水力喷射钻孔技术在稠油低渗区块的应用

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sb198908240015
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  摘要:描述了高3624块构造特征和存在问题,制定技术路线。阐述了水力喷射钻孔技术原理、结构和施工工艺要求,给出了水力喷射钻孔适用条件。试验表明,在稠油低渗区块使用水力喷射钻孔技术,降低油井注汽压力,提高注汽质量,改善了油井开发效果;根据高3624块黏土含量高的特点,在钻孔后进行酸化解堵,同时配套防膨措施,采用钻孔与酸化解堵、防膨注汽及注入驱油剂等技术相结合,增加地层导流能力,提高原油的流动性,提高蒸汽吞吐效果,应用前景广阔。
  关键词:块构造特征;水力喷射钻孔技术;应用
  中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
  高升油田稠油低渗区块由于油藏埋藏深、储层及原油物性差、粘土含量高,在注蒸汽见到明显增油效果的同时,也出现了因蒸汽的注入使储层粘土矿物转化、原油重质成分滞留导致储层伤害的问题。致使蒸汽吞吐时注汽困难,转抽后油井供液能力差,回采能力弱。其中高3624块注汽压力高的油井达到15口,占总井数的56%,从而迫使部分低产井关井或改为捞油生产,导致储量动用程度低,开发效果不理想。而常规压裂、酸化技术虽在个别井中见到了效果,但大部分井在措施后效果不明显,导致区块储量动用程度低,开发效果不理想。因此,为了降低油井注汽压力,提高注汽质量,达到蒸汽吞吐效果的目的,2011年开展了水力钻孔技术的研究与应用。
  1区块概况及存在问题
  1.1 区块概况
  高3624块构造上处于辽河西部凹陷西斜坡北端高升油田莲花油层鼻状构造北端,油层埋深1600-1850m,含油面积1.5Km2,地质储量767×104t。该块于1987年投入开发,主要开发层系为下第三系沙河街组三段莲花油层Ⅴ、Ⅵ砂岩组。目前高3624块共有采油井35口,油井开井27口,区块日产油78t,平均单井日产液5.4t,日产油2.9t,采油速度0.34%,综合含水59.93%,年产油0.7501×104t,累积产油31.1529×104t,累积产水14.7122×104t,采出程度3.97%,自然遞减率17.89%,综合递减率-0.89%。
  1.2 存在问题
  1.2.1储层物性差,渗流能力弱
  高3624块油层埋深1600-1850m,储层岩性以砂砾岩为主,胶结疏松。储层物性差,渗流能力弱。储层平均孔隙度13%,平均渗透率300×10-3μm2。加之储层粘土矿物含量高,且主要以蒙脱石为主,蒙脱石遇水有极强的膨胀性,遇水后体积可膨胀增大几十倍或上百倍,对储层的伤害极大,进一步降低了储层渗流能力。
  1.2.2蒸汽注入困难,吞吐效果差
  高3624块自1988年8月进行蒸汽吞吐采油,至1998年9月蒸汽吞吐有效期结束,共吞吐32口井,其中动用高压锅炉进行高压注汽18口井,共计96井次,平均单井吞吐轮次3轮。区块仍有注汽压力高的油井达15口,占总开井数的56%,平均注汽压力高达19.8MPa,注汽干度8.6%,平均周期产油仅为303t。其中,有6口井蒸汽吞吐后不出。主要是蒸汽吞吐注汽压力高、注入困难、吞吐效果差。鉴于此情况,2003年12月此类井全部转为捞油生产。
  1.2.3 常规措施效果差,油井产能低
  高3624块自投入开发以来,进行了常规压裂、酸化等油层改造增产措施,配合高压注汽,一定程度上提高了区块的开发效率,但措施效果均不理想。高3624块常规压裂26井次,措施后有效19井次。注汽质量差,注汽困难;常规酸化共计10井次,措施后仅有3井次改善了注汽质量。措施整体有效率仅为30%。至2009年底,区块因低产关井16口,捞油井10口,整体处于低速开发。针对上述问题,2012年在高3624块开展了水力喷射钻孔技术的应用。
  2技术路线
  为保证对区域储量的有效控制,提高措施效果,从油藏实际出发,通过系统分析,制定技术路线。
  (1)结合油井测井曲线、平面及纵向上储层分布、含油饱和度等情况,并结合周围同层位油井生产状况,选取物性及含油性较好的方位,同时对措施井的钻孔深度、钻孔方位等进行优化,尽量确保钻孔长度达到100m;
  (2)针对目的层黏土含量高的问题,钻孔工作液选取3%KCl溶液,并在钻孔结束后进行酸化解堵、防膨注汽及注入驱油剂等措施,进一步提高原油的流动性,改善蒸汽吞吐效果的。
  3水力喷射钻孔技术
  3.1技术原理
  水力喷射钻孔技术是基于水动力学的动量-冲量定律实现,当高压流体通过喷嘴时,液流的压强被喷嘴转换为动量,以高速射流射出,冲击目的物。此时,动量在瞬间被转换为冲量,在冲击力作用下底层岩石被剥蚀破损。该技术是一种径向侧钻微小水平孔新技术,采用自进水力喷射钻头,利用软管送进并控制轨迹,以高压水射流喷射钻孔的方式在油层与井筒间形成清洁孔道,实现百米穿越。
  3.2水力喷射钻孔工具组成
  水力喷射钻孔工具主要由造斜器、喷嘴及配套工具等组成。
  3.2.1造斜器总成
  造斜器总成的主要功能是帮助定位所要喷射钻孔的油层位置,确定需要喷射钻孔的方位。另外还有一个重要的功能,就是给所下的工具,无论是开窗钻头、还是喷射喷头和软管,起到了导向作用。其次对于校深、陀螺仪定方位时,也起到了导向和定位作用。其主要结构由造斜器、扶正器、导向笔尖等组成。
  3.2.2 喷射头和推进器
  喷射头和推进器是该工艺最重要的工具,也是整个施工的主体工具。喷射头和推进器采用一体化设计,结构精巧,功能协调,实现了前端喷射头破岩钻进,后端克服软管摩阻,喷射头破岩石时的反作用力拖动软管前进。喷射头的周向三等分发散型布喷射孔,使得破岩效率更快,不但实现了高效破岩的目的,也很好的清理了岩石表面。推进器不但起到推进喷射头作用,同时也清理并扩大了岩石孔道,使岩石孔道畅通。见图1和图2。
  
  
  图1喷射头 图2推进器
  3.2.3 配套工具
  (1)高输出扭矩马达。高输出扭矩马达主要是在对套管开窗时,给井下钻头提供旋转动力。它具有直径小、长度短、输出扭矩高、速度快的优点,可加快开窗速度。
  (2)万向轴节。万向轴节主要是连接马达与开窗钻头,将马达输出的扭矩由垂直方向在很小的曲率半径情形下转变为水平方向,也就是由沿套管轴向上的扭矩转化为沿套管径向上的扭矩,从而实现垂直管柱旋转而水平钻进。其中间为多节万向节相连,一端为丝扣,另一端为钻头固定相匹配的结构。
  (3)开窗/水泥环钻头。开窗/水泥环钻头的结构简单,强度高,切削性能好。它的一端为一钝角钻头,另一端为一平直面,本体带有销子固定孔,能与万向轴节相连接固定。
  (4)喷射软管。喷射软管承压高,柔韧性能好,通过它能很好的实现从油管经过造斜器进入开窗孔道,并且将高压液体输送到喷射头,实现喷射钻孔过程。其它工具还有磁定位仪、陀螺仪、听诊器等辅助工具。
  3.3水力喷射钻孔系统主要技术参数
  高压泵: 井口工作压力:55 MPa;额定流量:19L/min。适用井况:5.5″或7″套管井;最大井深:3000m;最高温度:120℃。钻孔参数:穿透深度:100m;成孔孔径:20-50mm
  3.4施工工艺
  3.4.磁定位测井校深
  磁定位测井是应用电磁感应原理,用来测井中套管、套管接箍的位置,解释套管、套管接箍的实际井深,为测量提供依据。自然伽马测井是利用莹光物质的闪烁现象来记录核辐射的一种测井方法。首先通过磁定位测井曲线确定油管短接的位置,再与自然伽马曲线进行比对,观察曲线走向,当走向相同时,则以这一点的位置对工具深度校正,见图3(a)、(b)。
  
  
  图3(a)电测解释曲线 图3(b) 自然伽马曲线
  3.4.2方位角确定
  方位角的确定是通过DCX-3定方位射孔陀螺测斜仪完成,它由定方位射孔测井系统软件、笔记本电脑、便携式计算机测控箱和井下探测仪器四部分组成,便携式地面系统与井下探测仪通过单芯铠装测井电缆相连。便携式计算机测控箱为井下探测仪器提供电源,完成对井下仪器的实时控制和数据采集,结合定方位射孔测井系统软件,实现对钻孔方位的确定,并通过旋转油管调整方位角。井下探测仪主要由减震器、传感器舱、电路舱、马笼头等几部分组成,与便携式地面系统一起完成定方位射孔测井,见图4和图5。
  
  
  图4井下探测仪总成图5DCX系列定方位射孔测斜系统界面
  3.4.3开窗和钻水泥环
  将钻头与万向轴节相连,并随连续油管通过导向器对准钻孔位置,通过液压马达带动万向轴,实施开窗和钻水泥环。液压马达具有直径小、长度短、输出扭矩高、速度快的优点,可加快开窗和钻水泥环的速度。
  3.4.4喷射钻孔
  進行喷射钻孔时将喷射喷头连接高压软管用连续油管送入井内,通过导向器顺利的进入已开好的孔眼内,用高压水喷射岩石实现破岩钻进,同时推进喷嘴向前钻进,返出的水将喷射下来的岩石碎屑携带出喷钻的孔眼。为保证施工顺利进行及实施效果,对施工喷射压力、排量、喷射速度等参数进行了优化设计,施工过程中避免了地层坍塌、卡钻等异外事故的发生。开窗压力<17MPa,喷射钻孔压力<55MPa;开窗排量<35L/min;喷射钻孔<45L/min;喷射速度<1m/min。
  3.5水力喷射钻孔适用条件
  适合条件:岩性适合碳酸盐岩、砂岩;不适合变质石英岩。井型适合直井、定向井;不适合水平井、大斜度井;井斜适合<20°;不适合>20°。井深适合<3000m,不适合>3500m;井筒温度适合<110℃,不适合>120℃;单层厚度适合>3m,不适合<2m;施工目的沟通裂缝、扩大泄油半径。
  4试验井情况
  高3-6-021井位于高3624块南部,岩性为砂砾岩,原油物性为普通稠油,50℃脱气粘度在3150~4000mPa·s,凝固点为8~20℃ 。原始地层压力17.5MPa(油中1800m),目前地层压力10MPa,地层温度56℃。该井1987年8月投产,井段1731.0-1776.0m低产,初期日产0.3t,仅生产1天后不出,1988年11月对井段1731.0-1776.0m补孔,仍低产关井,1997年4月和10月进行二次压裂,未取得增油效果。2001年3月至2007年3月捞油,2007年5月至2007年10月笼统注汽3轮,酸化一次,均无明显效果,2007年11月以来捞油,截止目前累产油0.2047×104t,累产水0.1737×104m3。
  4.1应用效果
  (1)实施情况。高3-6-021井2012年9月22日进行水力喷射钻孔作业,共钻9个孔,之后进行酸化解堵及防膨注汽。2012年10月12日转抽后,油井最高日产液23.6t,最高日产油9t;平均日增油达到6.5t,取得到了较好的措施效果。
  (2)效果分析。高3-6-021井目前为捞油井,开采层位为L5+6,累计产油0.2047×104t,累产水0.1737×104m3。通过对该井的岩性分析、测井曲线、压力测试等研究,综合考虑周围油井的生产情况,优选L5层位实施水力喷射钻孔,在纵向上设计了9个孔,钻孔方向为高3-6-0215和高3-6-0205二个高产井方向。高3-6-021井于2012年9月实施水力喷射钻孔,从施工参数看,每个孔实际喷射位置与设计位置误差均在5m以内,实际钻孔方位与设计方位误差均在5°以内,实际钻孔长度均达到设计长度,满足了设计要求。针对该井目的层黏土含量高的问题,在进行水利喷射钻孔时,选取3%KCl溶液作为钻孔工作液,并在钻孔结束后进行酸化解堵及防膨注汽。措施后该井注汽质量得到大幅改善,不仅能达到设计注汽量,同时保证蒸汽干度达到75%。2012年10月12日开抽后,平均日增油达到6.5t,措施效果明显,解决了该井注汽困难,转抽后油井供液能力差,回采能力弱的问题。
  4.2应用前景
  通过水力喷射钻孔技术的成功应用,说明该技术能够有效增加地层导流能力,降低油井注汽压力,改善蒸汽吞吐效果。目前高升油区高3624块以及类似区块注汽压力高,注汽质量差,吞吐后不出的油井共有53口,两类井占区块总井数的40.2%。通过复查、分析这些井地质、生产资料,具有解堵潜力的井有35口,应用前景广阔。如这些潜力井全部实施解堵后,可以实现日增油150t。
  5 结束语
  (1)水力喷射钻孔技术在高3624块的成功应用,增加了地层导流能力,降低油井注汽压力,提高注汽质量,改善了油井开发效果。
  (2)通过该技术的研究与应用,形成一套适合稠油低渗区块的增产技术,为油田产量的稳定提供了有力技术支持。
  (3)该项技术的成功应用,为其他区块解决类似问题开辟了一条新途径,提供了新的技术手段。
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