定向射孔技術在適度出砂管理中的應用

1、第 2 8卷 第 5期 Vo l28NO5鉆 采 工 藝 I ) RI L L I N G ＆ P R 0I ) UC TI ONI ' E C HN OL OG Y·3 5·定 向射孑 L 技術在適度 出砂 管理 中的應用 田紅 ， 鄧金根 ， 王治 中， 周建 良( 1中國石油 大學石油 天然 氣工程 學 院巖石 力 學 實驗 室· 北 京 2中 國海 洋石 油研 究 中心 )摘 要

2、 ：在適度 出砂管理 中成功實施定向射孔 ， 需要 一系列的地質力學分析和設 計工具 來評價地層 出砂可能 性 、 帶砂生產(chǎn)風 險 、 優(yōu)化安全界限等。并 要有新 的定 向工具保 證定 向射孔精 度。介紹 了地質 力學理論 在確 定地應 力 、 預測不 同應力方 向上 射孔 的臨界壓差和 出砂量方 面的研究進展 、 新式 定向射孔工具 的定 向精度 及其應用 情況 ，提出了我國如何開展疏松砂巖油藏定向射孔適度 出砂 管理 的研究模 式

3、。該 方法可 以有效避 免礫 石充填 防砂成本 高 、 工 藝 復 雜 、 表 皮 系 數(shù) 高 等 不 利 因 素 。 認 為 我 國 開 展 該 項 研 究 ， 對 于 實 施 弱 膠 結 地 層 “ 適 度 出砂 、 優(yōu) 化 產(chǎn) 能 ” 具 有 廣 闊 的 應 用 前 景 。關鍵詞 ：弱膠結砂巖 ；非均 質地層 ；出砂管理 ；定向射孔 中 圖分 類號 ：TE3 5 8 、 I文 獻 標 識 碼 ：A文 章 編 號 ：1 0 0 6—

4、7 6 8 X ( 2 0 0 5 ) 0 5—0 0 3 5—0 3弱膠 結易 出 砂 油 藏 防砂 需 要 昂 貴 的完 井 費 用 ，并會 加劇 地層 傷 害 ， 降低 油 井 產(chǎn) 能 。而適 度 出砂 管 理 作為適 當放 大 實際許 可 出砂量 安全極 限 的綜合 協(xié) 調技 術 ， 采用 定 向射孑 L 、 選擇 性射 孔等 手段降 低地 層 出砂 風 險 ， 既能 減 少 保 守 的 防砂 方法所 需 要 的費 用 支出 ，

5、 又 能通 過不 斷 的井眼 凈化提 高油 井產(chǎn) 能 ， 它 是 一 個 作業(yè) 概念 l lE 2 ] 。我 國海 上 和 陸上 弱 膠 結 易 出 砂 油 氣 田分 布 廣 泛 ， 普遍 采用 傳統(tǒng) 的礫 石充 填防砂 方法 ， 增加 了完 井 費用 ， 并 限制 了 油井 的產(chǎn) 量 。 隨 著地 質力 學 研 究 理 論 的逐漸 成熟 和 定 向射 孑 L 工 具 精 度 的提 高 ， 使 定 向 射孑 L 技術 在弱 膠 結 易

6、出砂 地 層 “ 適 度 出 砂 、 優(yōu) 化 產(chǎn) 能 ” 科 學 化管理 方 面 的優(yōu) 勢 越 來 越 明顯 。本 文 論 述 了定 向射 孑 L 技 術在 弱膠 結砂 巖油 藏實施 適度 出砂 管 理 中的 應用原 理 、 范 圍及 效 果等 ， 并對我 國開 展定 向 射孑 L 出砂 管理 的模 式提 出 了建議 一、 地質力學理論研究進展 為 定 向射 孔 提 供 了基 礎 目前地 質力 學理 論研 究 已能準 確確 定地 應力

7、大 小和方 向 ， 預測 不 同 應力 方 向 上 射孑 L 的臨 界壓 差 和 出砂量 ， 為定 向射孑 L 提供 了科 學依據(jù) 。1 ． 地 應 力 大 小 及 方 位 的 確 定 確 定 地 應 力 大 小 和 方 位 是 實 施 定 向射 孔 的基 礎 。地 應力 是客 觀 存 在 的巖 石 內應 力 ， 來 自于上 覆 地 層 的 自重和地 質 構造運 動。對 于不 同井 深及 不 同 力 學性 質 的地 層 ， 其 地 應

8、力值 是不 同 的。 用 于研 究 地 應力 的方 法很 多 ， 油 田地 應 力 研 究 主要 有 以下 方 法 ： ( 1 ) 應 用構造 地 質力 學方 法研究 地 應力 的相 對大 小 及大 致 方位 ； ( 2 ) 應用井 壁 崩落法 確 定最 大水 平主 地 應力 的方 位 ； ( 3 ) 應用 現(xiàn)場 完整 的破 裂壓 力 實驗 曲線 確定 最 小水 平 主地應 力 大小 ； ( 4 ) K a i s e r 效 應 試驗

9、 確 定水 平 主地 應力 大小 ； ( 5 ) 應用 壓裂 井井 下 電視確 定 最小 水 平主地 應 力方位 。下 面 應用地 質 力學理 論 對海上 某 油 田地 應力 的 相 對大 小及 方位 進行 了確 定 。該油 田凹陷構 造沉 積 的控 制 斷層 為近 東 西 走 向的 主斷 層 ， 凹 陷長 軸 方 向與控 制 斷層 近似 平 行 ； 凹陷 沉 積 過 程 中近 似 沿 凹陷 短 軸走 向斷裂 ， 形成 正斷 層 ， 表

10、 明該 油 田主要 受 重力 沉積 正 斷層控 制 ， 斷層 的走 向應 近 似垂 直 于水 平 最 小地 應 力 方 向。依 據(jù) An d e r s o n關 于斷 層 與 主 地 應 力之 間關 系的分 析 以及該 油 田構 造 的發(fā) 育 歷 史 ， 可 以初 步 確定該 油 田的應力 大小 和方 向 ：( 1 ) 凹陷沉積 過程 主要 受重 力正 斷層 控 制 ， 因此 三個 主地 應力 之 間滿 足關 系 ： 上 覆 應力

11、>水 平最 大地 應 力 H >水平 最 小地 應力 。( 2 ) 最 大水 平 主 地 應 力 方位 近似 平 行 于 沉 積過 程 中形 成 的 正 斷 層 走 向 ， 最 大 水 平 地 應 力 方 位 在 收稿 日期 ：2 0 0 5—0 3—2 9 ；修 回 日期 ：2 0 0 5 —0 8—0 8*中 國海 洋 石 油研 究 中心 2 0 0 4年 科 技 攻 關 項 目部 分研 究 成 果 ， 項 目編 號 ：

12、 C NO OC R C一2 0 0 3—0 0 6作者簡介：田紅 ( I 9 7 0一) ，2 0 0 3年畢業(yè) 于江漢石油學院油氣井工程專業(yè) ， 工學碩士 ， 工程師 ， 現(xiàn)為石油大學f 北 京) 油氣井工程專業(yè)博士研 究生， 主要從事油氣井巖石力學研 究工作 。地址 ： ( 1 0 2 2 4 9 ) J t ~ , 昌平 ， 電話 ： 0 1 0—8 9 7 3 3 9 I 1 轉 2 0 ， E—ma i l ：t i a n

13、 h o n g l i a n 7 0 @1 2 6 ． c o r n 維普資訊 http://www.cqvip.com 第 2 8卷 第 5期 VOI2 8NO5鉆 采 工 藝 I ) RI II ． I(＆ P R ODU ( 、 TI ONF E C HNOl0GY·3 7·段時 的 方位 偏 差 為 6 。 或 更 小 ， 這 表 明 Or i e n t X a c t的 旋轉 短 節(jié)和槍 架

14、設 計能 滿足 嚴重 狗腿 度情 況下 的定 向 射孑 L 現(xiàn) 場應 用要 求 。為了優(yōu) 化定 向射孑 L ， 除 了射 孔方 位 ， 還 需要 考慮 包括 地層 損 害 、 射 孑 L 彈 穿 透 深度 、 彈 藥化 學 性 質 、 引爆 后 的碎 屑 以 及 射 孑 L 環(huán) 境 下 流 體 的化 學 性 質 等 因 素 ：其它 相關 工 藝 還包 括 負壓 射 孑 L 和選 擇 性 射 孑 L 。負 壓射孑 L 是 優(yōu)化完 井 射孔

15、 中被最 廣泛 接受 的一 項技 術 ：這 種方 法是在 射孔 前 建立一 個低 于相 鄰地 層壓 力 的井筒 靜柱 壓 力 ， 射孑 L 后 井 眼附 近 壓 力 的降 低 導 致 發(fā)生 泄流 ， 可 以減小 射孑 L 破碎 帶 的損 傷 程度 ， 并將 部 分或 全部 射孑 L 殘 余物 帶 出射孑 L 孑 L 道 。選擇 性 射孑 L通 過避 開強 度較低 的井 段 ， 也可 以提高 生 產(chǎn)壓差 。將 定 向 射孔 技 術 與新

16、穎 的 聚能 射 孑 L 彈設 計 、 動 態(tài) 負壓技 術 、 實時 深度 對 比 、 安全 系統(tǒng) 以及 方位 確認 裝 置結合 起來 ， 保 證 了定 向 射孑 L 的成 功 并 提 高 了射 孑 L 效 果 ：三 、 定 向射孑 L 技術在 出砂 管理 中的應 用效果 我 國 目前 尚未 見定 向射 孑 L 技 術在 出砂 管理 應用 方 面的報 道 。國外 油 田利用 定 向射孑 L 技 術來 優(yōu) 化復 雜 環(huán)境 條件下 的 油氣

17、井 產(chǎn)能 、 減少 地層 出砂 ， 降 低完 井總 費用 ， 取 得 了很 好 的 效 果 l 3 一 。2 0 0 1年 ， 一 個 大 石油 公 司報道其 全 世界產(chǎn) 量 的 6 ( ) ％( 約 3 1 7 ， 8 0 0m3當量 原油 ／ d ) 是從 需 要 不 同程 度 出砂 管理 的油 田生 產(chǎn) 的：作業(yè) 者通 過 隨鉆測 井或 電纜 測井 收集 大量 有 關地層 組成 、 分層 和 應力 方 向 的 資料 判 斷 儲 層

18、 出砂 的可能性 。對 應 力 各 向 異性 和可 能 出砂 的儲 層 ， 綜 合應力分析建模 、 射孑 L 槍傳送技術 、 射孑 L 工具和射孑 L彈設計 、 以及射孔 后評 價 等 ， 對 完井 和油 井產(chǎn)能 進行 總體優(yōu) 化 。1 9 9 9年 ， 一 個大 石 油 公 司在 委 內瑞拉 Ma r a c a i ～b o湖 始新世 C儲 層 遇 到 嚴 重 出砂 問 題 。該 儲 層 強 度較 高 ， 地 層致 密 ， 但 由于

19、 復 雜 的地 質 構 造 環(huán) 境 ， 有 很高 的原 地應 力 。通 過 在最 大應 力方 向進行 定 向射 孔 ， 作 業(yè) 者使 平 均 出 砂量 從 4 0g ／ m原 油 降 到 平均 6g ／ m 原油 以下 ， 使 出砂 含量 降低 了 8 5 ％以 上 ：采 用 定 向射孑 L 技 術 的頭 4口井的產(chǎn) 量比油 田平均 產(chǎn)量 高 3 0 ％：這 表 明恰 當?shù)?應 用 定 向 射 孑 L 可 以大 大 地 降 低地層 出

20、砂 ， 提 高油氣 井 產(chǎn)能 。北 海 Vi s u n d油 田早 期 油 氣 井 生產(chǎn) 情 況 比預 計 產(chǎn)能 低 ， 為此 ， Hy d r o公 司評 估 了射 孑 L 技 術 對該 油 田出砂和 油氣井 產(chǎn) 能的影 響 。該油 田儲 層地質 條件 復 雜 ， 由滲透 率 ( 3 0 0 ～30 0 0 ) ×1 0m。 ， 單 軸 抗 壓 強 度 5 ～2 0MP a的弱砂巖 組 成 。地 質 力 學研 究 表 明

21、，當炮 孑 L 方 向 偏 離 最 大 主 應 力 方 向 不 超 過 2 5 。 時 ， 炮 孑 L 可 以保持 足夠 的 強度 。2 0 0 3年 ， V i s u n d油 田 已有 8口井 ( 7口生 產(chǎn) 井 和 1口注 入 井 ) 采 用 Or i e n t X a c t定 向 射 孔 系 統(tǒng) 結 合 負 壓 射 孑 L 技 術 成 功 地 對 1 5 0～7 0 5F n不等 的凈 產(chǎn)層段 進 行 了射孑 L 。 定

22、向射 孑 L 方 位 偏差僅 為 5 。 ， 是 最 佳射 孑 L 方 位 允許 最 大偏 差 1 0 。 的 一 半 ， 定 向射孑 L 的實 施減 少 了地層 出砂 ， 并 使產(chǎn) 量 比 原先 提高 3 ～6倍 。定 向射 孔 出砂 管 理 模 式 產(chǎn)能優(yōu)化 全儲 層 段 射 孔 ： 產(chǎn) 能最 大 化 限制射孔段 ： 減少出砂 、 延緩產(chǎn)水 出砂 風 險 評 價 射 孔 優(yōu) 化 廣 I D S T測試J = = 二 =

23、= = = = = 二 = = = =一f 『 探 測 ： 井 孔 安 裝 出 砂 探卜 - {蘭 蘭 = 一一 H先導射孔 I == 二 二 = = = = 二 二 = 二L 1 炮孔清砂 廠 1 L O T試驗結果地 應 力 大 小 及 方 向巖石 強 度評 價 堡型里 堡型面麗 面 現(xiàn)場描述巖心硬度 和松 散 情 況 強度實驗： 單軸和 圍壓 測井資料預測強度和校正 些 墨塑 墾型!!- — — — _ 不同應 力方 向上l

24、 臨界壓 麗I 莖 堡 型慟 方向 上出 砂量預 測 選 擇 射孔 段 對射孔段 定 向射孔 優(yōu)先射 孔 工 藝 避 開最 弱 強 度 剖 面 避 開油 水 界 面 避開油藏頂部 防止 油井 產(chǎn)能 降到經(jīng) 濟 極 限 以下 沿 最 大 主 應 力 方 向射 孔 相位依據(jù)地層條件帶砂生產(chǎn) 射孔方式和射孔工藝 定 向射 孔 裝 置 精 度 圖 3實施出砂管理定向射孔工藝流程 北 海北 部 的 Ri mf a k油 田的 開發(fā) 中 ， 優(yōu)