海上油田優(yōu)快完井工藝及配套技術(shù)

海上油田優(yōu)快完井工藝及配套技術(shù)

在海上氣田的開發(fā)過程中，井井處理成本占相當(dāng)大的比例。由于海洋鉆完井作業(yè)受環(huán)境、氣候條件影響較大,對(duì)作業(yè)設(shè)備的性能要求較高,這就注定了海洋石油作業(yè)的高成本、高風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下,為了使海洋石油達(dá)到工業(yè)開發(fā)的價(jià)值,就必須不斷更新和完善鉆完井作業(yè)技術(shù),盡可能節(jié)約作業(yè)時(shí)間,降低作業(yè)成本,挖掘油田潛力,提高最終采收率。由于海上多數(shù)油田需要防砂完井,若采用傳統(tǒng)的單層防砂作業(yè)方式,作業(yè)周期長(zhǎng),成本高,許多邊際油田都無(wú)法投入開發(fā),為此,引入了世界上最先進(jìn)的一次多層射孔和防砂技術(shù),充填方式也由循環(huán)充填發(fā)展到高速水充填和壓裂充填,還提出了適度防砂的理念,使得海上油田完井理念從傳統(tǒng)的“滿足油藏和生產(chǎn)需要,實(shí)現(xiàn)采油氣要求”發(fā)展到如今的“更好地為油藏和生產(chǎn)服務(wù),以獲取最高、最經(jīng)濟(jì)有效的油氣采收率為目標(biāo)”,積極探索更適用于海上油田的新型完井工藝和方法。1海上油田井處理技術(shù)1.1洗井充填作業(yè)利用海上油田的自然優(yōu)勢(shì),在正式進(jìn)行完井作業(yè)前對(duì)套管進(jìn)行刮管洗井,組裝下入刮管管柱:鉆頭+套管刮管器+鉆鋌+鉆桿,對(duì)套管進(jìn)行刮管作業(yè)。至井底后,先后用海水、砂漿和膠液進(jìn)行循環(huán)洗井至返出液的濁度值NTU為50左右。替套管清洗液、浸泡,后跟海水和過濾海水洗井至返出口液體的NTU連續(xù)半小時(shí)小于30后才結(jié)束洗井作業(yè)。經(jīng)過洗井,使套管、鉆具和地面循環(huán)系統(tǒng)都得到了徹底的清洗,從源頭上減少了固相顆粒對(duì)儲(chǔ)層的污染。1.2海洋石油的好井技術(shù)—完井液技術(shù)海上完井主要使用保護(hù)儲(chǔ)層的完井液體系,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)完井液本身對(duì)儲(chǔ)層應(yīng)是低損害或是盡可能不損害儲(chǔ)層。在完井液體系中引入了黏土防膨劑來(lái)抑制儲(chǔ)層中黏土礦物的膨脹,在現(xiàn)場(chǎng)施工中采用井口精細(xì)過濾裝置,可防止完井液中固相粒子對(duì)儲(chǔ)層的損害。20世紀(jì)90年代中后期以來(lái),國(guó)外技術(shù)服務(wù)公司在直井和大斜度油井的完井作業(yè)后期采用酸洗技術(shù)措施來(lái)解除近井地帶的污染,提高油井的產(chǎn)能;在水平井完井作業(yè)后期采用化學(xué)—生物破膠方法來(lái)解除近井地帶的污染以提高油井的產(chǎn)能;中海石油與石油院校聯(lián)合研究和應(yīng)用了可改造儲(chǔ)層的隱型酸類新型完井液體系,它不僅能解除前期作業(yè)液對(duì)儲(chǔ)層造成的損害,而且對(duì)儲(chǔ)層具有改造作用。目前,已在海洋石油中得到廣泛應(yīng)用的完井液體系主要有:(1)低張力隱性酸完井液;(2)無(wú)固相清潔鹽水完井液;(3)甲酸鹽和溴鹽完井液;(4)鉆井液濾餅清洗解除液。1.3模塊射孔地層壓爆技術(shù)海上油田的射孔方式基本和陸上油田相同,大多采用油管輸送射孔方式。使用大直徑槍或深穿透、無(wú)碎屑射孔彈進(jìn)行高孔密、大孔徑射孔,減少了油氣層污染,達(dá)到保護(hù)油層的目的。對(duì)于疏松砂巖地層,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,總結(jié)出選擇合理負(fù)壓值的方法。形成了配套的油管輸送射孔聯(lián)作新技術(shù),包括油管輸送射孔與投產(chǎn)聯(lián)作、油管輸送射孔和地層測(cè)試聯(lián)作、油管輸送射孔和高能氣體壓裂復(fù)合射孔等。隨著一次多層防砂技術(shù)的引進(jìn),一次多層負(fù)壓射孔技術(shù)得到了成功應(yīng)用,使射孔作業(yè)效率得到了大幅度提高,但長(zhǎng)射孔段時(shí)常出現(xiàn)斷爆和盲槍憋壓的情況,為解決這一問題,聯(lián)合中國(guó)航天科技集團(tuán)公司川南機(jī)械廠和中海油服測(cè)井公司開發(fā)了隔板傳爆技術(shù),既做到了安全環(huán)保,又避免了斷爆的發(fā)生。隔板傳爆技術(shù)就是在夾層槍兩端各連接1個(gè)隔板傳爆裝置,以阻止鉆完井液及油氣進(jìn)入夾層槍,同時(shí)起到良好的傳爆和隔離油氣的作用。隔板傳爆裝置的特點(diǎn):(1)適用于各類有槍身射孔作業(yè);(2)可靠傳遞爆轟能量,爆轟輸出穩(wěn)定;(3)工作后密封可靠,夾層槍內(nèi)無(wú)污物,不會(huì)造成平臺(tái)、海洋污染;(4)重復(fù)使用夾層槍時(shí)不用清洗;(5)接頭上的卸壓閥能可靠釋放夾層槍內(nèi)氣體,卸槍更安全;(6)提高拆槍速度,降低勞動(dòng)強(qiáng)度;(7)若射孔槍斷爆,可重新利用密封段射孔器材。該技術(shù)已成功運(yùn)用于渤海SZ36-1II期和QHD32-6油田6個(gè)平臺(tái),近170多口井,效果極佳。尤其對(duì)于隔層較長(zhǎng)的井段,使用效果更為突出,大幅度提高了作業(yè)時(shí)效,見表1,表1中C、D平臺(tái)使用了隔板傳爆技術(shù)。1.4不同填充材料的防砂效果目前海上油田常用防砂方法包括套管和裸眼礫石充填防砂、優(yōu)質(zhì)篩管防砂和膨脹式篩管防砂等模式。其中礫石充填防砂作業(yè)所占比例最大,與其它防砂方式相比,其防砂效果較好,使用壽命較長(zhǎng);膨脹式篩管防砂目前還處于試驗(yàn)階段;裸眼井優(yōu)質(zhì)篩管適度防砂效果理想,正處于推廣應(yīng)用階段。1.4.1多層防砂工藝對(duì)于需要多層分段防砂的井,可通過鋼絲作業(yè)或井下作業(yè)對(duì)各層進(jìn)行分層控制并分層采取措施。多層防砂主要有以下方式。(1)單層防砂。一次進(jìn)行一層射孔、防砂作業(yè)。每完成一層作業(yè)都要經(jīng)過投堵、射孔、沖砂、撈堵、防砂幾個(gè)過程。優(yōu)點(diǎn)是工具簡(jiǎn)單,防砂作業(yè)安全性較高;缺點(diǎn)是作業(yè)工序多,周期長(zhǎng),成本高。(2)1趟/2趟管柱多層防砂。一次射孔射開全部油層、1趟/2趟管柱分別完成防砂管柱逐層坐封、逐層充填作業(yè)。缺點(diǎn)是工具復(fù)雜,防砂風(fēng)險(xiǎn)高;優(yōu)點(diǎn)是可減少起下鉆次數(shù),工序少,整體作業(yè)周期短,成本低。其中,1趟/2趟管柱多層防砂工藝系統(tǒng)在1998年以后陸續(xù)在渤海灣應(yīng)用,并結(jié)合渤海油田的實(shí)際情況進(jìn)行了防砂服務(wù)工具的技術(shù)改進(jìn),提高了完井作業(yè)效率,降低了作業(yè)成本,見表2。除了采用以上防砂工藝外,還應(yīng)用了不同的礫石充填方式,包括循環(huán)充填、高速水充填、水充填微壓裂和膠液壓裂充填防砂等。(1)循環(huán)充填。此種方式在初期海上油田防砂完井應(yīng)用較多,主要適用于速敏以及離氣或水較近的地層,充填壓力低于地層破裂壓力,礫石充滿篩套環(huán)空和射孔炮眼,但該種充填方式所造成的表皮因數(shù)平均高達(dá)15以上,大大影響油井產(chǎn)能的發(fā)揮。(2)高速水充填。該方式的充填壓力超過或接近地層破裂壓力,微裂縫穿越了近井污染帶,見圖1。一般情況下,微壓裂能形成0.3～0.6m的裂縫,統(tǒng)計(jì)表明該種方式造成的表皮因數(shù)通常在7～12左右,明顯優(yōu)越于循環(huán)充填;另外,此種充填方式所需地面設(shè)備受平臺(tái)空間制約不大,而且成本與循環(huán)充填相比也增加不多,因此近幾年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。(3)壓裂充填。以前由于壓裂充填所需的地面防砂設(shè)備多,平臺(tái)無(wú)法容納,加上租用壓裂船費(fèi)用太高,因此其使用受到了限制。近年來(lái)隨著大功率防砂泵的出現(xiàn)和地面設(shè)備的集成化,克服了上述限制,并在海上幾個(gè)油田進(jìn)行了成功試驗(yàn)。壓裂充填以高于地層破裂壓力進(jìn)行充填,在井筒周圍形成對(duì)稱的2條裂縫,并充填以具有高導(dǎo)流能力的支撐劑,改變了井筒附近的流體流動(dòng)方式,提高油井產(chǎn)能。壓裂充填的表皮因數(shù)通常只有2～5,可替代增產(chǎn)措施作業(yè)。一次多層壓裂充填防砂方式在渤海BZ25-1油田開發(fā)井中得到了大量成功應(yīng)用,取得了理想的應(yīng)用效果。1.4.2膨脹篩管技術(shù)適用于黏土含量低、高速開采的油層,它可以避免礫石充填所造成的高表皮因數(shù),有利于產(chǎn)能的發(fā)揮。在渤海灣PL19-3油田的完井作業(yè)中,膨脹篩管技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到不同的井型:(1)裸眼+膨脹篩管;(2)套管射孔+膨脹篩管;(3)套管射孔+壓裂充填+膨脹篩管。其中,以裸眼+膨脹篩管的使用效果最好。由于消除了礫石充填防砂所需的篩管和井壁之間的環(huán)空,可以使從地層到井口整個(gè)完井管柱直徑減少,簡(jiǎn)化了礫石充填完井的過程,節(jié)省了作業(yè)時(shí)間,減少了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。隨著該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和成功應(yīng)用,為高效開發(fā)油藏提供了一種新的思路和手段。1.4.3質(zhì)篩管井管外封隔通常應(yīng)用于3種井型:裸眼定向井、水平井和水平分支井。作業(yè)方式簡(jiǎn)單,即技術(shù)套管下在生產(chǎn)層以上,生產(chǎn)層采用主井眼裸眼內(nèi)下入適當(dāng)濾砂精度的優(yōu)質(zhì)篩管,見圖2。采用“適度防砂”理念完井。對(duì)于裸眼定向井,同時(shí)使用優(yōu)質(zhì)篩管和管外封隔器可有效分隔生產(chǎn)層位,從而實(shí)現(xiàn)分層開采,便于油藏管理。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在SZ36-1油田和QHD32-6油田調(diào)整井得到了成功應(yīng)用。從SZ36-1油田所做的5口分支井的生產(chǎn)情況來(lái)看,由于采用了“適度防砂”,使油井的產(chǎn)能得到大幅度提高,鄰井平均日產(chǎn)原油26.5m3,水平分支井日產(chǎn)原油近150m3,約是常規(guī)定向井產(chǎn)能的5倍。1.5基于海洋平臺(tái)的“一變多控”系統(tǒng)對(duì)于不能自噴的生產(chǎn)井和水源井,由于產(chǎn)量高和受平臺(tái)空間限制,大多采用潛油電泵開采方式,并將潛油電泵集中在中央控制室統(tǒng)一進(jìn)行管理。渤海油田多為稠油油藏,使用50Hz工頻直接啟動(dòng)電機(jī)時(shí)往往因?yàn)閱?dòng)電流過大造成過載,許多油井需反復(fù)啟動(dòng)多次才能正常運(yùn)行;部分油井還需要進(jìn)行擠柴油和注海水等作業(yè),才可以啟動(dòng);甚至少數(shù)油井通過以上作業(yè)仍然無(wú)法啟動(dòng);同時(shí)由于啟動(dòng)時(shí)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在高電流過載的情況下工作,每次啟動(dòng)都可能引起電機(jī)燒毀。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,目前海洋70%以上的潛油電泵是因?yàn)殡姍C(jī)絕緣燒穿而導(dǎo)致失效的。針對(duì)海上平臺(tái)油井分布相對(duì)集中的情況,研制出適用于海洋平臺(tái)的“一對(duì)多”的“一變多控”系統(tǒng),極大地改善了機(jī)組的啟動(dòng)工況,延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命,減少了工程建造中放置設(shè)備所需的面積,節(jié)約了大量人力物力?！耙蛔兌嗫亍毕到y(tǒng)是在工頻控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加一套變頻控制系統(tǒng)。通過中央控制系統(tǒng)控制潛油電泵工頻系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)的切換,使1套變頻控制系統(tǒng)可以分時(shí)分別給多臺(tái)潛油電泵供電,實(shí)現(xiàn)“一變多控”;使?jié)撚碗姳每梢员３值皖l啟動(dòng),使啟動(dòng)電流小于電機(jī)額定電流的1.5倍,直接解決了使用工頻啟動(dòng)會(huì)因啟動(dòng)電流過大而導(dǎo)致過載停機(jī)甚至燒毀電機(jī)的問題,而且操作簡(jiǎn)單?！耙蛔兌嗫亍毕到y(tǒng)主要由特殊變頻器(包括ME開關(guān)、快熔和進(jìn)線電抗器)和正弦波濾波器、整流變壓器、特殊升壓變頻變壓器、大功率高壓開關(guān)柜、中央控制柜及各井所對(duì)應(yīng)的工頻控制柜、長(zhǎng)距離抗干擾信號(hào)電纜組成?！耙蛔兌嗫亍毕到y(tǒng)工作過程:來(lái)自動(dòng)力電源的AC380V經(jīng)過整流變壓器升壓至AC690V接到變頻器內(nèi)的ME開關(guān),經(jīng)過快熔、進(jìn)線電抗器,再經(jīng)過變頻器變頻后,輸出0～50Hz、AC690V電源,然后經(jīng)過正弦波濾波器、變頻升壓變壓器,輸出0～50Hz、AC700～3500V電源。根據(jù)潛油電機(jī)不同的電壓等級(jí),中央控制柜自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻升壓變壓器二次抽頭,可以拖動(dòng)不同電壓等級(jí)的潛油電機(jī)。1998年JZ9-3油田引進(jìn)了“一變多控”系統(tǒng),采用1臺(tái)變頻器不同時(shí)控制整個(gè)平臺(tái)所有潛油電泵機(jī)組并將其應(yīng)用到SZ36-1油田和QHD32-6油田的完井作業(yè)中,經(jīng)過多次改進(jìn)后,最終取得了令人滿意的效果。2海洋石油完井概念2.1提高作業(yè)時(shí)效技術(shù)在1994年以前,中國(guó)海洋石油完成1口2000m的3層防砂井平均需要10多天,作業(yè)成本較高,導(dǎo)致許多油田由于達(dá)不到經(jīng)濟(jì)開發(fā)界限而未能開發(fā)。隨著快速鉆井項(xiàng)目在渤海QK17-3油田的成功應(yīng)用,引入了優(yōu)快完井理念,利用平臺(tái)有限的空間,完成“橫向結(jié)合、立體交叉、優(yōu)化工藝、創(chuàng)新作業(yè)方法”等作業(yè)模式,保證了作業(yè)質(zhì)量,節(jié)省了鉆井時(shí)間,提高了作業(yè)時(shí)效。優(yōu)快完井理念在近年完成的QK18-1油田、JZ9-3油田、QK17-2油田、QHD32-6油田和SZ36-1Ⅱ期油田完井作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,引進(jìn)了多套新技術(shù),開發(fā)了適應(yīng)優(yōu)、快的新工藝,共完成438口井,提前了600多個(gè)船天,而且這些油田的提前建成投產(chǎn),也及早收到了效益。優(yōu)快完井理念推動(dòng)了海上完井技術(shù)的現(xiàn)代化和國(guó)際化進(jìn)程,同時(shí)開發(fā)出的國(guó)產(chǎn)化工具也得到了大面積推廣應(yīng)用,國(guó)產(chǎn)篩管、油管、過濾芯、整體式采油樹井口裝置、隔板傳爆裝置等就是在這個(gè)理念下發(fā)展成熟的。2.2剪切破壞,提高地層滲透率適度放大防砂粒徑,允許部分地層砂隨原油產(chǎn)出,從而避免細(xì)小砂粒堵塞篩管造成近井地帶油流通道的堵塞,并對(duì)地層進(jìn)行“卸載”,引起井眼周圍地層發(fā)生剪切膨脹直至剪切破壞,破壞鉆完井過程中形成的損害帶,提高地層滲透率,使地層“滲透強(qiáng)化”。適度防砂理論的提出打破了對(duì)地層砂“防死”的傳統(tǒng)觀念,為渤海油田稠油油藏的有效開發(fā)開辟了一條新思路。該理論在SZ36-1油田和QHD32-6油田調(diào)整水平分支井中得到了證實(shí),像南堡35-2、LD16-1等海上稠油油田,若采用常規(guī)的開發(fā)模式,其內(nèi)部收益率根本達(dá)不到海洋石油總公司要求的目標(biāo),如運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù),達(dá)到少井高產(chǎn),其內(nèi)部收益率可大幅度地提高,這樣的稠油油田就可以大膽地投入開發(fā)了。2.3海洋石油的基礎(chǔ)凡出海人員都要進(jìn)行海上求生、急救、消防、艇筏操縱、直升機(jī)水下逃生、井控培訓(xùn),體檢合格獲健康證后方能出海。由于海洋作業(yè)環(huán)境的特殊性,遠(yuǎn)離基地,海上生存和生活能力是出海作業(yè)的前提,也是海洋石油發(fā)展的基礎(chǔ),沒有這個(gè)理念,就沒有現(xiàn)在的海洋石油。同時(shí)