欠平衡钻井技术和连续油管钻井技术翻译.docx
- 文档编号:7749915
- 上传时间:2023-01-26
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:368.42KB
欠平衡钻井技术和连续油管钻井技术翻译.docx
《欠平衡钻井技术和连续油管钻井技术翻译.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《欠平衡钻井技术和连续油管钻井技术翻译.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
欠平衡钻井技术和连续油管钻井技术翻译
欠平衡钻井技术和连续油管钻井技术成功应用于阿尔及利亚哈西迈萨乌德地区一口过油管短半径水平井
BachirBenAmor,AliFerhat,andRafikMessas,Sonatrach,andMaurizioArnone,GraysonFudge,MichaelStulberg,FritzSchoch,HaniQutob,andJamesChopty,WeatherfordInternational
这篇文章由石油工程师学会2007年版权所有,在2007年9月份英格兰的亚伯丁举行的海上欧洲2007年会上,该文作为陈述之用。
该文的作者提交了一份摘要,在这份摘要所包含的信息审查之后,这篇文章便被SPE项目委员会选作为陈述之用。
但这篇文章的内容并没有被石油工程师学会审核通过,因而作者需要面临修改。
如上所述,该文不一定反映了石油工程师学会中官员或者成员的地位,SPE会议上所提出的论文需要经过石油工程师学会中的编辑委员会的出版复核。
任何对于该文的用作商业用途的电子复制,散布,以及存储,如果没有石油工程师学会所出具的书面同意的话,都是明令禁止的。
而对于以印刷的形式复制的的话,仅仅局限于一份不超过300字的摘要;插图也不允许复制。
而且这份摘要必须公开表明是在谁的哪篇论文中提炼出来的。
写信给SPE的管理员。
P.O.邮编833836,理查德森。
美国得克萨斯州,75083-3836,传真01-972-952-9435。
摘要
哈西迈萨乌德地区(如图1所示)发现于1956年,是阿尔及利亚最大的油田,覆盖范围约2000平方千米,并且当前拥有超过1000口井。
这个地区如同空气一样被分成了25个区域,这些区域由低渗透性的阻挡层也就是我们通常所说的断层彼此分隔。
这个寒武纪的油藏从底部到顶部被分成了四个岩性域,分别叫做R3,R2,Ra和Ri。
在该地区的西部,Ra区域的油藏拥有最好的岩石物理性质,且厚度高达150m。
基于油藏性质和沉积条件,Ra区域又被进一步细分为5个子区域:
D1,ID,D2,D3和D4。
井F是阿尔及利亚连续油管-欠平衡钻井公司第6口重钻的井。
在D1和ID层,由KOP开始,连续的进行欠平衡钻井,成功钻进363m的距离,从靶点开始的话是303m。
最终效果良好,由于欠平衡钻井的影响,与补偿井相比,钻井时钻速显著提高,试井时油井产能显著提高,并且油藏特性也得到了改善。
在油藏压力适合运用欠平衡压力钻井技术且使用单相或多相钻井液的成熟地区,欠平衡和连续油管钻井技术的组合,已经被证明是成功钻好水平重钻井的可行性方法。
这个地区的成功经验证明了这两种技术的组合确实可以带来很多好处,并且这个经验使得钻井成本与提高产能之间产生了极好的平衡。
例如,由于管接头的消失,钻进速度的增加和传统钻井问题的预防(如钻井液滤失,粘附卡钻,钻头寿命增加以及要达到盈利产量的钻进时间和钻进距离的减少),用连续油管钻进的短半径重钻井的钻进成本大大减少。
对于哈西迈萨乌德地区的连续油管欠平衡钻井的策划和实现,本文描述了其技术基础,并且强调了在阿尔及利亚实施这项特殊而又成功的应用期间所面临的操作上的关键因素和挑战。
介绍
在哈西迈萨乌德地区的边缘地带,尤其是1A,1B和1C区(图2)中的寒武纪油藏中钻井的话是一个巨大的挑战,这主要是因为以下几方面的原因,有油藏物理性质的复杂性,超低油藏压力以及极硬且具有研磨性质的砂岩和石英岩地层(大约为15000-35000磅/平方英寸),这种地层与大量的垂直和子垂直裂缝相连,将油藏与更深的裂缝连接了起来,这也导致了由于地层中盐饱和水产出而相关联的一些问题。
许多在那个地带所钻的垂直井已经有超过30年的历史了,并且大部分的井自从钻了之后就关了。
这是在哈西迈萨乌德地区第一次运用连续油管-欠平衡钻井技术。
运用该技术的井是从该地区西部一批已经关掉的直井中选出来的,并且现在已经下了完井管柱和生产套管进行生产。
在哈西迈萨乌德地区,加速油藏开采的过油管重钻的井数量越来越多,这也体现了连续油管-欠平衡钻井技术的重要性。
原始油藏压力为6860psi,平均渗透率从0.5到1.0毫达西不等,但是在有开放裂缝的地方,平均渗透率会达到1000毫达西。
所产石油为43.7-45°API标准的石油,原始平均气油比为200,地层温度约为120°。
直到1964年时,采油机理还是使温度在泡点温度值上。
在1965年,注气开采和注水开采才开始运用到采油之中以提高产量。
原始油井F钻于1970年九月份,采用4½\u8221X割缝衬管和油管,以裸眼完井的方式完井。
开始的油气井中途测试结果为9.5m3/hr,油藏压力为4864psi。
在2005年又进行了一次压力测试,结果为2360psi,将此压力作为油藏末期压力。
在2006年8月份,这口井在D1/ID层运用水平过油管技术重钻,目标井段总垂直深度3402米。
在2006年,井F是哈西迈萨乌德地区成功应用连续油管-欠平衡重钻技术的井之一。
要达到预计地层压力(2360psi),必须要用到多相流体来诱导,其中液相为原油(API标准45º,比重0.80),气相为氮气。
项目目标
这个项目的主要目标就是,用水平过油管重钻技术,使已关的直井能够恢复甚至提高产油量,并且通过利用欠平衡钻井技术的优势,在钻井和测试油藏流动的时候,能够更好的实时的对油藏产油带进行评价。
将连续油管技术与欠平衡钻井技术联合起来实施操作是由以下几个方面原因的,第一,在钻遇弯曲部分期间,7寸套管鞋与目标垂深和造斜率会很接近;第二,生产套管尺寸很小;第三,地层极硬且具有研磨性,且使用传统钻井技术会损害原有地层。
为了实现该项目目标,计划不再使用过油管技术,而采用欠平衡钻井技术,在该寒武纪油藏中使用连续油管进行水平侧钻,主要是在Ra层进行。
根据地质复杂性,所钻目标长度大约为400米。
选井标准
依据下面三个标准来选择井:
1-机械标准
设定从寒武纪层顶部到目标层顶部距离为35米,最大造斜率为55º/30米;
完井与造斜器的尺寸吻合;
良好的油藏结构。
2-石油物理标准
地层岩性评价;
石油物性评价。
3-油藏标准
油藏压力最低值为2130psi(3.68ppgEMW);
油井和补偿井的气窜水窜;
有裂缝,水平和短半径补偿井;
试井解释。
地质/油藏特征
从地质上来讲,应该在寒武纪Ra层的砂岩区进行侧钻。
这些砂岩是各向异性的。
但是期间也会有页岩夹层,其厚度在1到5米不等且侧向延伸可达到30米。
Ra层平均深度3400米,覆以尾管。
Ra层的特征决定于其石油物性(孔隙度,渗透率以及泥质含量),正是这些特性影响了产量。
Ra层进一步分成5小层,各小层产量各不相同,分层标准是依据砂岩与页岩透体相对整体的比例。
砂岩层极硬且具有研磨性,同时由于在井底钻头振动以及钻头性能差的缘故,最终导致连续随钻测量失败。
油藏是有压力的,因此有裂缝的话会造成损失,同时也会损害地层。
泥浆的漏失会加大裂缝,从而导致地层水的侵入。
为了减少地层损害,提高钻井效率,欠平衡钻井就成了该项目的整合的一部分。
钻井步骤
钻井步骤可以分为基本的三步:
1.使用造斜器套管开窗:
用三种不同类型的完井管柱完井;
a.使用4½\u8221X巩固衬垫套管开窗:
为了能使用4½\u8221X巩固衬垫套管开窗,用一个大口径的封隔器将造斜器锚固在井筒中。
将测量工具下到井眼中测量封隔器的精确方位。
根据测量信息,将定向的销爪组件下到凹面的底部与方向相配合。
这个时候,造斜器和铣鞋组合就可以在井眼里应用并锁到与套管封隔器里面相配合的侧面。
一旦组合锁紧,造斜器就会自动面向我们所期望的方向。
b.使用4½\u8221X有槽的不粘合衬垫套管开窗:
在这种类型的套管开窗中,衬垫首先用水泥紧缩固结,然后钻穿水泥,使造斜器固定,在设定之前,电动机和在卷轴上的螺旋工具会使造斜器的凹面指向我们所期望的方向。
c.使用5寸有槽不粘合衬垫套管开窗:
对于这些井,会用到一些锚定组合,并在测量之前用水泥固定住。
造斜器的工作方式和b一样。
已打开的窗口的磨铣使用钻石以及西瓜皮铣柱单向进行。
老井F符合“b”,套管出口穿过5寸有槽不粘合衬垫,设定总垂深为3440米。
原有井以及侧钻井的结构示意图如图3所示。
2.根据操作者预期目标压控钻井造斜率和靶点
使用转向陀螺仪和3¾\u8221X单牙轮/三牙轮钻头,用低转速-高力矩马达进行钻进。
马达的转动角度根据需要进行调整。
项目计划用两个单牙轮钻头进行钻进,可以用多相流体的单相来诱导产生欠平衡状态。
但是在哈西迈萨乌德地区的某些地方有疏松的页岩部分,所以为了避免井眼中一些问题的发生,不会在欠平衡的状态下造斜。
随钻测斜仪在钻头以上4.5米处。
3.根据操作者的说明压控钻单一水平/斜井至一定深度
在底部钻具组合上安装助推器,使用3¾\u8221X金刚石钻头和高速马达进行开窗侧钻。
助推器将随钻测斜仪推离钻头1米,这样的话测量数据总共会有5.5米的滞后时间。
由于井斜角和方位角是无法预料的,所以在侧钻的时候这种方法是可以接受的。
设备和服务
1.连续油管钻机
为了完成目标要选用合适的钻机,新型的连续油管钻机采用23/8英寸油管,里面有毛细管和电子线。
钻机重达200吨,装备有两个液压注射器,具有100吨的连续举升能力,还装配CAT马达以及半导体控制整流器,这位设备提供了电力支持,另外,还装配有两个三缸泥浆泵。
油管控制室用来控制注射器和油管卷轴,且完全是液压自动控制。
对于井的关键参数,它具有油管寿命监测能力以及综合显示系统。
所有主要的负载都用拖挂车拖挂一边在沙漠条件下能够快速移动。
钻机占地面积和其他相似吨位的钻机的占地面积差不多,钻机的安装可以在现有地面上进行。
2.压控服务
压控钻井服务项目包括为压力控制,氮气的产生分离储存以及钻井液净化提供设备。
使用计算机基础流动模型来测量和分析流动参数。
3.套关开窗服务项目
包括准备套管开窗需要的卡瓦封隔器,造斜器以及铣削仪器。
4.定向钻井服务项目
包括井下动力钻具以及定向钻井服务设备的准备。
5.随钻测斜仪和服务项目
包括随钻测斜仪及其配件的准备。
仪器由随钻测量机组人员进行维护。
6.钻头
该项目尝试使用了三个不同制造商制造的钻头。
钻头的选择取决于所钻的地区特征以及钻头性能。
钻井液的选择
在欠平衡钻井过程中用到了很多种钻井液系统,其中包括空气,雾,泡沫,汽化液体以及纯液体等。
首先根据地层孔隙压力和深度进行钻井液系统的初选。
先假定D1和ID层的当量钻井液密度为4.06ppg,注入D1/ID层原油(比重为0.8)和氮气即可达到欠平衡状态。
由于这是一口油井,因而油基钻井液是最佳选择。
如果不打到欠平衡状态的话,使用水基钻井液系统会增加乳化的难度,也会面临油水地面分离的问题。
与柴油相比,原油是最简单,合适和划算的液体基质,它可以在压力瞬变和流体侵入时最大限度的减少地层损害。
流动模型
作业范围-井底循环压力
可以在钻井液中加入气体来降低钻井液密度,从而最终达到欠平衡状态。
当油藏压力大于钻井液的静液压力时,便达到了欠平衡状态。
基于这种油藏压力,以及这种不平衡的状态和地层特征,油藏流体就会持续的流向井底。
慢慢的就会形成持久的欠平衡状态,并且在整个钻井过程中,需要维持这种欠平衡状态。
在设计钻井液循环系统时,需要有一个具体的标准,以满足欠平衡钻井时要达到的所有目标。
欠平衡钻井液循环系统的设计需要考虑的以下标准:
#井底压力:
在整个钻进过程中,井底循环压力必须完全控制在持续稳定的欠平衡状态下。
#环空流速:
液相环空流速必须足够大,以便能有效的携带井底岩屑。
#马达吞吐量:
单相或者等效多相压缩流体体积不能超过井下马达的作业规格。
#地面分离设备:
油藏中的流入物必须加以控制,要考虑到地面分离设备安全操作时的容量,以及设备额定压力和管道腐蚀的局限性等问题。
基于这些标准,便定义了欠平衡钻井窗口,建立了合适的钻井液循环系统。
在井底欠平衡的状态下,通过采用不同的原油注入速率,多相水力计划阶段检测了不同含氮比率的影响。
在没有油气产出的情况下(最坏的情况下),这种水力模拟在总预计深度处已实现(见图4),并且被称为作业范围。
井下马达最大吞吐量也就是最大等效液体体积也会得到评估,如图5所示。
在欠平衡钻井时所要满足的约束条件要搬到操作台面上来。
这些约束条件包括:
钻头处最小和最大压降以确保井中的欠平衡状态,同时最小化邻井的压降影响;在井的竖直和水平部分最小化环空流速;最大化井下正排量的上限值。
从最初的水力模拟,直到在目标深度达到欠平衡钻井状态,建议用50psi的反向压力以180l/min注入原油,以26m3/min注入氮气。
最合适的注入速率会产生20%的压降(1890psi),有效清洗井底的最小流速,以及不超过井下马达运作范围(413l/min)的等效液体体积。
井眼净化模拟
在水平井中,井眼净化是一个很重要的问题。
因此,在粘度比较低的情况下,流速便成为了控制循环系统运输固体颗粒能力的关键参数。
使用标准是根据操作经验基于环空流速而定,即直井部分环空流速为55m/s,水平井部分为65m/s。
根据需要净化的程度,井眼净化也是一个令人关注的问题。
平常多进行适当的井眼清洗,比如通井和使用高粘清屑泥浆,都会降低严重清洗问题的发生。
岩屑运载比是另一个用来评价井眼清洗效率的参数,其定义为岩屑的实际上返速度与环空流速之比,直井部分为0.7和水平井部分为0.9是最佳值。
通过使用专门的水力模拟,图6便绘出了速度和岩屑运载比。
用于欠平衡钻井模型的设计参数可以概括如下:
钻井液:
原油为基质(比重0.8);
流体注入速度:
100-220l/min;
注气速度:
0-40m3/min;
井口压力:
50psi;
油藏压力:
2360psi;
最小压降:
10%;
最大压降:
20%;
最大马达等效流量:
460l/min;
水平部分最小环空流速:
65m/min;
竖直部分最小环空流速:
55m/min;
连续油管和底部钻具组合尺寸:
23/8英寸和31/8英寸。
结果
井F是运用连续油管-欠平衡钻井技术,于2006年在阿尔及利亚哈西迈萨乌德地区连续第三口成功钻成的井。
该井从3360mMD(3360mTVD)的侧钻点开窗侧钻,采用3¾\u8221X连续油管钻开水平部分,一直钻到3723mMD(3405.2mTVD)处,为了防止套管窗处页岩侵入,最初采用过平衡钻井。
裸眼部分是从3525mMD到3723mMD处,总长198米。
由于考虑到效果良好以及超过了工程周期,因而没到预计目标3723mMD便终止了。
井底循环压力
由于套管窗外页岩的存在,使得压降很有限,在钻达3525mMD前使用的单相钻井液。
随着水平部分钻进长度的增加,滤失量也越来越多。
当循环滤失达到7m3/hr时注入氮气。
氮气注入速度由733/min一直加到24m3/min。
最终井底循环压力为2552psi。
钻井时的产出液
在钻到3705mMD前是没有产出液的。
在钻到3705mMD后,为了维持地面足够的钻井液量,需要用到768.3m3的原油注入。
在钻到3705mMD处后,钻井液就会以6.5m3/hr的小流量循环至地面,其溶解气油比为138.5m3/m3(如图7所示)。
机械钻速和井眼净化
钻井液为两相时,运用连续油管钻井技术,井F的平均机械钻速是2.44m/hr,而在同一口井中过平衡钻进时,机械钻速仅为1m/hr。
这说明欠平衡钻井技术能提高机械钻速,从而节省钻进时间。
实时机械钻速和平均机械钻速见图8。
在欠平衡钻井过程中,没有发生由于井底岩屑累积而造成的井眼问题。
在大多数的时间里,水平部分环空流速为100-110m/min,竖直部分环空流速为95-105m/min,都比所推荐的最小流速(水平部分65m/min,竖直部分55m/min)要大,没有发生需要井眼清洗的问题。
流量试验
流量试验是这样进行的,使井处于100%开放程度,以17m3/hr的速率注入氮气驱。
以超过8小时为一周期,试验结果为产油速率14.4m3/hr,溶解气油比106.2m3/m3(见图9)。
然后起出油管并关井9.5小时,关井9.5小时候关井压力达到582psi。
当开井时,压力稳定在159psi,并在井恢复生产的接下来的13个小时内逐渐上升到199psi。
这期间的产油速率为21.2m3/hour,溶解气油比为138m3/m3(见图10).总产油量为260.1m3。
性能评价-问题与对策
钻遇弯曲井段时钻头-马达不相容:
高转速马达与三牙轮钻头不相容,最终导致钻头过早失效。
使用31/8英寸低转速-高扭矩马达可以解决这个问题;
振动过度:
振动过度导致了随钻测量的失败和金刚石钻头因寿命减少而过早的失效。
随着钻头钻入地层引起破坏性震动,重心转移到了水平管部分。
使用大直径马达(将27/8外径换成31/8外径)可以是底部钻具组合更平稳因而减少振动。
在底部钻具组合中引入“助推器”之后,弦振动明显减小了,提高了钻头的寿命。
助推器是一种井下工具,可以在钻井时提供泵动力来应用水力钻压。
助推器也可以转移钻柱的重心,减轻马达的振动。
它还能提高金刚石钻头寿命,使一个钻头在水平段钻150米成为了可能。
随钻测量失败:
尝试使用了一种新型的更坚固的随钻测量工具,配有更好的稳定器和更先进的电子设备,从而改善了随钻测量的性能。
钻头性能:
尝试使用了3¾\u8221X单牙轮钻头,钻头寿命提高明显。
所有指数保持很好且没有钻头失效。
钻头按期望的造斜率钻进,钻进时方向控制的很好。
31/8寸低转速马达和单牙轮钻头的组合减小了振动,降低了随钻测量失败的可能性。
结论
连续油管-欠平衡钻井技术的组合应用已经在这口井中获得了成功。
机械钻速得到提高(欠平衡钻井的机械钻速是2.44m/hr,而过平衡钻进第一部分时时,机械钻速仅为1m/hr),并且从生产的角度来看,重钻井在哈西迈萨乌德地区的产量确实好。
现场应用的成功证明了合理规划设计的正确性。
钻井时维持欠平衡钻井状态,使用D1/ID层原油(比重0.8)和氮气作为多相钻井液系统。
在欠平衡状态下钻了198米。
在欠平衡钻井过程中没有发生井底岩屑累积现象。
使用连续油管技术按所需造斜率钻短半径井是可以实现的,本文中以3¾\u8221X油管钻了363米长的距离。
在哈西迈萨乌德地区实施这个项目之后,就已经证明了,在用多相钻井液使油藏压力能诱导产生欠平衡状态的地区,连续油管-欠平衡钻井技术是成功钻好水平重钻井的可行性技术。
鸣谢
对于该文章被允许发表,作者对阿国家石油公司和威德福国际有限公司的管理人员表示由衷的感谢。
同样对这两大公司内部对这项工作做出贡献的人表示感谢。
参考文献
1.Moore,D.,Bencheikh,A.,andChopty,J.(2004):
“DrillingUnderbalancedinHassiMessaoud”,SPE/IADC
91519.
Moore,D.,Bencheikh,A.,andChopty,J.(2004):
“在哈西迈萨乌德欠平衡钻井”,SPE/IADC
91519.
2.Durst,D.,Hart,S.,Brown,W.,(2001):
“Drilling,
Completion,IsolationandThruTubingRe-entryof
MultilateralsinHardOpenHoleFormations”,OTC
13285.
Durst,D.,Hart,S.,Brown,W.,(2001):
“在硬地层裸眼井段的钻进、完井、分离和连续油管侧钻技术”,OTC
13285.
3.IADCUnderbalancedandManagedPressureDrilling
OperationsCommittee“IADCFluidselectionfor
UnderbalancedOperations”,adoptedbytheIADCboards
ofdirectorsAugust2005.
IADC欠平衡钻井压力控制委员会“IADC欠平衡作业钻井液选择”,IADC董事会收录,2005.8。
附录
Figure1:
HassiMessaoudfieldlocation
图1:
哈西迈萨乌德油田地理位置
Figure2:
HassiMessaoudfield,producingzones
图2:
哈西迈萨乌德地区产油带
Figure3:
Originalandre-entryWellFconfiguration
图3:
老井和侧钻井结构图
Figure4:
EquivalentLiquidVolume–Maximummultiphasefluidthroughthedownholemotor
图4:
等效液体体积-通过井下马达多相流的最大值
Figure5:
Multiphasefluidinjection–OperatingEnvelop
图5:
多相钻井液注入-作业范围
Figure6:
VelocityandCuttingTransportRatioprofile
图6:
流速和岩屑运载比
Figure7:
WellF–Cumulativeproduction
图7:
井F-累计产油量
Figure8:
WellF–Rateofpenetration
图8:
井F-机械钻速
Figure9:
FirstFlowtest
图9:
第一次流量测试
Figure10:
SecondFlowtest
图10:
第二次流量测试
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 平衡 钻井 技术 连续 油管 翻译