bridge plug 技术参数:工具长度1 360 mm,最大钢体外 径114 mm,解封载荷20~40 kN,坐封压 力20 MPa,丢手压力25 MPa,工作上压差70 MPa,工作下压差35 MPa,适用套管内径124 mm, 工作温度≤120 oC。 2.2单段见水机械管柱堵水工艺 针对水平井中部单段见水、趾部及跟部产油,跟 部单段见水、趾部及中部产油的特点,设计采用机械 封隔器堵水管柱在见水层段上、下卡封见水层段,通 过单流阀生产产油层段,达到控水增油的目的。 2.2.1工艺管柱结构 管柱由生产管柱、堵水管柱组成。堵水管柱由 上Y445封隔器、下Y441封隔器、定压安全接头、 单流阀、筛管、母堵组成,见图3。 2.2.2原理 采用“Y445封隔器+Y441封隔器+单流阀+筛 图3水平井中部、跟部单点见水机械管柱堵水工艺 Fig.3 Mechanical water plugging technology for the column with medium and heel breakthroughs for the horizontal well 管+母堵”机械管柱堵水工艺,封堵中部见水层 段,生产趾部和跟部产油层段或封堵跟部见水层 段,生产趾部和中部产油层段,实现隔中间采两端 或隔上采下,达到控水稳油的目的。 2.2.3特点 (1)封堵水平井中部或跟部单段见水层段。 (2)Y445封隔器、Y441封隔器均为可捞式封 隔器。 (3)后期实施化学堵水措施时,可将其打捞起 出。 (4)对产油层段实施增产措施时,需将其打捞 起出。 2.2.4坐封及丢手 按照方案设计将机械管柱采用油管连接输送至 预定位置,从油管内打压,当压力达到5 MPa时, Y441封隔器卡瓦撑开,将管柱下端固定,当压力 达到20 MPa时,Y445封隔器完全坐封后,卡瓦撑 开;打压时分别在5,10,15,20 MPa时稳 压3 min,逐级完成胶筒胀封、卡瓦锚定锁定,然 后继续向上打压至22~25 MPa(受环空液柱的影 响,丢手压力不同),压力突然落零时,成功丢 手,上起送封管柱。 2.2.5解封 先采用Y445专用打捞工具打捞解封Y445封 隔器,再下Y441封隔器专用打捞工具打捞解封 Y441封隔器及下部管串。 2.2.6关键工具 (1)上封隔器Y445—110。 Y445-110水平井堵水工艺管柱上工具由液压 坐封机构、液压丢开机构、密封机构、步进锁定机 构、双向卡瓦组成。 技术参数:适用套管内径121—124 mm,最大 钢体外径110 mm,启动压力20 MPa,坐封压 ・114・ 大庆石油地质与开发 力18—22 MPa,上压差25 MPa、下压差25 MPa, 解封载荷20~40 kN,工作温度≤120 oC。 (2)下封隔器Y441.110。 Y441—110水平井堵水工艺管柱下工具由液压 坐封机构、密封机构、步进锁定机构、双向卡瓦组 成。FXY441.110水平井堵水工艺管柱下工具可以 多级使用,整个管柱分级解封,保证解封可靠。 技术参数:适用套管内径121—124 mm,最大 钢体外径110 mm,卡瓦启动压力5 MPa,坐封压 力18~22 MPa,上压差25 MPa、下压差25 MPa, 解封载荷2O~40 kN,工作温度≤120℃。 (3)单流阀。 向油管内打压时,在管内压力下单流阀的球阀 与阀座密封,管内蹩压,实现封隔器坐封及堵水管 柱丢手。当正常生产时,在产油层段的压力下,单 流阀的球阀与阀座分开,使油管内部与产油层段连 通,实现见水层段的封堵、油层段的生产。 2.3多段见水机械管柱堵水工艺 由于在水平段多条裂缝对应多口注水井,水平 井井筒除单段见水外,还存在多段连续见水及多段 间隔见水。多段连续见水可视为一个大段单段见 水,采用单段堵水工艺封堵,但多段间隔见水无法 封堵。为此,针对水平井多段问隔见水的特点,设 计采用多级机械封隔器组合堵水管柱卡封见水层 段,通过多级桥式单流阀生产产油层段,达到控水 增油的目的。 2.3.1工艺管柱结构 管柱由生产管柱、堵水管柱组成。堵水管柱由 上Y445封隔器、下Y441封隔器、定压安全接头、 桥式单流阀、母堵组成,见图4。 图4水平井多点见水的机械管柱堵水工艺 Fig.4 Mechanical water plugging technology for the column with multipoint breakthrOughs for the horizontal wel 1 2.3.2原理 见水层段管柱为“Y441封隔器+安全接头+ Y441封隔器”,封堵水层段;产油层段的管柱为 “Y441封隔器+安全接头+桥式单流阀+Y441封隔 器”。封隔器坐封后正常生产时,通过桥式单流阀 使油管内部与油层段连通,实现见水层段的封堵、 油层段的生产。 2.3.3特点 封堵多段任意见水层段,生产任意产油层段。 坐封、丢手、解封同2.2。 2.3.4关键工具 (1)桥式单流阀。 主要由中心管单流阀及环空过液通道组成,中 心管单流阀与侧向连通(即正常生产时与各产油 层连通),环空过液通道与上、下油管连通,实现 多个间隔产油层段同时生产。 (2)定压安全接头。 打压前,安全接头的拉断处由钢性锁定机构保 护;打压后,锁定机构开,安全接头分体的两部分 由拉断剪钉连接。 (3)上封隔器Y445.110、下封隔器Y441.110、 定压安全接头与2.2“水平井中部或跟部单点见水 机械管柱堵水工艺”相同。 3矿场试验 截至2013年3月底,共实施8口井,有效率 100%,平均有效期200 d,累计增油2 841 t,累计 降水2 160 m (表1)。 3.1 CP2井储层物性 CP2井钻遇储层为延长组长10层,储层孔隙 度、渗透率分布范围大,非均质性强。孔隙度分布 在6.1%~15.8%,平均孔隙度11.6%;渗透率分 布在0.05×10一~363.35×10 Ixm ,平均渗透率 46.56 xlO~ m 。 3.2储层改造及裂缝展布方向 CP2井水力喷射压裂改造3段。水平井水平段 方位设计为北东0.7。,储层的最大主应力方向北 东66。,则裂缝的展布方向与储层最大主应力一致 为北东66。,故裂缝与井筒夹角为59。。 3.3注采对应关系 两端各对应1口注水井补充能量,注水井投注 及累计注水情况:C18.22注水井2008年11月投 注,累计注入3.4x10 in ,累计注采比0.58;C52 注水井2009年12月投注,累计注入1.8×10 m , 累计注采比0.08。 第33卷第1期 王百等:长庆低渗透油田水平井机械堵水工艺 ・l15・ 表1水平井堵水措施效果统计 Table 1 Statistics ofthe water plugging results for the horizontal wells 注: 表示试油数据。 CP2井两端喷射点到对应注水井的距离:喷点 1到C18-22井的距离为191 m,喷点3到C52井的 距离为222 m。 3.4生产动态 井井筒见水问题,为见水水平井的有效治理提供了 技术手段。 参考文献: [1]刚振宝,卫秀芬.大庆油田机械堵水技术回顾与展望[J]. 特种油气藏,2006,13(2):9一l8. CP2井2008年l0月5日投产,初期自喷,日 产液量为60.71 m。,日产油量为50.19 t,含水率 为1.6%。自喷16个月后,日产液量降 为14.61 m ,含水率上升至36.64%,于2010年2 月转机采,含水率逐步上升,2011年6月含水率 上升至91%,实施找堵水措施。 3.5堵水效果 [2]张琪.采油工程原理与设计[M].东营:石油大学出版社, 2000:407.411. [3]张立民,刘清友.冀东油田水平井机械卡水技术[J].石油 钻采工艺,2009,31(6):119.123. [4]吴艳丽.油井堵水效果预测方法[J].大庆石油地质与开发, 1999,18(1):42-43. 找水结果表明,CP2井趾部见水,中部、跟部 产油。采用水平井可捞式桥塞封堵,含水率由 [5]赵通,洪少青,雍和毅,等.水驱低渗油藏井网密度计算的 新方法[J].西部探矿工程,2008,20(1):6O.64. [6]徐燕东,李冬梅,李江.塔河油田底水油藏水平井见水特征 [J].新疆石油地质,2011,32(2):167—169. [7]曹维政,肖鲁川,曹维福,等.特低渗透储层油水两相非达 9l%下降至51.7%,初期日增油达到5 t,有效期 184 d,累计增油335 t。 西渗流特征[J].大庆石油地质与开发,2007,26 4结 论 (1)长庆低渗透油田注水开发、多段压裂改造 水平井见水规律表现为裂缝与井筒方向锐角夹角越 小,越易见水;人工裂缝与注水井距离越小,累计 注入量越大,对应喷点越容易见水。 (2)套管固井完井、多段压裂改造、注水开发 水平井在井筒上表现为趾部、中部、跟部单段见水 及多段见水的特征,为井筒内机械堵水工艺的实施 (5):61-63. [8]齐春燕,王贺军.喇萨杏油田层系井网现状及调整对 策[J].大庆石油地质与开发,2010,29(1):38—42. [9]张顺康,刘炳官,钟思瑛.不规则井网面积波及系数计算方 法[J].大庆石油地质与开发,2010,29(4):49.52. [10]万文胜,杜军社,秦旭升,等.低渗透注水开发砂岩油藏合 理井网井距的确定方法[J].新疆石油天然气,2007,3 (1):56.59. [11]纪宝均,鞠海澜.机械堵水的影响因素[J].国外油田工 程,2001,17(8):12一l3. 提供了有利条件。 (3)形成了水平井趾部、中部、上部单段见水 [12]侯玫,宋根才,向明光,等.水平井堵水工艺管柱的研制与 应用[J].石油天然气学报,2005,27(6):787—789. 或多段见水的机械封堵系列管柱,有效解决了水平 编辑:刘桂玲