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1、思达斯易能源技术(集团)有限公司 二O一一年七月,防砂控水完井新技术交流,交流内容,思达斯易 能源技术有限公司,一、防砂新理念 二、完井新工艺 三、控水新技术,思达斯易能源技术(集团)有限公司, 集石油工具研发、产品制造、技术服务和资源投资为一体的集团公司 公司下设多个子公司,生产基地上海和浙江温州,公司规模近千人。 石油机械设备、井下工具、仪器仪表制造及钻完井技术服务 可为中石油、中石化、中海油及国内外各大油田公司提供油田专业工具和先进的技术服务,我国疏松砂岩油气藏分布广泛,油气井出砂已经成为困扰疏松砂岩油气藏开发和提高开采速度的主要障碍。 油气井出砂的本质是由于地质条件、开采方式以及措施作
2、业等各种综合因素造岩石结构变化,导致地层砂散或脱落砂被产出流体携带进入井筒或地面,其危害表现在: - 对油气产能的危害; - 对地层的危害; - 对井筒举升设备的危害; - 对地面设备的危害;,井筒积砂,接箍磨损,一、防砂新理念,一、防砂新理念,1、防砂的基本准则 STARSE油气井防砂基本准则是将防砂工程作为一个系统工程来管理,从地质、油藏的分析入手,结合钻井、完井,生产地面流程设备,生产管理制度,防砂效果最佳化、 产能最大化,2、宏观方面,防砂重点考虑以下五方面:,- 油/气井性质:油井还是气井 - 开采方式:选择多层开采还是单层多油组开采 - 完井工艺:砾石充填还是单独下筛管完井 -油藏
3、保护:钻完井液体系、是否替浆和清除泥饼 - 防砂的理念:产能最大化还是防砂最大化,一、防砂新理念,3、 微观方面,防砂从地质、油藏各细节入手,对各个环节进行综合的分析及研究,地层砂粒度分析 - 地层渗透率 地层孔隙度 - 油层粘度 油藏温度 - 地层压力 地层水性质 - 泥质含量 钻、完井液体系 - 临界生产压差 ,一、防砂新理念,dp=f( d , C, S, ,P,Q ,L ,W ) d 地层砂等级含量; C 不均匀程度 d40/d90; S 不同完井工艺预测的污染程度; 地层原油粘度; 孔隙度; 地层应力; Q 临界产量; P 临界生产压差; L 泥质含量; W 边、底水、注入水修正系数
4、;,4、防砂经验公式,防砂模拟试验,一、防砂新理念,CFD11-1-井 挡砂精度分析,CFD11-1井 粒度分析:d50分布范围39 um288 um,d50平均 值为137um。 油藏特征:泥质含量较高14%,原油粘度350.4cp, 孔隙度18%36%,渗透30018000md。 完井方式:砾石充填防砂,砾石尺寸为2040目。,5、系统防砂案例之一,筛管挡砂孔径设计 地层具有高孔渗高泥质含量细粉砂较多的特点,d50小于100um的砂粒占到44%,从防砂角度出发 可选择筛管防砂孔径dp=(1.21.7)d50=150200um。 - 原油粘度大,流动阻力大,容易在筛管表面形成泥饼、结垢,影响
5、油井产能,以适度防砂的思路,筛管孔径可放宽一个等级。 该井为砾石充填完井,砾石砂桥可阻挡部分细砂,小于50 um的粉砂随液流产出。 综合上述各项因素,为保证防砂的有效性,降低筛管表面污染,解放油井产能,推荐筛管防砂孔径为200250um。,一、防砂新理念,PY30-1挡砂精度分析,Y30-1气田 粒度分析:SB18.5层位:d50在158283m的范围 内,平均值为243.33m; 油藏特征:地层岩性为细砂岩-中砂岩,以中细砂为主, 地面凝析油比重0.781g/cm3,粘度0.50 0.51mPa.s(50) 完井方式: 优质筛管完井,5、系统防砂案例之二,筛管挡砂孔径设计 地层岩性为细砂岩-
6、中砂岩,以中细砂为主,孔隙类型以粒间溶孔为主,地层砂分布范围广。 CH4含量:85.6-89.81 mol%,气油比:20758m3/m3气水比:31-5394 m3/m3 胶质、沥青质含量1.12%1.34%,地面凝析 油比重为0.781g/cm3,凝析油粘度0.500.51mPa.s(50) 胶结物和泥质含量不高,气井应着重考虑筛管过滤介质的冲蚀,可考虑适当调小筛管的挡砂精度,建议防d75 d80之间,即100-125m。 气井设计产能高,为保护筛管过滤介质,投产初期应保持较小生产压差,待筛管表面形成砂桥后再提高压差。 根据我公司防砂理论和多年实践经验,设计dp=ndS=100-125um
7、 (筛管挡砂精度100um, n孔径修正系数取1) 该气井正常生产两年多, 目前日产60多万方。,一、防砂新理念,交流内容,思达斯易 能源技术有限公司,一、防砂新理念 二、完井新工艺 三、控水新技术,1、STARSE 完井新工艺来自于与油藏特点的紧密结合 (1)精细刻画了油藏孔渗物性与变密度设计。 (2)合理分析及回避了井轨迹与油水界面造成的影响。 (3)中心油管改变了压差分布,消除了水平井根部易出水现象。 (4)人为制造了隔板夹层效应。,中心油管改变井筒压差,二、完井新工艺,油藏与完井分析 控水技术,二、完井新工艺,2、STARSE 特色工具使完井工艺进一步提升,- 内置洗井密封装置; -通
8、过机械或液压打开球阀; - 插入洗井管柱时,顶开球阀,可实现正、反循环洗井; -可实现隔离密封、洗井一体功能; -能实现自动灌液功能,节省作业时间; -自动灌液时,井液不经过筛管,避免污染筛管; -可实现大排量洗井,提高了作业效率,节省了成本;,双向洗井装置,精心研发的 特色工具,二、完井新工艺,3、STARSE 完井一体化设计是多项技术、理念与特色工具的有机融合, 洗井、防砂、控水、产油一体化设计; 融合了多个特色的产品工具; 管柱结构简单,作业程序简洁,降低完井成本 防砂管柱下入安全,丢手可靠; 均衡/变密度完井实现了有效控水;,技术+理念+工具 完井一体化,交流内容,思达斯易 能源技术有
9、限公司,一、防砂新理念 二、完井新工艺 三、控水新技术, 技术背景 控水增油技术 典型案例,底水油田开发中普遍存在的难题-快速水淹,技术背景,世界范围内底水油藏数目非常巨大,储量丰富,底水油藏开发所面临的一个普遍和最大问题就是底水锥进和生产井含水率快速上升、油层过早水淹, 其危害表现为: (1)日产油量急剧下降,减缓了单井采油速度; (2)油层内大量死油开采不出来,降低了采收率和经济效益; (3)注入水沿高渗透带突进,一方面造成局部油层水淹,另一方面使其他油层注水不见效果,降低了水驱油的波及效率。 (4)巨大的采液量,增加了能耗,降低了地层能量,补充注水井耗费巨大。,XTKD32P2生产层位6
10、5层,位于砂体中部,砂体底部存在底水,投产初期产油达18t/d,后期受到水锥进影响,含水短期爆发式上升,含水由初期的40%快速增长为到89%,产油也递减为4.3t/d,短期产量递减率达76%。,受底水锥进影响 该井产量递减快,KD32P2井位图,XTKD32P2,实射1545.09-1644.9(99.81),KD32P2测井曲线,KD32P2井SNP测井成果图,底水锥进水淹案例,水平井挖潜薄层稠油油藏案例,GD9-P6井井位示意图,GD9-P6生产曲线,GD9-P6井生产42层,油层平均厚度4.5米,B靶点接近油层尖灭线,砂层厚度3.5米,有效厚度仅3米。水平井投产后日产油能力10吨,含水5
11、6.6%,由于没受水锥进水淹的影响,该井含水增长缓慢,日产油是邻井正常生产时的两倍,且长期稳产,效益良好。,无底水锥进水淹案例,含水快速上升常见原因,(1)酸化压裂措施,由于喷挤酸化液压力过大,造成油层裂缝增多,从而发生水串。 (2)开发方案和开采措施,注采系统完善程度和注水方式等不当原因。 (3)由于油层物性非均质性,使水在纵向和横向上推进不均匀,造成油井过早水淹。,微地震非均质储层水驱前缘监测,微地震人工裂缝监测,水平井储层非均质性促使油水界面局部快速锥进水淹,裂缝走向,注水运移通道,水平井流体流动状态,水锥突进几种常见形态,目前主要控水增油方法,控水增油技术,注水井调剖技术,生产井堵水技
12、术,1、无机沉淀型调剖技术 2、聚合物凝胶类调剖技术 3、颗粒类调剖技术 4、泡沫调剖技术,1、机械卡堵水技术 2、化学堵水技术,缺点 (1)前期确定出水层位困难,费用高。 (2)后期堵水作业周期长、停产损失代价大、施工及材料费用昂贵。 (3)效果稳定性差,所做的一切大多都是水淹后的“补救”措施,机械封隔堵水封杀了部分仍有产油能力的油层,降低渗透率法堵水剂常常对高渗透地层堵水效果和耐冲刷性差,在低渗透地层中,由于堵水剂调配的不当容易造成堵塞甚至永久性封堵损毁油层的风险,且解堵困难。,目的:启动低渗透层,增大注水波及效率,目的:抑制高渗透层出水能力,一种控水解决新方案,一个优质产品+一项优化完井
13、方案=一个新的控水技术,STARSE控水技术,控水产品 (特殊筛管、封隔器),变密度与均衡式完井控水技术,地质分析 油藏储层预测,油藏数值模拟,交流内容,思达斯易 能源技术有限公司,一、防砂新理念 二、完井新工艺 三、控水新技术, 技术背景 控水增油技术 典型案例,SR-Equalres筛管,主体结构,内流控制部分(ICD),基管,过滤部分,控水原理与结构特征,1、 SR-Equalres筛管,调压控水机理,流体通过导流盘交错排列的环形过流槽产生 1 级压力降; 流体通过导流孔和节流孔形成的长条孔产生 2 级压力降; 通过旋转均衡盘来选择流体通过的节流孔的数量产生 3 级压力降。,1级,2级,
14、3级,内流控制部件(ICD),流动特征“管流”,SR-Equalres筛管,控水原理与结构特征,ICD控水的另外一个关键技术是需要把不同渗透性油层进行有效分隔,形成独立压力仓,然后利用SR-Equalres筛管变化进行调控。,膨胀橡胶封隔器,遇水遇油膨胀橡胶封隔器,OSR系列 在井下遇油或油基泥浆可自行膨胀 WSR系列 在井下遇水或水基泥浆可自行膨胀。 WOSR系列 在井下遇油水混合液可自 行膨胀。,STARS膨胀橡胶封隔器是利用膨胀橡胶对油、气井中的碳氢化合物进行热活力吸收从而实现自身膨胀,达到密封管线环空的作用。其安装方便,即可用于不规则裸眼井眼,又可用于套管内密封。,控水原理与结构特征,
15、管外封隔器,主体结构,控水结构由不同孔密分布+过滤件组合而成。 以单层厚壁优质无缝钢管为基管, 在基管上钻若干个带有螺纹的台阶孔 过滤件为特殊工艺多层过滤网叠合组成的圆形结构,星孔筛管,控水原理与结构特征,2、变密度星孔筛管,调压控水机理,多层叠合过滤网,能够产生附加压降; 砂粒沉积过滤网并淤积环空,流体由环空流 转变为渗流,大大增加产生附加压降能力; 不同泄流孔密度,产生不同附加压降;,流动特征“渗流”,星孔筛管,控水原理与结构特征,渗流/ 径向流,环空流 /渗流,不同筛管、地质条件与流体流动特征,特点: -充分利用积砂流体变为渗流/径向流原理 -适合易出砂碎屑岩地层,应用领域非常广泛 -可
16、以不用管外封隔器分隔,经济、安全;,(1)油藏非均质性对水锥的影响 任何一个油藏非均质性是绝对的,均一性是相对的,研究及大量事实表明油藏非均质性是造成水锥局部快速推进最大和最主要的危害。 渗透率大,水锥很容易推进到井底,渗透率小,流体运移阻力大,水锥锥进到井底的速度缓慢。,水锥影响因素分析,渗透率,数值模拟,水锥,(2)根部效应对水锥的影响 油藏根部效应其本质是井筒内的流体产生的摩阻、流体撞击井壁产生的回压力等综合效应造成井筒内根部、趾部压力不一致而形成根部水锥的现象。,时间,地层压力,压差= 地层-井筒,井筒压降,根部,趾部,根部,趾部,油藏模拟,井筒压力,水锥影响因素分析,无夹层底水锥进,
17、有夹层底水锥进,(3)夹层对水锥的影响,时间,-夹层改变了底水锥进路线,减缓了底水锥进速度,无夹层条件下,底水锥进速度明显快于存在夹层的。 -对于油藏物性好,原油粘度高,当储层中没有隔层存在,无水采油期多为3-6个月,当存在100m规模的夹层时无水期延迟为1年,无水采出程度可以大幅度提高。,物理模拟,水锥影响因素分析,不同规模夹层对水锥的影响,夹层位置对水锥的影响,夹层规模越大,对底水的抑制作用越大。 夹层处于油水界面以上位置时,对水锥的抑制作用比较明显。,模拟,(3)夹层对水锥的影响,水锥影响因素分析,(4)水平井长度对水锥的影响,-水平段长度不同,水锥(脊)形成过程及形状不同。水平段较短,
18、油水边界变形较大,在两翼边缘处出现较大的死油区。 -水平段长度增长,水脊形成时间推迟。 -压差增大,产量增高,水脊形成提前。,死油区,死油区,水锥影响因素分析,1、测井预测法,2、地震预测法,孔隙度、渗透率 饱和度,岩性、物性、电性、含油性,油藏分析与储层预测,1. Netool software,2. Race.D software,油藏数值模拟软件,1. Netool software, Netool,水平段油、气、水含水率计算成果,水平井储层渗透率粗化与分段,井筒压力、储层流量计算成果,模拟结果报表,油藏数值模拟软件, Race.D,水平井粒度与出砂指数分析,孔渗饱及流体压力地质分析,可
19、视化复杂组合完井设计,水锥3D动态模拟,油藏数值模拟软件, Race.D,水平段储层产油量对比图,水平井不同时刻含水率对比图,不同含水率与累计产油量对比图图,模拟计算与完井优化设计方案,油藏数值模拟软件,均衡/变密度筛管完井设计,均衡 / 变密度筛管完井方案设计工作流程图,均衡/变密度,交流内容,思达斯易 能源技术有限公司,一、防砂新理念 二、完井新工艺 三、控水新技术, 技术背景 控水增油技术 典型案例,油藏综合分析与分隔段,1500,含油性分析,物性分析,控水案例之一, 均衡筛管,庄海8Ng-H3,NETool产能模拟计算,控水案例之一, 均衡筛管,模拟与生产结果:,针对地层渗透率差异,将
20、整个水平井段分为4段式开采 。,实际日产油量为183.8m3/d,含水率一年后才上升为38.6%。,油井设计产能为150m3/d,模拟显示SR-EqualRes均衡式筛管完井能达到较好控水效果。,模拟推荐四段分隔仓ICD总开孔数之比为 62:48:81:29,. 套管 . 封隔器 . 裸眼 . STARS均衡式筛管 . STARS膨胀橡胶封隔器,地质分析与油藏模拟指导调节ICD,控水案例之一, 均衡筛管,方案一:单独下均一孔密度星孔筛管,方案一:油藏数值模拟,模拟表明,在采取均一孔密度筛管完井条件下,整体水锥突进明显。,储层分析 庄海8Ng-H8整个水平井段储层物性总体为前低后高非均质特征,局
21、部差异明显。,控水案例之二, 变密度星孔筛管,方案二:分段+均一星孔筛管+中心生产管柱,方案二:油藏数值模拟,模拟结果表明,在采取分段+均一孔密度筛管+中心生产管柱完井条件下,局部水锥突进明显。,控水案例之二, 变密度星孔筛管,方案三:分段+变密度筛管+中心生产管柱,方案三:油藏数值模拟,模拟结果表明,在采取分段+变密度筛管+中心生产管柱完井条件下,水锥控制效果良好。,细化完井方式,有效控制水锥,控水案例之二, 变密度星孔筛管,8.5“井眼,采用7”STARS 优质星孔变密度筛管,分段开采 油藏模拟3个分隔仓平均筛管孔密度为132孔/ ft:88孔/ft : 66孔/ft,能够实现油水界面均匀
22、推进; 该井初期日产量42.5t,产油41.23t,含水率仅3%; 该井产油稳定,含水率上升较慢,而同区块许多单井含水率很快达到85%以上,反映分段开采控水效果良好。,四 防砂控水案例,隔水导管,13,-,3/8“,套管,井口平台,井下安全阀,1/4“,控制管线,油管,泄油阀,过电缆封隔器,电潜泵总成,电潜泵电缆,坐落接头,永久性电子压力计,油管,尾管封隔悬挂器总成,控水案例之二, 变密度星孔筛管,四 防砂控水案例,控水案例之三, 变密度星孔筛管,番禺5-1油田 常规与变密度完井产能效益模拟对比分析,1、油藏特征,基本条件参数设定 - 完井方式:常规优质筛管与变密度筛管完井; - 地质特点:有
23、大量积砂,井筒无环形空间,流体以径向流动方式存在 - 模拟初期设定产能2000m3/d,后期按该生产压差条件下连续计算;,四 防砂控水案例,控水案例之三, 变密度星孔筛管,水平段储层产油量对比图,水平段储层出水时间对比图,模拟结论:大量积砂条件下,水平井无环形空间,流体流动主要为径向流,相当于形成了多个管外封隔器,模拟显示,通过变密度筛管调节,消除了地层高渗透非均质影响,均衡了全井段流量,起到了抑制尾段水锥突进的目的。,模拟结论:模拟显示大量积砂条件下的变密度完井,压制延缓了尾段高渗透带水锥突进,使全井段带见水时间趋于一致。,1、水平段流动特征分析,四 防砂控水案例,控水案例之三, 变密度星孔
24、筛管,水平井不同时刻含水率对比图,2、产能效益分析,不同含水率与累计产油量对比图,模拟结论:模拟显示,在同等综合含水率条件下,比常规优质筛管完井可获得更多的采油量,大大提高了经济效益。,模拟结论:常规优质筛管完井不能抑制水锥突进,生产井含水率上升速率周期大大提前,而生产井高含水率可以使生产井过早报废和油层内大量剩余油开采不出来,大大降低了生产效益,而变密度星孔筛管完井实现了延缓含水率上升速率周期的目的。,控水案例之三, 变密度星孔筛管,两种筛管完井水锥动态形成过程模拟,效果对比总结 根据番禺5-1油田地质特点,通过常规优质管与变密度星孔筛管完井在两种地质条件下的油藏模拟和经济效益对比,显示在精
25、心开展地质分析和油藏模拟的基础上,采取合理星孔筛管孔密度完井优化方案,是完全能够实现有效控水和提高生产井经济效益的目标。,3、不同筛管控水效果对比总结, 变密度、均衡式完井控水技术建立了一套科学的理论方法和合理的渗流力学模型 数值模拟分析、物理实验、生产实际案例充分证明这种完井控水技术行之有效 现今许多石油公司已开始重视和利用这一低投入,高产出的技术 该技术正日益广泛应用于均衡地层条件、抑制快速水淹、延长采油寿命领域 它是油田挖潜、提高开发效率、实现最大效益最直接有效的手段 STARS控水技术的核心及优势是: 控水产品是精心设计的变密度、均衡式系列优质筛管 控水理念从过去的“补救式堵水”向现在 “预防式控水”革命性转变 控水关键是确定储层非均质物性、调配合理的筛管泄流面积 控水方式是纯物理方式,不会对油层有任何伤害风险 控水作业在完井施工时“顺便”完成,无停产损失和额外工料费用 控水方案是根据每口井的地质实际与数值模拟分析,提供最优化的完井控水设计,控水技术总结,. 是的,今后采油再也不会有太多含水了 (中国西部沿断裂溢出的石油),我们有变密度与均衡式完井控水技术.,汇报完毕,欢迎领导、专家提出宝贵意见!,
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