連續(xù)油管技術促進水平井開發(fā)
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[時間:2010-06-01 《石油與裝備》 關注度:0]
摘要: 連續(xù)油管技術應用于油氣開發(fā)已經(jīng)有半個多世紀，近些年在國內(nèi)外都呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢。截止2009年1月，世界上有連續(xù)油管作業(yè)機1700多臺，而國內(nèi)連續(xù)油管作業(yè)機在2006年僅約30臺，到2009年才到達50臺。近兩年，我國有多家單位開始研制...
連續(xù)油管技術應用于油氣開發(fā)已經(jīng)有半個多世紀，近些年在國內(nèi)外都呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢。截止2009年1月，世界上有連續(xù)油管作業(yè)機1700多臺，而國內(nèi)連續(xù)油管作業(yè)機在2006年僅約30臺，到2009年才到達50臺。近兩年，我國有多家單位開始研制、生產(chǎn)連續(xù)油管作業(yè)機或部件。
連續(xù)油管作業(yè)
的優(yōu)勢和特點
作業(yè)速度快和運行經(jīng)濟性是采用連續(xù)油管技術的最突出優(yōu)點。與鉆機修井機相比，連續(xù)油管作業(yè)機尺寸小，運移快、安裝就位方便。更具體地說，連續(xù)油管作業(yè)技術具有以下優(yōu)點：作業(yè)安全、高效；運移、就位、井場準備快；帶壓作業(yè)；減少起下管柱時間；對環(huán)境影響�。滑F(xiàn)場占用人員少；運行費用相對低。
連續(xù)油管早期應用主要是圍繞著流體循環(huán)/驅(qū)替開展，當前連續(xù)油管作業(yè)技術隨著連續(xù)油管作業(yè)機及相關配套設備的發(fā)展已經(jīng)應用于鉆井、修井、試油、采油、增產(chǎn)、完井等領域，其作業(yè)特點主要有：
一、油井不停產(chǎn)作業(yè)：壓力控制設備可以使連續(xù)油管在帶壓工況下安全應用。二、高壓管道：連續(xù)油管串為流體循環(huán)，進、出井眼提供了一個高壓通道。另外，通過連續(xù)油管串可以操作水力工具或通過流體泵提供井下動力。三、不間斷循環(huán)：在連續(xù)油管串被下入井下或從井下抽出的情況下，流體仍可以不間斷地泵入井下。四、剛性和強度：連續(xù)油管串的剛性和強度使得工具和設備，以及連續(xù)油管串本身能被推入和拉出大斜度井和水平井。五、安裝導線和管道：電導線或液壓管路可以被安裝在連續(xù)油管串中，終止于連續(xù)油管卷筒處，作業(yè)控制和動力功能可以安裝在井下工具組合與地面裝備之間。
水平井采油工程
應用技術及工具
水平井技術是油田有效開發(fā)的方法之一，在過去20年來，水平井鉆井技術取得了長足的進步，目前的鉆井技術可以比較容易地實現(xiàn)在薄油層中鉆上千米的水平段。然而，水平井完井技術在這些年的發(fā)展卻不理想，這在一定程度上限制了水平井的發(fā)展。水平井增產(chǎn)改造或井下作業(yè)是一項難度非常大的工作，特別是在有長水平井段的水平井中進行一些井下作業(yè)（如酸化、壓裂、測井和油層分段）時，采用傳統(tǒng)的連接油管作業(yè)技術，作業(yè)費用高、周期長、風險大，而采用當前較先進的連續(xù)油管作業(yè)技術可取得相當不錯的效果。
從總體上來說，當前連續(xù)油管用于洗井、注氮和注酸的作業(yè)量占連續(xù)油管總作業(yè)量的75%，近幾年連續(xù)油管用于壓裂、鉆井作業(yè)量迅猛發(fā)展，已達到總作業(yè)量的15%。由此可見，隨著石油開采量的加大及石油開發(fā)技術的發(fā)展，近年來連續(xù)油管作業(yè)已向多樣化發(fā)展。在水平井中，可利用連續(xù)油管進行包括沖砂洗井、酸化、壓裂、清蠟、擠注水泥、氣舉、打撈、鉆塞、分層注采等許多作業(yè)，其中，沖砂洗井、酸化、壓裂等連續(xù)油管泵壓作業(yè)是連續(xù)油管在水平井作業(yè)中的主要方面。下面分別介紹幾個連續(xù)油管在水平井中的應用。
連續(xù)油管水平井壓裂技術及工具 對于位于厚砂巖地層的水平井，為了提高其波及率，必須進行大量的水力壓裂作業(yè)。在水平井中進行多段壓裂、長段壓裂可減少非生產(chǎn)時間，提高壓裂作業(yè)效率。在上世紀90年代后期發(fā)展起來的一種叫做水力噴射輔助壓裂的水力噴射工藝應用于水平井，尤其是裸眼水平井壓裂效果非常好。采用水力噴射輔助壓裂技術能大大減少非生產(chǎn)時間，如曾在一口水平井上僅用2個白天的時間完成了20段壓裂。采用水力噴射射孔和水力噴射輔助壓裂相結合的工藝技術，還可以避免起下管柱的工作。美國德克薩斯州南部的一口側鉆分支為3 1/2”篩管完井的水平井成功地運用1 3/4”連續(xù)油管及水力噴射工具完成了4段壓裂作業(yè)，如圖1、圖2。
連續(xù)油管水平井酸化工藝技術及工具 當油藏地層密實，并在鉆完井過程中受到一定損害，就有必要進行酸化處理，來改善油藏的注入性，增加油藏壓力。酸化處理中，對水平井注酸要求均勻，傳統(tǒng)的連接油管作業(yè)技術和連續(xù)油管作業(yè)技術都很難進入長段水平井實施注酸作業(yè)。運用連續(xù)油管作業(yè)技術時，通過選用大外徑連續(xù)油管、加裝井下振動工具和涂抹減摩化學劑等都能有助于連續(xù)油管下入長段水平井中。國外開發(fā)了一種連續(xù)油管牽引器（圖3），實現(xiàn)了牽動連續(xù)油管及其工具組合更深地進入裸眼水平井，這種連續(xù)油管牽引器能使連續(xù)油管普遍多進入水平井54%的距離，大大地改善了酸化效果。
連續(xù)油管水平井控水技術及工具 出水是水平井面臨的一個非常嚴重的問題，水平井出水往往會導致整個水平井被淹。水平井機械堵水是用封隔器以及配套的控制工具封堵或隔開出水段，阻止水流入井內(nèi)。國外某油田運用連續(xù)油管將帶可膨脹式橋塞和水泥承轉(zhuǎn)器工具組合下入到出水的水平井段，并在兩者之間擠注水泥，凝固后實現(xiàn)封堵水漏失和防水竄。通過這種方法，成功地對3口井實施了出水段的封堵。
最近，中國石油勘探開發(fā)研究院采油采氣裝備所配合冀東油田采油院為冀東油田控水項目，配套研制的連續(xù)油管井下控制工具成功地進行了水平井控水開關閥的開關控制作業(yè)，這種應用在國內(nèi)外尚屬首次，為國內(nèi)連續(xù)油管應用探索了新的領域。冀東油田G104-5P79是一口水平井，出水嚴重，具體出水位置不能確定，研究決定對其進行找堵水作業(yè)，設計找堵水管柱見圖4，通過開關閥可找出水平井出水位置并關斷出水段，井下開關閥用連接在連續(xù)油管上的控制開關打開或關閉，連續(xù)油管井下控制工具組合示意圖如圖5。2009年6月，運用該工具組合成功地實現(xiàn)了2次對井下開關閥的開關控制。
下入多分支井作業(yè) 多分支井是最高效的低成本油藏開發(fā)方式，如今，許多油田的開發(fā)都設計有多分支井。多分支井短期內(nèi)產(chǎn)油效率非常高，但經(jīng)過長期采油，隨著油井產(chǎn)量的下降和出水量的增加，必須要對油井進行增產(chǎn)改造、生產(chǎn)測井和堵水等作業(yè)。通常的改造方法要使用鉆機或修井機取出完井工具，然后用帶彎管的油管串導向把工具下入目的分支。然而，這種作業(yè)有鉆機或修井機成本高、修井作業(yè)時間長、鉆機或修井機應用不充分、作業(yè)本身存在風險、地層可能損害等缺點，造成鉆機或修井機修井成本高。用連續(xù)油管可實現(xiàn)過油管作業(yè)，比連接油管作業(yè)的方式方便而且便宜。但由于連續(xù)油管沒有導向能力，采用連續(xù)油管連接工具作業(yè)，進入裸眼分支井、水平井分支井都需要導向系統(tǒng)。國外針對這種工況研制了一種可靠而經(jīng)濟的連續(xù)油管多分支井進入系統(tǒng)（見圖6），該系統(tǒng)上沒有電子遙感技術，而是通過液力來實現(xiàn)導向控制，它不但可以應用到任何連續(xù)油管上，也可應用到油管串上。
連續(xù)油管的沖砂、洗井、清蠟作業(yè) 連續(xù)油管用于洗井的作業(yè)量占連續(xù)油管總作業(yè)量的30%～50%，前幾年連續(xù)油管用于洗井作業(yè)的比例甚至占到50％以上。連續(xù)油管用于洗井、清蠟作業(yè)工藝比較簡單，目前國內(nèi)作業(yè)也以這兩種作業(yè)方式為主。
國外在1995年已經(jīng)應用一種同心連續(xù)油管連接井下噴射泵的技術，用于清洗水平井井壁上附著的鉆井泥漿和水平井出砂形成的砂橋、沙堆。水平井井壁附著泥漿和水平井大量出砂都會使油井產(chǎn)量大大降低，國外采用的同心連續(xù)油管井下負壓水力清洗方法能有效去除井壁泥漿和井底的堆積砂，該方法已被全世界許多油田廣泛應用并證明是清洗低井下壓力井眼的有效方法。典型的同心連續(xù)油管清洗系統(tǒng)循環(huán)流程圖見圖7，負壓水力清洗工具串及清洗工藝示意圖見圖8，噴射泵工作原理見圖9。
連續(xù)油管用稠油SAGD開采 水平井蒸汽輔助重力泄油（steam assisted gravity drainage，SAGD）的基本機理是以蒸汽作為加熱介質(zhì)，在熱傳導與流體熱對流作用下加熱油層，依靠瀝青及凝析液的重力作用開采稠油。它主要有兩種不同的應用方式：一種是平行水平井方式，即在靠近油藏的底部鉆一對上下平行的水平井，上面水平井注氣，下面水平井采油，這種方式最為廣泛（圖10）；另一種是水平井與垂直井組合方式，垂直井注汽，水平井采油。SAGD工藝方法的一種變異工藝是采用單個水平井筒，既注蒸汽又采油，即單井蒸汽輔助重力泄油(Single well SAGD， SW—SAGD)。該技術是將一根經(jīng)過絕熱處理的同心隔熱連續(xù)油管(Isolated Concentric Coiled Tubing， ICCT)下在套管中，將蒸汽注入到水平井段的最端部，蒸汽加熱井筒四周地層，并且?guī)椭患訜嵩托谷氲骄才c油管的環(huán)空中，然后被加熱的原油按照重力泄油的機理被驅(qū)替到水平井段的造斜點處，由安裝在那里的抽油泵將其連同蒸汽凝析液一起泵抽到地面（圖11）。
這套工藝是ELAN能源公司最先開發(fā)的，據(jù)報道，單井蒸汽輔助重力驅(qū)早期原油產(chǎn)量要比雙井高好幾倍。目前SW—SAGD這一工藝技術正越來越受到各石油公司的重視。因為SW—SAGD具有比SAGD更明顯的優(yōu)勢：適用油層更薄，厚度范圍為5～20m，比成對水平井SAGD適用性更強；用單井代替成對井，鉆井軌跡容易控制，鉆井成本低；垂直段和水平段全部隔熱，熱損失小，熱效率高；重力作用穩(wěn)定，被加熱的原油直接進入井筒。這項技術的關鍵是ICCT的發(fā)明和使用，ICCT最早是由加拿大NOWSCO油井服務公司發(fā)明并制造的。它是在同心連續(xù)油管環(huán)空充滿珍珠巖隔熱層，內(nèi)外連續(xù)油管間由扶正器保持環(huán)空等距。
大力推動
水平井應用力度
當前，我國東部老油田增產(chǎn)挖潛、低滲透油藏、稠油油藏的開發(fā)會進一步促進國內(nèi)水平井加大規(guī)模應用，隨著水平井數(shù)量的不斷增加，今后水平井增產(chǎn)改造及修井作業(yè)量必然會相應增加。國外連續(xù)油管在水平井酸化、壓裂、清砂洗井、堵水、稠油開采方面的應用技術非常先進，值得國內(nèi)認真學習和借鑒，以滿足與日俱增的水平井增產(chǎn)改造及修井作業(yè)需要。
因此，應充分發(fā)揮連續(xù)油管技術優(yōu)勢，認真研究連續(xù)油管工藝技術和配套完善相應作業(yè)工具裝備，推動連續(xù)油管作業(yè)技術在水平井中的應用，使連續(xù)油管技術促進中國石油油氣穩(wěn)定增產(chǎn)。建議國內(nèi)研究單位加大力度進行連續(xù)油管作業(yè)技術在水平井采油工程領域的研究工作，上級主管部門及行業(yè)協(xié)會組織相關人員加強連續(xù)油管技術培訓和交流工作。
發(fā)布信息
