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川西中浅层致密气藏水平井开发工艺技术研究

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川西中浅层致密气藏水平井开发工艺技术研究 川西中浅层致密气藏水平井开发工艺技术研究 薛丽娜*,严焱诚,熊昕东,林立世 (中石化西南油气分公司工程技术研究院,四川 德阳618000) 摘 要:针对川西中浅层低孔、致密、非均质性强、连片性差和储量难动用等难点,西南油气分公司进 行水平井试验。通过总结水平井实践,认识到致密气藏必须通过分段压裂建产,开发工艺与以水平井 分段压裂为核心,配套完善水平井钻完井工艺。形成了适合川西的国产化的不动管柱滑套水力喷射 分段压裂工艺和 HY241套管封隔器分段压裂工艺,完善了与分段压裂相配套的井眼轨迹控制技术、 井身结构设...

川西中浅层致密气藏水平井开发工艺技术研究
川西中浅层致密气藏水平井开发工艺技术研究 薛丽娜*,严焱诚,熊昕东,林立世 (中石化西南油气分公司工程技术研究院,四川 德阳618000) 摘 要:针对川西中浅层低孔、致密、非均质性强、连片性差和储量难动用等难点,西南油气分公司进 行水平井试验。通过 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 水平井实践,认识到致密气藏必须通过分段压裂建产,开发工艺与以水平井 分段压裂为核心,配套完善水平井钻完井工艺。形成了适合川西的国产化的不动管柱滑套水力喷射 分段压裂工艺和 HY241套管封隔器分段压裂工艺,完善了与分段压裂相配套的井眼轨迹控制技术、 井身结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、钻井液优化等水平井钻井工艺以及完井方式和完井参数优选、完井管柱优化等水平井 完井工艺,为今后开发类似气藏提供可借鉴的成功经验。 关键词:致密气藏;水平井;分段压裂;钻完井工艺 中图分类号:TE34 文献标识码:A 文章编号:1004—5716(2011)08—0077—05 1 气藏特征和难点 川西中浅层致密气藏一直是西南油气分公司的主力 气藏。目前有开发气田7个,其中主力开发气藏为新场 气田沙溪庙组气藏、洛带气田遂宁组气藏及马井气田蓬 莱镇组气藏,具有低渗致密非均质性强、高压(洛带气田 为常压、除外)、横向上连片性不强、储量动用不均衡 (22.9%~90.8%)等特征。地质条件复杂导致气田开发 有别于国内其它类型气田,存在生产动态复杂、储量难动 用、采速低、建产慢、稳产条件差、提高综合开采效益困难 等世界性问题和难点。近几年,针对单层区采用水平井 开发技术,有效提高储量动用程度,提高了开发效果。 2 川西致密气藏水平井试验认识 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 主要气藏地质特征 气田 气藏 岩性 产层埋深 (m) 产层厚度 (m) 渗透率 (mD) 孔隙度 (%) 地层温度 (℃) 地层压力 (MPa) 新场 沙溪庙 砂岩 2100~2500  15~30  0.172  9.89  60~70  40~50 洛带 遂宁组 砂岩 1460~1940  6~20  0.398  4.74  50~70  14~25 马井 蓬莱镇 砂岩 1050~1500  5~15  1.072  10.97  40~47  15~21   针对川西中浅层致密气藏单层区开发难度大,西南 油气分公司于2006~2010年在川西中浅层大力开展水 平井现场试验,主要经历了先导试验阶段和推广阶段 (表2)。先导试验阶段历时2年,探索了不同钻完井工 艺及储层改造工艺的适应性,分3步试验了5口井:第 一步为多种完井方式+酸化改造投产阶段;第二步为气 体钻井+欠平衡钻完井自然投产阶段;第三步为压裂投 产阶段。通过先导试验,水平井开发川西致密气藏初见 成效,于2009年进入水平井开发规模阶段。基于近年 来水平井开发,取得的认识如下:   (1)自然产能低。对水平井各种钻井方式(常规钻 井、液体欠平衡钻井、气体钻井)和三种完井方式(套管 完井、衬管完井、裸眼完井)都进行了试验,从试验结果 来看,水平井自然产能低,达不到建产要求。 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 原因 主要有以下两点:储层有效渗透率<0.2mD,水平井开 发难以自然建产;垂向渗透率太低不利于水平井开发。 调研显示气层系数β= Kh/K槡 v>4时,水平井增产效 果不明显[1],而LS1H 井、XS1H 井的试井解释的β值 分别为46、29。因此,无法依靠水平井自然产能开发川 西中浅层致密气藏。 772011年第8期               西部探矿工程                      * 收稿日期:2010-09-19 修回日期:2010-09-27 第一作者简介:薛丽娜(1980-),女(汉族),陕西延长人,工程师,现从事完井测试工艺技术研究工作。 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 表2 中浅层水平井开发井例 阶段 井号 钻井方式 完井方式 增产方式 完井后产能 (104 m3/d) 改造后产能 (104 m3/d) 邻井加砂后产能 (104 m3/d) 先期探索阶段 LX1H 常规钻井 衬管完井 酸压 1.2  1.53  4.29 XS1H 常规钻井 射孔完井 酸压 1.0  2.4  1.87 XS2H 水平段欠平衡钻进 裸眼完井 遇油膨胀封隔器压裂 0.5  14  8.44 MP1H 水平段气体钻井 衬管完井 笼统压裂 0.42  5.65  11.9 技术推广阶段 XS311H 水平段欠平衡钻井 衬管完井 水力喷射分段压裂 微量 16.1  11.47 XS21-1H 常规钻井 裸眼完井 水力喷射分段压裂 约0.2  4.3  2.1 XS23-1H 常规钻井 射孔完井 裸眼封隔器分段压裂 约0.2  13.0  5.95 XS21-3H 常规钻井 射孔完井 HY241封隔器3段压裂 微量 3.98  2.1   (2)酸化增产效果不明显。水平井先导试验进行了 LS1H和XS1H两口井的酸化改造,酸化施工规模分别 为120m3和130m3。LS1H井试井机械表皮系数0.15、 储层基本不存在污染,酸压前产量完井后测试无阻流量 1.51×104 m3/d,酸化后获无阻流量1.53×104 m3/d,增 产效果很不明显,远低于相邻直井加砂压裂后产能。 XS1H井试井机械表皮系数1.67、储层存在污染,射孔 后测试无阻流量1.0×104 m3/d,酸化后获无阻流量 2.4×104 m3/d,有一定增产效果,但仍低于相邻直井加 砂压裂后产能。通过现场试验可以看出,污染井效果好 于未污染井,酸化后产能明显低于相邻直井压后产能。 分析酸化低效原因有以下3点:①对于裂缝不发育,近 井储层伤害程度低的情况,酸化效果难以保证;②川西 中浅层致密气藏储层矿物成份以石英为主,次为岩屑和 长石,无论 HCl或土酸酸溶蚀率都相当有限,因此酸蚀 裂缝导流能力也相当有限;无论储层压开与否,有效酸 蚀作用距离均短,效果较差;③酸溶蚀能力低,酸蚀裂缝 导流能力有限、有效酸蚀作用距离短。 (3)分段压裂能有效改善水平井开发效果。 XS311H井为不动管柱3段水力喷射分段压裂,施工规 模100m3,压裂后获无阻流量16.1×104 m3/d;XS23- 1H井为机械裸眼封隔器分段压裂,施工规模131m3,压 裂后获无阻流量13×104 m3/d。试验表明:水平井分段 压裂改造效果比相邻直井压裂效果好,显示出川西气田 中浅层气藏水平井分段加砂压裂的巨大潜力,为水平井 开发展示了广阔前景。致密气藏水平井产出是通过致 密岩块—天然裂缝—(水力裂缝)—水平井筒—垂直井 筒的跨尺度的多种质量传递过程。天然裂缝不发育时 难获理想自然产能,必须依靠加砂压裂形成具有效导流 能力的人工裂缝,以改善储层渗流模式,提高单井产能。 3 水平井开发工艺技术 前期水平井开发实践表明,川西中浅层储层致密且 天然裂缝总体不发育,必须进行分段压裂改造。因此, 采用水平井开发川西中浅层致密气藏,应以分段压裂为 核心,配套相应的钻完井工艺。 3.1 分段压裂工艺技术 川西中浅层为致密、低渗储层,针对其高压力特征, 为避免压井对储层的伤害,应选择不动管柱分段压裂工 艺。在国内外水平井压裂工艺调研的基础上和试验基 础上,优选出了2套适合于川西致密气藏的压裂工艺: 不动管柱滑套水力喷射分段压裂工艺和套管封隔器分 段压裂工艺。 (1)不动管柱滑套水力喷射分段压裂工艺。水力喷 射压裂技术是一项集射孔、压裂、隔离于一体化的压裂 新技术,运用伯努利原理动态密封实现定点分段。针对 川西高压力特点,在常规水力喷射分段压裂工艺基础上 引进多层压裂滑套技术而改进形成适合川西致密气藏 的不动管柱滑套水力喷射分段压裂工艺,既可实现不动 管柱连续分段改造、不带封隔器、管柱容易起出,同时又 克服了常规水力喷射需带压装置、工期长、压井伤害、需 回收工具、连续油管排量低等众多缺点,适合于裸眼、衬 管、套管多种完井方式。其管柱结构为:锥管挂+双公 +油管+扶正器+喷枪+扶正器+油管+扶正器+喷 枪+单向阀+筛管+引鞋,如图1所示。配套形成了 “水力喷射压裂井下工具、水力喷射压裂液控制技术、水 力喷射压裂环空压力控制技术”关键技术。该技术在 XS311H井成功压裂3段,总加砂量100m3,压后获天 然气无阻流量16.1×104 m3/d,增产效果均十分显著。 (2)套管封隔器分段压裂工艺。套管封隔器水平井 分段压裂技术是在借鉴直井多层压裂成熟技术的基础 87                     西部探矿工程               2011年第8期 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 图1 不动管柱滑套水力喷射分段压裂工艺示意图 上,针对川西水平井的特点,研发的国产化水平井分段 压裂技术。该技术适用于套管完井,其工艺原理是利用 HY241封隔器对水平井段机械分隔实现分段,具有不 动管柱多级压裂施工、分段隔离针对性好的优点。管柱 结构为:引鞋+割缝喷砂管+座封球座+油管+接球 座+扶正器+HY241封隔器+水力锚+扶正器+滑套 喷砂器+油管+安全接头+油管+双公+锥管挂,如图 2所示,形成了“确保压裂管柱顺利入井、确保球在水平 段顺利到位、确保喷砂滑套有效打开”等一系列配套技 术措施,确保压裂管柱顺利入井和压裂施工的顺利进 行。该技术成功应用于XS21-3H井,120m3陶粒三段 压裂,压后产量3.98×104 m3/d。 图2 套管封隔器分段压裂管柱示意图 3.2 水平井钻井工艺技术 3.2.1 水平井井眼轨迹控制技术应用研究 (1)水平井轨迹方位设计:对于需压裂改造投产的 致密砂岩气藏,水平井水平段钻井方位选择很重要。从 致密砂岩气藏的软件模拟与生产结果来看,通常横向裂 缝是水平井改造储层的最有效方式。与纵向裂缝系统 相比,横向裂缝与储层的接触面积更大,从而获得最大 的油气泄流面积。因此要求水平井井筒方向与最小主 应力方向一致(即垂直于最大主应力),有利于压裂产生 横向裂缝,增大油气泄流面积[2]。针对新场沙溪庙、马 井蓬莱镇、洛带遂宁组,根据地应力研究结果,分别要求 水平井井眼轨迹方向为 NE40°~NE50°、NE20°~ NE40°、NE5°~NE45°,以形成横向裂缝获得最佳增产 效果。 (2)轨迹控制技术:为满足地质要求,水平井剖面选 择为“直-增-增-平”双增剖面。针对不同的井段采 用不同的工具和工艺措施保证井眼轨迹控制的成功:直 井段以复合钻井为主,提高机械钻速,采用电子单(多) 点,节约钻井成本。造斜段以单弯螺杆+PDC复合钻 井为主,使用有线随钻或国产 MWD,实施监测轨迹数 据并确保防碰。水平井段采用导向钻井,通过滑动、复 合钻井方式并适当调整钻井参数来控制造斜率等轨迹 参数。监测工具以 MWD为主,薄储层或存在砂体歼 灭的马井蓬莱镇组宜采用LWD。目前能实现水平井顺 利中靶和最大限度地穿越储层。水平井中靶率100%, A靶点纵向上偏差在2m以内,B靶点纵向上偏差2.5m 以内。 3.2.2 井身结构优化设计 井身结构设计的根本出发点是满足压裂和生产需 要,同时兼顾降低钻井成本、缩短钻井周期,采用二开井 身结构。钻头程序:311.2mm+215.9mm。套管 程序:244.5mm×10.03mmN80+139.7mm× 7.72mmP110。 3.2.3 钻井液 正电胶钻井液体系有极强的剪切稀释特性,具有强 携岩能力,能有效防止井中钻屑床的形成,具有较低的 储层伤害率。川西中浅层致密气藏采用正电胶钻井液 体系,其基本配方为:上部井浆 +0.2% ~0.4% MMH+3%~4%FT-342+2%~3%SMC+2%~ 4%SMP-1+0.2%~0.3%SP-80+0.2%OP-10+ 8%~10%原油+1%~3%RH220+3%~4%RH102 +2%~3%聚合醇(浊点40°~60°)+3%~4%LF-1。 取得较好的应用效果,斜井段和水平段井壁都较稳定, 井径扩大率同比缩小了16.75%(表3)。 表3 井壁稳定效果情况表 井号 钻井液 井径扩大率(%) 备注 XS2H 两性离子聚磺 14.82 非试验井 XS311H 两性离子聚磺 14.55 非试验井 XS21-1H 正电胶聚磺混油 14.5 试验井 XS23-1H 正电胶聚磺混油 11.1 试验井 XS21-3H 正电胶聚磺混油 11.09 试验井 972011年第8期               西部探矿工程                      Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 3.3 完井工艺 3.3.1 完井方式和完井参数 川西中浅层致密气藏完井方式主要考虑与分段压 裂配套。封隔器分段压裂工艺对完井方式的要求较高, 必须采用射孔完井;水力喷射分段压裂工艺对完井方式 的要求最低,几乎可以适用于所有的完井方式,但考虑 到水力喷射工具昂贵,在裸眼水平段进行压裂施工时存 在被掩埋的风险,因此不推荐在裸眼井中使用;而射孔 完井比衬管完井不仅增加固井的工序和费用,还污染水 平段,因此需实施水力喷射的水平井推荐采用衬管完 井。综上所述,对于水力喷射压裂工艺的井采用衬管完 井,对于需封隔器分段压裂的井采用射孔完井。 (1)衬管完井参数:储层稳定不出砂,选择打孔衬管 以增大渗流通道,采用孔眼直径20mm、孔密16~20 孔/m,均匀交错布孔。 (2)射孔完井参数:为配合后期分段压裂,采用2m 小井段集中射孔,以减小或防止压裂施工中出现多裂缝 的情况而导致过度滤失、缝宽变窄、砂堵等后果;采用 180°定向射孔,孔密20孔/m,可降低施工摩阻和破裂 压力。 3.3.2 完井管柱 (1)射孔管柱:目前形成2套射孔管柱,对于常规水 平井采用锥管挂+双公+油管+定位短节+油管+定 位短节+油管+筛管+压力延时起爆器+安全枪+射 孔枪+压力延时起爆器+滚珠枪尾,如图3所示。采用 内定向射孔枪、牙嵌式防退扣装置和滚珠枪尾,保证射 孔枪有效定向、射孔管柱安全下入、长井段射孔一次性 成功。该技术在XS1H 成功应用,一次性射开267m, 发射率100%。 图3 常规射孔管柱结构示意图 对于井筒不完整不能满足加压条件的水平井,采用 带压力开孔起爆器的射孔管柱,管柱结构:锥管挂+双 公+油管+定位短节+油管+定位短节+压力开孔起 爆器+射孔枪+增压装置+筛管+油管+筛管+压力 起爆器+增压装置+筛管+油管+筛管+压力起爆器 +射孔枪+增压装置+筛管+油管+筛管+压力起爆 器+增压装置+筛管+油管+筛管+压力起爆器+射 孔枪+滚珠枪尾(图4)。采取分段点火方式,保证整个 系统完全起爆。传爆方式采用内定向式弹架、旋转护 管、伸缩式传爆管结构,使弹架系统轴线定位准确,接头 间传爆管距离和对中心可控,上下导爆索的爆轰和能量 传递全部在该装置内进行。既保证了上下两支枪传爆 管之间的同轴性,又能有效控制传爆距离,确保可靠传 爆,保证射孔发射率。 图4 带压力开孔起爆器的射孔管柱示意图   (2)完井管柱:已开发水平井证实川西水平井普遍 自然产能低,需要通过改造获产,因此川西水平井以增 产措施管柱作为完井管柱。针对水平井全角变化大,管 柱下入摩阻大等难点,研究形成了以井下工具通过能力 计算、防卡措施和防磨损措施为关键的顺利下入管柱技 术,保证了XS2H 井带外径197.5mm、长度10m的大 尺寸封隔器管柱顺利下入。 4 结论 (1)川西中浅层致密气藏水平井试验表明:气体、泥 浆、欠平衡钻井方式,裸眼、衬管、套管完井方式对产能 影响不大,自然产能低。酸化效果不理想,分段压裂增 产效果明显。显示出川西气田中浅层气藏水平井水力 加砂压裂的巨大潜力,为水平井的压裂开发投产展示了 广阔前景。水平井开发致密气藏必须通过分段压裂建 产。 (2)川西中浅层致密气藏地层压力高,为避免压井 对储层的伤害,应选择不动管柱分段压裂工艺。在国内 外水平井压裂工艺调研、创新研究及现场试验的基础 上,形成了适合于川西的国产化的不动管柱滑套水力喷 射分段压裂工艺和 HY241套管封隔器分段压裂工艺。 (3)水平井开发川西中浅层致密气藏,应以分段压 裂为核心,配套相应的钻完井工艺。其总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 为“常 规钻井+衬管完井+不动管柱水力喷射分段压裂”和 (下转第83页) 08                     西部探矿工程               2011年第8期 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 0.65%~2.51%,CO2含量1%±,H2S腐蚀分压达 0.62~2.38MPa,CO2腐蚀分压约0.1MPa。嘉二水平 段钻井漏失泥浆量约1100m3,该井采用衬管完井。 图1 井身结构 表1 管柱结构数据表 序号 名称 规格 下深(m) 1 油管挂 2 双公短节 3 油管 3-1/2″ 3306.94 4 RD循环阀 5″ 4300.48 5 OMNI阀 5″ 4306.93 6 单向阀 5″ 4309.80 7 压力计托筒 5″ 4312.57 8 RD循环阀 5″ 4313.66 9 液压旁通 5″ 4315.77 10 RTTS安全接头 5″ 4316.94 11 油管 3-1/2″ 4327.52 12 RTTS封隔器 7″ 4329.89 13 油管 3-1/2″ 4432.10 14 筛管 3-1/2″ 4434.01   考虑该井采用变孔密筛管完井,该完井方法有助于 实现均匀布酸的目的,后续储层改造考虑采用高温转向 酸酸化施工,针对该井的实际情况,设计采用单向阀作 为主要压井通道,预留环空吊罐堵漏通道下 RD循环 阀,封隔器座封位置 4330m±,采用 88.9mm× 9.52mm110SS+88.9mm×6.45mm110SS油管组 合,管柱底界4430m±,管柱结构见表1。 为防止替浆过程中泥浆沉淀堵塞 OMNI阀,封隔 器座封后,采用CMC溶液3m3+清水13m3进行替浆, 控制CMC溶液液面底界距离OMNI阀375m;通过计 算不同粒径岩屑的临界携砂流量,并根据临界携砂流量 计算不同粒径岩屑在不同井口压力下对应的最小油嘴, 结合现场施工情况,放喷过程中井口油压0~20MPa, 采用4mm油嘴控制,井口油压大于20MPa以后,采用 6~8mm油嘴放喷,同时地面伴注清水,地面流程未发 生明显的冲蚀损害;通过优化设计压井施工参数和泵注 浆柱结构,施工控制泵压小于23MPa,连续泵注密度 2.25g/cm3的 领 浆 30m3 + 堵 漏 浆 20m3 + 密 度 2.25g/cm3的泥浆进行压井,确保了该井压井顺利施 工。该井替喷测试获天然气无阻流量90×104 m3/d,测 试过程安全顺利,说明该井管柱结构、井下工具组合、地 面流程及施工工艺参数设计合理。 5 结论 (1)川东北高含硫气藏水平井压井堵漏难度大,通 过国内首次引入单向阀井下工具,为深层高压气藏水平 井压井堵漏提供了新的技术手段,形成了多功能压井 APR测试管柱结构。 (2)针对川东北高含硫气藏第一口水平井测试的系 列难点,通过施工工艺及参数的优化设计,形成了高含 硫气藏水平井测试工艺技术体系,并在河嘉203H井获 得成功应用,为川东北类似气藏的勘探开发提供了可供 借鉴的成功经验。 参考文献: [1] 马丽勤.水平井测试技术的研究与推广[J].油气井测试, 2009:18(3):47-49. [2] 刘华强,罗邦林.高含硫气田水平井试井工艺技术[J].天 然气工业,2005:25(8):97-99. [3] 乔智国.四川省通江县通南巴构造 HJ203H井完井测试方 案设计[R] 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 . (上接第80页) “常规钻井+射孔完井+Y241封隔器分段压裂”。水平 井井眼轨迹控制技术、井身结构设计、钻井液优化、完井 方式和完井参数、完井管柱应与分段压裂工艺配套,以 达到高效开发水平井的目的。 参考文献: [1] 杨洪志,陈有莲.气藏水平井开发适应条件探讨[J].天然 气工业,2005,25(增刊A). [2] 陈作,王振.水平井分段压裂工艺技术现状及展望[J].天 然气工业,2007,27(9). 382011年第8期               西部探矿工程                     
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