水平井、分支井完井技术课件.ppt
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1、水平井、分支井完井技术,提 纲,一、概 述二、水平井完井技术三、分支井完井技术四、水平井、分支井完井技术发展趋势,水平井、分支井都是特殊工艺井,他们相对普通的直井有很大的区别,其最大的是水平井、分支井一口井控制的地层储量差距很大。因此水平井、和分支井成为近年发展很快的技术,特别是近年随着页岩气、低渗透油气藏的开发更让水平井得到更大发展。完井更是发展的重点。,一、概 述,一、概 述,2012年国内外完成水平井1701口,同比增加31.25%。其中国内共完成水平井1351口,同比增加32.71%;国外完成水平井350口,同比增加25.9%。 钻探企业国内共施工完成水平井1112口,占国内1351口
2、总数的82.31%。,我国水平井、分支井实施情况,1701,一、概 述,长庆,辽河,新疆,500口,37.01%,174口,12.88%,190口,14.06%,341口,25.24%,其他油田,长庆油田、吉林油田、新疆油田、辽河油田合计完成水平井1010口,占国内完成1351口总数的74.76。,集团公司国内各油田完成水平井、分支井情况,吉林,146口,10.80%,完成水平井分段改造775口,分段数达到5378段,同比分别多272口和3624段。2012年平均分段6.9段,同比平均多分段3.4段。 裸眼分段:21段 水力喷射分段:21段 连续油管带底封分段:18段 最大加砂量:1798方,
3、一、概 述,一、概 述,水力喷砂射孔分段、裸眼封隔器分段及套管内封隔器滑套分段是目前中石油应用的主体技术,占总数的91.74%。其中自主工具应用占85%。,各种分段改造工艺应用情况,一、概 述,提 纲,一、概 述二、水平井完井技术三、分支井完井技术四、水平井、分支井完井技术发展趋势,完井方式分类,水平井完井方式,裸眼,固井完井,筛管,裸眼完井,裸眼分段改造完井,裸眼直接下筛管完井,带管外封隔器(ECP)的筛管完井,砾石充填完井,非选择性完井裸眼完井全井筛管完井砾石充填完井选择性完井全井注水泥射孔完井套管注水泥和筛管组合完井筛管和筛管外封隔器组合完井套管和套管外封隔器、滑套(可开关)组合完井,1
4、.水平井裸眼完井,优 点:1)成本低;2)储层不受水泥浆伤害;3)使用可膨胀式双封隔器,可以实施生产控制和分隔层段的增产作业;缺 点:1)疏松地层,井眼可能坍塌;2)难以避免层段之间的窜通;3)可选择的增产作业有限,不能进行水压裂力。,单封卡,最多压裂段数为18段;最长水平段为2856m;单井最多用液量为13860.0m3 ;加砂量为1020m3 。,双封卡,2.水平井裸眼分段改造技术,井眼要求,狗腿度:一般不超过10/30m;井斜度:原则上不大于100;井眼直径:控制在153-172mm之间;整体要求井眼规整,井径规则,尽可能少的穿越泥岩段,无大的超过30m的缩径,且无大量滤失泥浆的井段(钻
5、井过程中)。,实现了裸眼水平井分段完井、分段改造采用尾管悬挂器+裸眼封隔器+投球滑套系统实现水平井选择性的分段、隔离工具一次入井实现水平段压裂作业分段压裂、酸化一次完成,减少作业时间,缩短钻机/修井机使用时间不固井、射孔,增加投资回报率,技术特点,施工工艺流程,3.水平井固井完井,国内前期实施的水平井大部分采用固井射孔完井方式,经过攻关、配套和大量的应用,该项技术已趋成熟。,套管固井射孔完井,尾管固井射孔完井,有利于避开夹层水、底水、气顶,可实施水平段分段射孔、试油、注采和进行选择性增产措施。,有利于提高固井质量和保护油气层,在钻水平段过程中采用与油气层相配伍的钻井液,采用近平衡钻井或欠平衡钻
6、井技术,最大限度的降低对油层的污染,保持油井产能。,通过在套管串结构中加入漂浮接箍,利用漂浮接箍与套管鞋中间套管内封闭的空气或低密度钻井液的浮力作用,来减小套管下入过程中井壁对套管的摩阻,以达到套管安全下入的目的。,漂浮固井技术,提高水平井固井质量方法,1)滚轮扶正器,提高套管居中度,2)微失水水泥浆提高水泥环韧性,3)利用水泥环和管外封隔器联合作用实现地层有效隔离,水平井固井压裂改造工艺,机械桥塞分段压裂工艺快钻桥塞分段压裂工艺水力喷射分段压裂工艺,边射孔边压裂,先射孔后压裂,限流压裂工艺多封隔器滑套分段压裂双封单卡压裂工艺,限流压裂技术是通过调整不同层段的射孔孔数和孔径,造成不同的孔眼压差
7、,从而使各层段获得所需的井底压力,以达到对各层段同时处理的目的。,限流分段压裂工艺,多封隔器滑套分段压裂,利用导压喷砂器产生的节流压差使封隔器坐封,压裂液通过喷砂器进入地层,完成目的层压裂,停泵,封隔器胶筒回收,反洗后,上提至第二个目的层进行压裂,如此逐层上提,实现多段压裂。,双封单卡拖动分段压裂工艺管柱耐温:110,耐压:80MPa,单趟管柱压裂最大15段,单趟最大加砂规模160m3(210m3)。,双封单卡压裂工艺,优点:各段之间封隔可靠;可进行分段试油;施工和垂直井常规大规模压力相同,不受井眼方位与最大水平主应力方向限制;能按照设计规模有效控制裂缝等。缺点是施工工序复杂,作业周期长、成本
8、高,一般的水力压裂一口井需要15天左右;对井筒状况要求高,存在卡钻风险。,桥塞封隔分层压裂工艺,泵入式快钻桥塞分段压裂工艺,该技术具有封隔可靠、分段压裂级数不受限制、裂缝位置准确的特点,作为一项新兴的水平井改造级数最近几年来在国外页岩气气藏以及致密气藏开发中得到广泛应用。,1、循环洗井;2、通井;3、第一段射孔;4、按泵注程序进行套管压裂;5、从第二段开始使用电缆泵送,进行下塞,坐封、试压、射孔、提出工具;6、套管压裂;7、反复第5,第6步骤,直到完成所有层;8、连续油管/常规油管/钻杆进行钻塞作业。,施工程序:,泵入式快钻桥塞分段压裂工艺,水力喷射分段压裂工艺,水力喷射分段压裂是集射孔、压裂
9、、隔离一体化的增产措施;无需机械封隔器即可实现分段、分层压裂;准确造缝、有效隔离、一趟管柱多段压裂。,水力喷射分段压裂工艺,下封隔工具试压下通、洗井管柱替泥浆、洗井下水力喷射分段压裂工具射孔压裂第一段投球打滑套射孔压裂第二段投球打滑套射孔压裂第三段投球打滑套射孔压裂第四段投球打滑套直至完成所有压裂任务放喷和排液测试求产。,单流阀+筛管+堵头,第一喷射点,第二喷射点,第三喷射点,第四喷射点,国内成功实施了10级15级分压,不动管柱多级水力喷射压裂工艺,水平井可循环筛管完井技术,膨胀式筛管悬挂器封隔器+卡瓦式一体化悬挂器实现了在筛管串和井筒之间建立循环的独特功能,能够最大限度地提高储层渗透率恢复值
10、,是一项替代传统筛管完井的全新技术,5.管外封隔器完井(ECP),充填式管外封隔器,遇油遇水膨胀式管外封隔器,充填式管外封隔器,膨胀式管外封隔器,膨胀式管外封隔器,1)筛管+管外封隔器组合完井,悬挂封隔器+封隔器+调流控水筛管,2)套管+管外封隔器+滑套组合完井,管外封隔器工具介绍,滑套+封隔器组合完井,顶部注水泥水平井多级压裂,6. 砾石充填完井,技术优势,1、在筛管/裸眼环空形成高渗透挡砂屏障有利于减缓或避免筛管堵塞,对稠油、粉细砂岩油藏防砂优势明显防砂有效期长,充分发挥水平井增产优势,延长油井寿命有利于流体均匀流入筛管内部,延缓底水锥进,3、简化完井管柱结构,提高完井速度,节约完井成本,
11、2、提高油井完善程度,降低近井表皮系数,增大井筒流通面积,最大程度的水平井增产优势,水平井裸眼充填技术,工艺过程,1、下入管柱,2、坐封工具,3、滤饼清除、砾石充填,4、油气井投产,Schlumberger:QUANTUM水平井裸眼充填系统,1)高渗透密实的砾石充填层,有效减缓或避免生产过程中防砂筛管被堵塞,有助于提高油井产量;,2) 炮眼及筛套环空形成高密实的砾石充填层,改善近井流动条件,降低炮眼压降,有助于生产流体在水平段均匀产出;,3)油藏适应性强,防砂有效期长。,水平井管内砾石充填防砂工艺技术,页岩气完井技术 根据施工经验统计,一口页岩气井的投产能否成功,完井工艺是关键。因为页岩气油藏
12、的孔隙度和渗透率极低,必须采用特殊的完井工艺技术才能完成投产。 目前,页岩气普遍采用的完井方式可分为以下4种:,目前,在美国页岩气生产井中,有85%的井是采用水平井和多级分段压裂技术结合的方式开采,增产效果显著。 2006年,Newfield公司在Woodford页岩中的部分开发井采用5-7段式的分段压裂,取得了较大的成功。,同步压裂技术 同步压裂是对两口或两口以上的配对井同时进行压裂。 优势:短期内增产效果明显,作业时间短,节省成本。 2006年,同步压裂首次在美国Barnett页岩中实施并获得成功。,重复压裂技术 重复压裂是指当页岩气井初始压裂处理已经无效或现有的支撑剂因时间关系损坏或质量
13、下降,导致气体产量大幅下降时,采用压裂工艺对气井经行重新压裂增产的工艺。 美国Barnett页岩1997年使用清水压裂对产量下降的井进行重复压裂,改进处理液回收工作流程,气井产量明显提高,部分井产量甚至超过了初次压裂时的产量。,工厂化压裂技术 工厂化压裂就是要象普通工厂一样,在一个固定场所,连续不断的泵注压裂液和支撑剂。优势:可以缩短区块的整体建设周期,降低单位采气成本;可以大幅提高压裂设备的利用率,减少设备动迁和安装,减少压裂罐拉运、清洗,降低工人劳动强度;方便回收和集中处理压裂残液,减少污水排放、重复利用水资源;,多级压裂技术,在套管固井后,从工具喷嘴喷射出的高速流体射穿套管和岩石,达到射
14、孔的目的,美国大多数页岩气水平井都进行套管射孔完井。,套管固井后射孔完井,裸眼射孔完井能够有效避免水泥对储层的伤害,避免注水泥时压裂地层,避免水泥侵入地层的原有孔隙中,工艺相对简单,成本低,缺点是后期多级射孔分段压裂难度较大,后期完井措施难度大。,裸眼射孔完井,套管中用组合式桥塞分隔各段,分别进行射孔或压裂,这是页岩气水平井最常用的完井方法。 其工艺是下套管、固井、射孔、分离井筒,但因需要在施工中射孔、坐封桥塞、钻桥塞,也是最耗时的一种方法。,组合式桥塞完井,组合式桥塞完井示意图,机械式组合完井是目前国外应用的一种新技术,采用特殊的滑套机构和膨胀封隔器,适用于水平裸眼井段限流压裂,一趟管柱即可
15、完成固井和分段压裂施工。 目前主要有Halliburton 公司的Delta Stim 完井技术。,机械式组合完井,页岩气固井技术 页岩气固井技术的核心是水泥浆体系,所涉及的水泥浆包括泡沫水泥、酸溶性水泥、泡沫酸溶性水泥以及火山灰+H级水泥等4种类型。 目前较普遍使用的是泡沫水泥固井技术,与常规固井水泥浆相比,泡沫水泥具有高强度、低密度、低失水量、超稳定性等特点; 据统计,泡沫水泥固井比常规固井的产气量平均高25%,我国该项技术目前在国内多个生产区块取得了实验性应用成功。,Packer Plus公司Quick FRAC系统是用专门的进入转向技术和公司获得专利的其他技术,通过一种批处理的压裂方法
16、,可以让作业公司在一次压裂处理中增加压裂级数。作业公司使用QuickFRAC技术在地面进行15次压裂液泵送作业,就可以提供多达60级压裂,在地面每进行1次泵送作业,在井下可以将压裂液精确地导入2-5个压裂层位。,系统利用一个测量程序通过一次投球可以打开两个可膨胀封隔器之间封隔层段中的多个滑套。同时,沿水平井筒的每一个Rapid Frac滑套都可以根据特定的压裂需求而定制,以便提高压后产量。为了确保增产的油藏体积最大化,在任何一个水平井完井中都可以同时使用多达90个滑套。另外,通过便利的连续泵送方式,Rapid Frac系统将增产液循环时间从数天减少到了数小时,同时减少了压裂用水量。,这种压裂球
17、由镁铝等合金材料制成,比重小,强度高,可以在井中随流体运移,多级压裂打开滑套时能够承受多重因素的影响,当其使命完成时还可以自动溶解消失。,威德福 Opti-Frac 水平井压裂系统-固井隔离,采用水泥固井代替裸眼封隔器. 尾管挂坐住后,水泥固井。固井过程中刮塞下行不会误开滑套,因为所有滑套都为上开式。,可施工作业层数多于裸眼封隔器系统(球座方式)水平井和直井都可使用大大缩短常规多层酸化压裂的时间酸化或者压裂砾石充填各层独立作业,威德福 Opti-Frac 水平井压裂系统-固井隔离工作原理,1、下入工具串,坐住尾管悬挂器,泵水泥,3、水泥侯凝后,开最底端滑套,2、水泥碰压后,坐悬挂封隔器,4、开
18、关工具随后提至竖直井段托筒处,威德福 Opti-Frac 水平井压裂系统-固井隔离工作原理,5、开始底层压裂,7、打开上层滑套,重复步骤45进行压裂,然后关闭本层滑套,6、底层压裂结束,关闭底层滑套,8、所有层压裂结束后,可选择性打开滑套进行生产。,威德福 Opti-Frac 水平井压裂系统-固井隔离技术指标,提 纲,一、概 述二、水平井完井技术三、分支井完井技术四、水平井、分支井完井技术发展趋势,分支井的概念,分支井和多底井统称多分支井(国内)或者多底井(国际)。,多分支井是指从单一井口钻出的含有一个以上分支井眼,并且回接到单个主井筒的井。,分支井的概念,五分支的多分支井,油气资源,稠油油藏
19、(美国、加拿大、北海)多底井 + 注水,潜山及深井油藏,断块、层状油藏,枯竭式开采油藏和开采中后期油藏,致密低渗油藏,地下水等,地 热、煤层气,分支井应用范围,分支井的应用范围,增大油藏的裸露面积,提高泄油效率改善油流动态剖面,降低锥进效应,提高重力泄油效果纵向调整油藏的开采 可以应用于多种油气藏的经济开采。,油藏工程,分支井的技术优势,与普通定向井、水平井相比:分支井的特点,井眼结构不同存在多个分支井眼连接处,x500 MSS,x000 MSS,A,B,A,B,B,A,H0.7,需 要 6 口直 井 来 开 发 断 块 油 藏,分支井的技术优势,x500 MSS,x000 MSS,A,B,A
20、,B,B,A,H0.7,Courtesy Brunei Shell Petroleum,领眼,实钻轨迹,分支井的技术优势,用一口两分支井代替6口直井,AustinChalk,北海地区,分支井的技术优势,分支井开采吨油钻井成本对比,阿曼油田水平井多分支井开发的经验,Saih Rawl 油田,地层为Upper Shuaiba,深度1400m,油藏厚60m,油柱高度1530m储层为基质白云岩, 孔隙度. 26%,渗透率 1-10md原油重度35API1995开始早期注水OOIP 740MMB,Reserves 240MMB,采收率 33%,分支井的关键技术,分支井的类型,根据井眼轨迹及几何形状可分为
21、:,根据连接油藏形式可分为:,分支井的类型,分支井的适用性,分支井技术的应用受到钻井成本和油藏埋藏深度的制约,分支井的成本随着分支数目的增加而极具增加,在实际生产中分支数越多,未必对提高产量的贡献越大。,分支井的适用性,分支井TAML分级,TAML1级,分支井TAML分级,TAML2级,分支井TAML分级,TAML3级,分支井TAML分级,TAML4 级,分支井TAML分级,TAML5 级,TAML6 级,分支井TAML分级,分支井TAML分级,在上世纪50年代初,前苏联就开始分支井专业技术和工艺的研究。1952年,在巴士基里亚卡尔塔什夫油田成功地进行了第一批试验。在66/45井(9个分支井眼
22、,产量是直井的17倍)的成功,标志着多分支井技术的正式诞生。 20世纪80年代后,俄罗斯先后在西伯利亚、黑海、波里斯拉夫等油气田进行老井侧钻的分支井,仅510个分支长80300m的分支井就有数百口。到21世纪初期,前苏联累计钻成了126口分支井。,国外分支井技术发展现状,俄罗斯分支井技术,美国、加拿大等国家,从20世纪80年代后期才开展多分支井钻井的试验研究,但推广应用的速度非常惊人。多分支井钻井已是相对较为普及的活动,该技术已进入一个快速发展时期。 美国HIS能源集团统计,到1999年5月全世界共打多分支井5779口,其中美国打多分支井3884口,加拿大打多分支井1891口,世界其他地区共打
23、多分支井4口;至2001年国外多分支水平井钻井总水平段长度达到11342米。,国外分支井技术发展现状,美国分支井技术,截止到2005年,全世界约有15000多口分支井,其中一半是Shell公司钻的,主要在中东、北美和欧洲北海应用较多。,委内瑞拉到2000年1月,Petrozuata已经钻了92口单分支井,27口多分支井,分支井平均每分支的钻井时间10.58天,不太复杂的分支平均是6.45天。,国外分支井技术发展现状,国外分支井技术发展现状,委内瑞拉分支井技术,目前在国际上TAML4级难度以下的分支井技术较为成熟,TAML4级难度及TAML4级难度以上的在国外只有贝克休斯、斯伦贝谢、哈里伯顿、威
24、德福等少数几家公司具有。,国外分支井技术发展现状,斯伦贝谢分支井技术发展历史,1995年,重入和促进生产小组成立,1996年,多底井工程小组成立,1997年,7Rapid Access分支井系统进入测试阶段,国外分支井技术发展现状,1998年,购买Camco 第一次商业安装Rapid Access分支井系统 7Rapid Access三级系统测试 RapidSeal可行性研究完成,1999年,高级完井生产小组成立,2000年,购买Secure Oil Tool,2001年,购买Sensor Highway-DTS,国外分支井技术发展现状,斯伦贝谢分支井技术Rapid Access二级,适用地层
25、:坚硬地层,适合再入井,特点:套管与导向短接连接结构简 单,价格便宜,侧向井眼裸眼完井。,国外分支井技术发展现状,斯伦贝谢分支井技术Rapid Access二级,选择性联顶仪,下入磨铣组合工具,调整造斜器与选择性联顶仪 的角度 下入磨铣组合工具校正方位 在ICC 磨铣侧孔,钻出一段井眼,国外分支井技术发展现状,斯伦贝谢分支井技术Rapid Access二级,下入导向器 钻侧向井眼,取出磨铣组合工具,清洗造 斜器周围碎屑 下入导向器,使之与造斜器 方位一致 按着设计钻出侧向井眼,国外分支井技术发展现状,斯伦贝谢分支井技术Rapid Access二级,下衬管,注水泥固衬管,衬管用钻杆送入,用钻杆支

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