欠平衡分支井技术及其应用

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2008年天然气技术Vol.2,No.1第2卷·第1期NaturalGasTechnologyFeb.2008文章编号:1673-9035(2008)01-0039-03欠平衡分支井技术及其应用朱黎鹞(中国石油勘探开发研究院)摘要欠平衡完井技术具有提高钻速、利于及时发现和评价低压低渗油气层、降低对储层的损害等优点。分支井技术最大的特点就是利用分支井眼增加井眼与储层的接触面积,从而达到提高产量和最终采收率的目的。若能将欠平衡技术用于分支井完井中,无疑可以使分支井发挥更大的优势。欠平衡分支井技术在国内外天然气田和煤层气层中的成功应用,说明其将在边际油气田挖掘潜能,提高油气采收率,降低或消除钻井完井过程对储层(特别是低压低渗储层)的伤害与提高油气产能等方面发挥重要作用。关键词平衡压力钻井油气层技术采收率欠平衡技术是指在钻井完井过程中井底钻井流二、确定井底负压值的依据体的循环压力低于地层压力,使产层流体有控制地进入井筒并循环到地面的钻井完井技术。若运用得井底负压值的大小直接影响到地层流体进入井当,欠平衡完井是保护储层不受钻井完井液损害的筒内量的多少,关系到能否安全、快速钻进,其值有效技术。在分支井的作业中,如果考虑结合欠平过小易造成井底压力过平衡,失去欠平衡钻井的目衡技术,即在增加井眼与储层接触面积的基础上,的和意义;其值过大,则易造成产层的速敏、井壁使储层免受钻井完井液的伤害、降低表皮系数,就坍塌和井口设备过载甚至发生井喷等重大事故。负有可能使单井的生产潜能和油田最终采收率得到大压值的确定应根据地层的实际情况具体分析,在设幅度提高。计中须考虑的因素有:①单位负压差下的产油、气量;②设计的随钻产油、气量;③负压井段不同压一、地层适宜性力体系的地层压力;④水平井井段的长度;⑤井口通过长期的实践与研究,人们认为最有效地利设备的除气、液能力;⑥井口防喷设备的额定工作用分支井的地层是:①厚度小的产油层;②低渗透压力;⑦井眼稳定性。和非均质油层;③垂向裂缝系统发育的油层;④有三、分支井的完井方式底水的油气藏;⑤大陆架区域的油藏;⑥粘性和高粘性油藏和天然沥青矿藏等。当这些地层具有以下由于分支井不同于普通的直井、斜井和水平井,某一特征或几项特征时,则可以考虑采用欠平衡钻分支井完井有其独特的方式。完井方式有裸眼完井、井完井技术:①钻井完井过程中,具有潜在井漏或下割缝衬管或绕丝筛管完井以及下套管(衬管)固钻井完井液侵害;②岩石—流体具有敏感性;③井完井,此外,主井眼和分支井眼还可以采用不同液—液具有敏感性;④地层具有潜在的自吸能力;的方式完井。⑤具有活跃的地下水并且地层对水锥进敏感;⑥钻1.裸眼完井速低[1]。因而可以根据以上标准和特征,分析是否采用欠平衡方式进行分支井钻井完井作业。裸眼完井方式适合于油气层较单一、井壁较稳作者简介:朱黎鹞,1981年生;2004年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,在读博士研究生,研究方向为油气田开发工程。地址:(100083)北京市海淀区学院路20号910信箱油气田开发所。电话:(010)62098036。E-mail:julianchu_2004@163.com。天然气技术/39 第2卷朱黎鹞:欠平衡分支井技术及其应用第1期"""""""定的评价井、生产井及通过中途测试查明为单层系油气藏的预探井。在储集层为石灰岩、白云岩组成的潜山含油厚度较大的块状油气藏多采用裸眼完井方式,而采用该完井方式的井多布置在潜山顶部油层厚度较大的部位。分支井采用裸眼完井,必须满足各分支所打开的储层的压力体系相同,即各分支之间地层压力基本一致。要用欠平衡实现裸眼完井,通常的做法是在储层上部下生产套管固井,更换小一级的钻头采用欠平衡方式打开储层,主井眼和分支井眼完钻后取出钻具,下入油管,安装井口设备。在整个完井阶段,要将欠压值控制好,以保证作业的安全进行,同时保证地层流体的溢出在设备的控制之下。2.割缝衬管或绕丝筛管完井图1分支井完井实现合采如果裸眼完井不能保证主井眼或分支井眼的井壁稳定,或不能有效地防止地层出砂,则可以考虑完全解决了井壁问题。但是井控仍是需要解决的问采用割缝衬管或绕丝筛管完井方式。要在欠平衡状题。这时可以适当降低负压值,使下套管过程中地态下进行这项作业,关键要做好井控工作。层流体的流量较小,不会引发安全事故。套管安全该完井方式依靠管外封隔器来实现各分支井眼下完后,就要考虑固井了。前面的一系列工作均处之间的封隔,各分支可以进行单独作业和生产控制。在欠平衡状态下完成,但事实证明,真正意义上的该方式下的产层完善程度高,但要求地质构造和储“欠平衡固井”是难以实现的。水泥浆固化必须有一层特征明朗等。施工工艺较为复杂,多个封隔器封个稳定的地下环境,即要满足水泥浆压稳地层的原隔存在一定的难度。图1是分支井完井示意图。则。在射孔作业中使用欠平衡射孔技术。欠平衡射3.套管射孔完井孔就是指射孔时造成的井底压力低于油藏压力。负套管完井有两种方式,即从总井深到地面下长压值是欠平衡射孔设计的关键。一方面要保证孔眼管串或在产层下尾管。当套管被安全地下入井内,清洁、冲刷出孔眼周围的破碎压实带中的细小颗粒,!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第38页)究解决了以往应力场研究只能定性分信度。析不能定量分析的难题。参考文献(2)重复压裂井中的应力场变化受诸多因素的控[1]J.L.Elbel,M.G.Mack.Refracturing:ObservationsandThe-ories[C].SPE25464,1993.制,通过重复压裂前应力场预测技术研究,能够预[2]汪永利,姚飞.重复压裂技术研究与应用[J].油气采收率测裂缝是否转向,确定重复压裂最佳时机,有效控技术,1997,4(3).制新裂缝转向距离。[3]李阳,姚飞,翁定为,等.重复压裂技术的发展与展望(3)地应力场计算机模拟技术研究虽然已在油田[J].石油天然气学报,2005,27(5).得到应用,但它的准确度还有待进一步的验证,只有通过现场的裂缝检测的结果不断地修正和完善重(收稿时间:2007-11-12编辑:胡应富)复压裂前地应力场预测软件,才能使之更加具有可40/NaturalGasTechnology 总第7期天然气技术·钻井工程2008年"满足这一要求的负压称为最小负压;另一方面,负钻井液内形成以气体为离散相、液体为连续相的充压值又不能超过某个值以免造成地层出砂、跨塌、气钻井液体系,主要适用于地层压力系数为0.7套管挤毁、封隔器失效以及其他方面的问题,对应3的储层,而且不受地层大量出水的影响。~1.0g/cm的这一临界值称为最大负压。合理的负压值应介于充气钻井液保护储层的机理是:对泥浆充气,减少最小和最大负压值之间[2]其当量密度,从而降低液柱对井底的压力,最后达。到在井底形成负压差,实现欠平衡钻井。煤层气多四、欠平衡分支井技术的应用分支井常用的注气方法为洞穴井井筒注气法和油管欠平衡技术在探井、开发井中应用较为普遍。注气法,如图3所示。洞穴井井筒注气法工艺简单,国内欠平衡技术在直井、斜井和水平井中应用也较成本低,适用于垂深在500m内的浅层。油管注气为广泛。钻分支井的重要目的一是增加井眼与储层法是在洞穴井完钻后,下入注气油管和井下封隔器,的接触面积,二是降低钻井完井成本。在分支井中然后压缩气体通过油管进入到水平井的环空,这种采用欠平衡技术,在国内外都有实例。方法适用于较深的煤层[5]。在国外,阿拉伯联合酋长国的Sajaa气田曾采用连续油管进行欠平衡分支井钻井完井作业。该气田的生产层为碳酸盐岩储集层,岩性致密坚硬。在开发初期,采用的井型为直井,并采用7in的生产套管和5in的油管完井。在气田的开发后期,随着气藏的枯竭,在井深3810m处气层压力降至4.83MPa,当量密度为0.129g/cm3,直井已经不能满足产量的要图3洞穴井井筒注气法和油管注气法求,故考虑采用欠平衡分支井技术。在该井分支井从以上欠平衡分支井技术的应用情况来看,该的钻井过程中,采用连续油管技术。其中Sajaa3井技术在边际油气田挖掘潜能、提高油气采收率、降是在直井眼中侧钻3支分支井眼,完井后井眼垂直低或消除钻井完井过程对储层(特别是低压低渗储剖面图如图2所示。在3个分支井眼中,A为水平井眼,B为高斜度井眼,C为中斜度井眼[3]。层)的伤害、提高油气产能等方面发挥着重要作用。在国内,中国石油天然气集团公司首次在山西参考文献宁武盆地开钻了一口目前世界上煤层埋藏最深的煤[1]周英操,翟洪军.欠平衡钻井技术与应用[M].北京:石油层气多分支水平井武M1—1井。该井在煤层主水平工业出版社,2003:7-8.井眼中向两侧钻水平分支10个,总进尺7993m。[2]万仁溥.现代完井工程[M].北京:石油工业出版社,国内煤层普遍具有低渗、低压的特点,常规的过平1996:189-195.衡钻井技术不再适用。充空气钻井液[4]是将空气注入!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!![3]樊世忠,申瑞臣.欠平衡完井基础技术[M].北京:中国矿业大学出版社,2007:223-224.[4]韩宝山.欠平衡钻井技术与煤层气开发[J].煤田地质与勘探,2002,30(4):61-62.[5]乔磊.煤层气多分支水平井钻井工艺研究[J].石油学报,2007,3:114-115.(修改回稿:2008-01-15编辑:胡应富)图2Sajaa3井欠平衡分支井垂直剖面图天然气技术/41 lyzethefracturingoperationcurvecharacteristicsandtoevaluateoptimaltimeofrefracturingandtheturningradius.Duringare-thepostfraceffect.Atlast,anacknowledgementtoXujiahelow-searchonthecomputersimulationofstressfield,weappliedafi-permeabilitysandstonegasreservoirisfurtherstrengthened.nite-elementnumericalmodeltoestablishinganotherseepage-KEYWORDS:XujiaheFormationLow-permeabilitysandstonefieldvariationnumericalmodel.ThosevariationsaregeneratedbygasreservoirFracturingOperationcurveEvaluationanalysisfracturesandcausedbyoil-wellproductionnearwellboreafterDrawdropanalysisGfunctionNetpressureinitialfracturing.Andthen,wepredictedstressfieldchanges.ThisApplicationofReservoirPredictionTech-researchforthefirsttimefulfillsaquantitativeanalysischangedfromaqualitativeanalysisforearthstressvariationafterrefractur-nologytoDevelopmentEstimationining;anditprovidesamorereasonablebasisforrefracturingZizhouAreawhetheroccursareorientationornot.Sofar,thecomputersimu-ByGUOXiao-long,OUYang-yonglin,GENGJing,ZHANGlationhasbeenappliedtoDaqing,JilinandErlianoilfields.Xiu-ping,DAIChun-meng,XUJingKEYWORDS:RefracturingStressfieldFracturereorien-ABSTRACT:ExplorationoperationsshowthatthereservoirtationPredictiontechnologysandbodyofShan-2FormationinZizhouareabelongstobothUnder-balanceMultilateralWellDrillingdelta-frontaldistributarychannelanddistributarymouthbardepo-sition.Inaddition,thesandbodyisthemaingas-bearingsandbeltTechniqueandItsApplicationinYulingasfield,whichextendssoutheast-ward.Moreover,ithasByZHULi-yaosimilarreservoir-formingconditionstothoseinYulingasfield.ABSTRACT:Theunder-balancecompletiontechniquecanim-Petrophysicalresearchillustratesthat,alongwithanincreaseofgasprovedrillingspeedandishelpfulintimelydiscoveringandesti-saturation,PwavevelocityinShan-2sandstonedecreasesatfirstmatingthelow-pressureorlow-permeabilitypayzonetoreduceandthenincreaseswhereasdensitydecreases.Densityissensitivetothedamageofpayzonefromthefluidscomingintothebore.classificationofgas-bearingsandstone.Simultaneously,forwardWhiletheobviousfeatureofthemultilateralwellistakingadvan-analysisindicatesthattheabsorptioncoefficientmaybeasensitivetagesofthebranchholestoincreasethecontactingareabetweenparametertohaveagas-bearingpredictioninZizhouarea.Andtheholeandthepayzone,inordertoenhancetheproductivitytheprocessedresultindicatesthatitisinhighagreementwiththeandultimaterecovery.Ifweputtheunder-balancetechniqueintogivenwell.themultilateralwellcompletion,undoubtedly,themultilateralwellKEYWORDS:ZizhouareaShan-2sandstoneRockwouldgivemorepowerfulfunctionsExamplesoftheapplicationsphysicsAbsorptioncoefficientGas-bearingpredictionofunder-balancemultilateraltechniqueingasfieldsandcoal-bedgasofChinaandothercountrieshavesuggestedthatthisnewReservoirReconstructionTechnologyandtechniquewillplayimportantrolesonincreasingpotentialproduc-ItsApplicationtoSumatouStructureintionofmarginalgasfields,improvingoilandgasrecoveryefficien-SichuanBasincy,decreasingoreliminatingthedamageofcompletionprocessonWEIWen-xing,CHUNLan,QIUShu-yuan,MAYu-huapayzone-especiallythelow-pressureandlow-permeabilitylayer,ABSTRACT:FortheSumatouStructureofSichuanBasin,theenhancingoilandgasproduction,andsoon.reservoirsarecharacterizedbylowtemperature,lowpressureandKEYWORDS:Under-balancedrillingOilandgasformationlowpermeabilitywhichresultedinlownaturalproductivity.Hy-TechniqueRecoveryratedraulicsandfracturingisthemaintooltoobtaincommercialoilResearchontheTechnologyLocatingtheandgasinthisblock.Inordertosolvesomedifficultiesinreser-PluggingbyGasPipelinePiggingvoirreconstruction,wehadanexperimentalevaluationonreser-ByZHANGHong-bing,LUYa-ping,YANGYivoirsensitivities,optimizedreservoirreconstructionprogramsandABSTRACT:Thepigpluggingaccidenceisunavoidableduringreservoirprotectiontechnologies,andthenusedmanytechniquespigginggaspipe.Afterdividingthegasinpipeintoinfinitesimal,ofproppantslugs,all-roundnitrogeninjection,fibersandcontrol,theheatradiationlossofthatinfinitesimal,theconservationofmassforcedfracturecloseandquickblowouttofulfillamulti-layerofthatinfinitesimalandthewavespreadingofgaspressureinpipefracturingfordirectionalwellsinthosegasreservoirs;finally,madeareanalyzed,thearticleaccordingtopressuredifferenceofthefourbreakthroughs,includingeffectivesupportforfractures,sandpipeheadandthepipeendtoconfirmtheaccidentwhenitex-injectionprocedure,gelbreakersuperadditionprocedureandef-ceedacertaingivenvalue.Onemethodisbroughtforwardinthisfectiveperiodextensionforfracturing.article,thatisapplyingaman-madepulsepressureonstart-pointKEYWORDS:ReservoirreconstructionHydraulicsandfrac-ofpipe,andusingapressuretransmittertogatherthetimediffer-turingLowpressureLowpermeabilitySumatouStruc-enceofthepulsepressurewave,andtosimulatethechangeoftureTechnologicalstrategypressurewavetolocatetheplugginglocation.Thecaseresultshowsthatitisafeasiblemethod.PredictionTechnologyandApplicationofKEYWORDS:GaspipelineFaultdiagnosisPluggingStressFieldbeforeRefracturingTechnologyresearchByLIYang,YAOFei,WENGDing-weiUsingD-SEvidenceTheorytoAnalyzeABSTRACT:Thepreviousresearchonfieldstressbeforerefrac-ExpertInformationinPipelineFailureturingwasonlyitsmechanism.Therewasnocompleteandsys-tematicalcalculationmodel,whichcoulddescribequantitativelyProbabilityCalculationthedistributionofinducedstressfieldcausedbyverticallyfracturedByZHANGPeng,CHENZhi-yong,PENGXing-yuwellsbeforerefracturing.AndthereforetherewasnoquantitativeABSTRACT:Theexistingfaulttreeanalysis(FTA)justanalyzesdescriptiontothenewfracturesgenerationafterrefracturing,theoneexpertadvicestodrawaconclusion,itcouldnotcollectmany94/NaturalGasTechnology