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苏北薄层疏松砂岩稠油油藏开发技术对策

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苏北 薄层 疏松 砂岩 油油 开发 技术 对策
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2009年9月 试 采 技 术 北薄层疏松砂岩稠油油藏开发技术对策 吴志良 张 勇 蒋永平唐人选 (中国石化华东分公司采油厂) 摘 要 近年来随着苏北溱潼凹陷斜坡带勘探力度的加强,稠油低品位油藏成为 新增发现储量的主要增长点,北汉庄一华港区块垛一段油藏为典型的薄层疏松稠油油 藏,层薄、出砂、油稠的特点制约着开发效果,油藏采油速度低,含水上升速度快, 针对低效的开发状况,通过应用水平井开发技术,从水平井设计、完井方式、酸化解 堵、举升工艺及降粘技术等方面进行综合研究,形成了一套适应此类油藏开发技术系 列,并得到了较好地推广应用。 关键词 薄层 稠油 出砂 水平井 绕丝筛管 泡沫酸化 螺杆泵 乳化降粘 近年来,随着石油工业的迅猛发展, 国际油价的不断攀升,使得许多复杂的低品 位油藏具备了经济开发效益,薄层疏松稠油 油藏也属其中一类,原油地下粘度高、油层 厚度薄、岩性疏松,成为这类油藏的主要特 点,也给油田开发带来了巨大挑战。目前大 量理论和实践证实了水平井的合理使用可提 高薄层疏松稠油油藏的开发效果,该文重点 阐述了应用水平井开发北汉庄一华港区块垛 一段薄层疏松稠油藏的成功经验,从井位设 计、完井方式、近井解堵、举升工艺及原油 降粘等方面综合研究人手,形成了一套适应 此类油藏开发技术系列,为苏北薄层疏松稠 油藏的高效开发提供了技术对策。 1薄层疏松稠油油藏地质特征 北汉庄一华港区块垛一段油藏为典型的浅 层疏松砂岩稠油油藏,油藏构造位置处于苏 北盆地溱潼凹陷西部斜坡带,主要受北东向 反向正断层控制,其中华港区块垛一段储层 受地层超覆尖灭控制(图1、图2)。垛一段 储层沉积环境为河流相沉积,因受吴堡运动 影响,下部阜宁组地层遭受剥蚀,圈闭距阜 二段生油岩相对较近,油气运移通道主要为 断层和不整合面,属次生油藏类。 图1北汉庄区块垛一段油藏顶面构造 北汉庄一华港区块垛一段油藏具鲜明的 地质特点,油藏埋深浅,深度在l 230~1 400 m 作者简介:吴志良,男,1963年出生,高级工程师,1986年毕业于武汉地质学院石油地质专业,华东分公司采油厂副厂长兼总地 质师,主要从事油田生产与科研的管理工作。地址:(225300)江苏省泰州市。 试采技术 之间,且层薄,油层厚度1.O3~9 性 疏松,孔隙度20.1%~33.9%,渗透率(101.43~4 582)×10~ m ,原油陛质表现为油质差、粘度 高,地面原油密度0.956 4~0.961 7g/0℃时 粘度为482.3~1 299 s,属普通稠油类。 油藏边部水体发育,水动力条件好,具 有天然水驱开发条件。 图2华港区块垛一段油藏顶面构造 2开发技术难点 薄层疏松砂岩稠油油藏自身的地质特征 和流体性质使得常规的开采技术无法满足其 高效开发要求,主要表现在以下五个方面。 (1)胶结差,岩性疏松,出砂严重。垛 一段油藏埋深浅,成岩时间短,岩性较粗、 胶结疏松,在钻井过程中,可钻性差,录井 难,很难取到完整的岩芯。在油井生产过程 中,流体流动阻力克服砂粒之间的聚合力, 使油井出砂。在常规的直井或定向井开发 中,因井筒附近泻油面积小,引起近井地层 压力的下降,从而加大岩石颗粒的负荷,造 成岩石剪切破坏,加之,储层的强水敏性使 得水易溶解地层中的胶结物,大幅降低地层 胶结强度,以及高粘原油携砂能力强等综合 因素的影响,加剧了地层的出砂,给开发带 来了较大困难。 (2)高油水粘度比,导致含水上升速度 快。在边底水较活跃的稠油油藏中,因地下 原油粘度高,油水粘度比大,较大的生产压 差易导致边水突进及底水锥进,含水上升速 度快。北汉庄垛一段油藏前期开发特征,初 期含水即达到30%,6个月后含水上升至80% 以上,并一直处于高含水阶段开发,开发效 果差。 (3)岩性疏松,储层易伤害。疏松砂岩 油藏岩性疏松的地质特点,在开发中使得储 层更易受伤害,主要表现为在钻井过程中, 存在着可钻性差,钻井周期长,钻井液滤失 量大等问题;在完井投产过程中,因实施防 砂措施作业,存在着作业周期长、不同类型 工作液浸泡、井下条件复杂等问题;在采油 过程中,存在着因地层压力下降,储层微颗 粒迁移堵塞孑些问题必然会对 地层造成严重的伤害。 (4)出砂、油稠,举升工艺要求高。北 汉庄一华港垛一段油藏为典型的薄层疏松砂 岩稠油藏,岩性疏松,易出砂,油质差,粘 度高,常规的深井泵不能满足举升工艺的要 求。前期北汉庄区块曾引进普通的螺杆泵采 油技术,现场使用情况仍显示适应性差,主 要表现为:杆柱断脱现象严重、橡胶定子磨 损快检泵频次高、停转维护时杆柱出现倒转 现象。 (5)稠油粘度高,地面输送困难。因油质 差,粘度高,不仅制约着井下举升技术,也对 地面集输系统提出了较高要求,华港垛一段油 藏目前处于低含水开发期,原油在集输系统中 粘度高达8 966.0 s(流程温度35℃),致使 螺杆泵电流达~1]14 A,在不采取降粘措施时回 压高达2.5 油输送困难,能耗高。 3开发技术对策 薄层疏松稠油油藏利用直井和常规定 向井开发,由于油层裸露面积有限,加之开 发中面临上述诸多问题,难以取得较好的开 发效果,而在薄层疏松稠油藏钻水平井,可 2009年9月 吴志良张勇 蒋永平等:苏北薄层疏松砂岩稠油油藏开发技术对策 以增大井眼与油藏的接触面积,减小渗流阻 力,因此选择水平井开发更具优势,下面主 要探讨在北汉庄一华港垛一段薄层疏松稠油藏 中应用水平井开发,从井位设计研究人手, 着重研究水平井的完井方式,解堵技术,举 升工艺及降粘技术等,并形成了较适应的开 发技术对策。 3.1水平井设计 北汉庄一华港垛一段储层属河流相沉积, 在水平井设计中主要遵循下列原则: (1)水平井位置:沿河道方向部署,由 于油层单层厚度小,并受地层的超覆尖灭等 地质因素制约,水平井段轨迹尽量位于油层 中上部。 (2)水平段长度优选:结合油藏内部构 造和储层特征,水平段一般在1 50~250 m。 (3)水平段入口点和端点的选择:考虑 到地层的超覆尖灭和稠油的重力泄油作用, 将人口点放在构造中低部,端点选在构造高 部位,以增加水平井的钻遇油层的成功率和 开发效果。 (4)导眼井设计:因目的层薄,以及地 层的超覆尖灭,导致地质不确定性程度高, 先钻导眼井,取完各项资料后回填一定深 度,根据重新落实的目的层顶、底界,修改 原水平段设计参数,其作用主要是引导水平 段进人目的层。 3.2完井方式 前期采取套管射孔完井方式,目的层段 固井质量差,试采期间需经封窜作业,油层 经二次污染,产能较低,如北1—18井,封窜 作业后,日产油仅2 t/产后油井出 砂严重,采取高压充填防砂,易沟通邻近水 层,如华港104—2井,防砂前常规抽汲,日产 油3.4 t/d,含水31%,防砂后机抽投产,日产 水4.59 t/d,无油,表明以直井或常规定向井 为井身结构、套管射孔完井、高压充填防砂 为主的开发工程技术方式已不能满足油藏开 发要求。总结北汉庄区块疏松砂岩油藏开采 经验,同时针对华港垛一段油藏油层较薄、 易出砂的特点,为提高油井产能,由先前产 后被动防砂为完井主动防砂。 完井防砂技术主要采取水平井绕丝筛管 完井方式¨】,成本低,施工简单,针对普通稠 油油藏,适应性强,套管尺寸一般优选7”。 套管结构(自下而上):洗井阀总成+绕 丝筛管+套管+管外封隔器+分节箍+套管至井 口(图3)。洗井阀总成除中心管外,其余全 部随防砂管柱下入井内。 图3绕丝筛管完井水平并井身结构 管柱结构的优点:洗井阀总成配合洗井封 隔器建立套管内外有效循环;利用筛管对地层 进行支撑或挡砂,不再进行固井和射孔,储层 不受固井水泥浆污染,提高了完善程度,增大 了泄油面积; “管外封隔器+分节箍”进行油 层上部固井,减少水泥浆对油层伤害。 结合薄油层稠油储层粒度分析结果,根 据粒度中值设计绕丝筛管的防砂粒径,为保 证防砂有效,设计选择粒径略小于地层砂粒 度中值,确定为0.15~0.20 3.3解堵技术 解堵工艺是技术难点,水平井酸化的难 点在于整个水平段均匀酸化,常规的直井酸 化工艺技术不再满足水平井酸化技术要求。 经过多次试验,最终优选了泡沫酸解堵 技术『2],该技术是在常规复合酸液体系中加 入起泡剂和稳泡剂,通过泡沫发生器与气体 (一般多为N 或混合,形成以酸为连续 相、气泡为分散相的泡沫体系,使得配制的 试采技术 酸化体系兼有泡沫流体性质和酸化能力,然 后注入井筒中,清除地层近井地带酸溶性结 垢物,同时疏通:~绕丝筛管等,提高油 井产能。 泡沫酸化所用酸与通常使用的酸化液 体系可以相同,但其核心不在于酸液体系本 身,而在于泡沫与酸液的联合使用所起到的 酸液分流效果,泡沫能暂堵水平井段的高渗 部位,使得井筒内酸化均匀,避免酸液大量 进入高渗部位,引起地层坍塌。泡沫酸可以 控制反应速度,提高到缓蚀作用。 同时在施工过程中,可以分段塞注入酸液, 通过调整不同段塞的酸液体系,实现全井段 的均匀反应,避免二次污染。 与常规酸化的对比,泡沫酸有下列优 势:利用泡沫的贾敏效应实现暂堵,达到全 井段均匀酸化,解除污染堵塞目的;泡沫液 粘度大,携带能力强;泡沫在孔隙介质中具 有很高的视粘度,调剖能力强;泡沫返排效 果好,对地层伤害小。 3.4举升工艺 针对华港垛一段油藏,油稠以及尽管采取 了防砂措施但地层仍出粉砂的现状,并结合北 汉庄垛一段螺杆泵采油的经验,优选了适应性 强的螺杆泵采油技术『3 (图4),该项举升工艺 具以下优势:适应于原油粘度小于2 000 s, 并对井下管柱结构做了改进,增加了单流阀, 主要用于油管试压、停泵时防液体倒流、抽油 杆反转,同时采用了空心抽油杆避免了频繁断 脱现象。该项技术解决了前期举升中存在的问 题,实现了油井的稳定生产。 (1)管柱结构(自下而上):丝堵+2 / ” 油管+普通筛管+2 / ”油管+固定凡尔(带 球罩)+7 油管锚+螺杆抽油泵+3 /,”油管 +3 扶正器+3 油管+油管挂。 (2)杆柱结构(自下而上):转子+l”空 心抽油杆+镀络光杆。 3.5降粘技术 针对原油物性的不同,一般有两种化学 /——一 — 动头 杆 电控箱 套管 ,,_一油管 堂 /转子 图4螺杆泵采油示惹 降粘方式:一是通过高分子材料改变原油分 子结构从而降低摩擦力;另一种是加入乳化 剂,使含水原油与管壁的摩擦变成水与管壁 的摩擦,最终使摩擦阻力大幅降低。在实验 研究的基础上,优选了乳化降粘技术,在原 油含一定量的水后,油水会发生乳化现象, 含水低时多为油包水乳化液,含水高时多为 水包油乳化液,添加合适的降粘剂可以促使 油包水乳化液转化为水包油乳化液,使原油 与管壁的摩擦变成水与管壁的摩擦,从而实 现粘度的降低,试验结果(表1、表2)。 表1药剂初选过程乳状液情况 油水比 o:30 0 。:60 器 5……5 245 (s)60~C 342 286 142 107 2 692.0 油水比 o:30 … 。:60 器 5……2 2…·7】19㈣ 2009年9月 吴志良张勇 蒋永平等:苏北薄层疏松砂岩稠油油藏开发技术对策 从表1、2可以看出:温度升高粘度降 低,0.2%降粘剂加量,最高降粘率可达 99.9%,最低降粘率也达到91%,掺水50%、 温度为35度仅为2.2 足现场 对原油输送的要求。 4实施效果 2008年在新发现的华港区块垛一段油藏 部署了2口定向井和2口水平井的开发井网, 在水平井的部署和开发的过程中,坚持水平 井设计原则,采用绕丝筛管的完井方式,并 积极采取泡沫酸解堵技术的应用,在举升技 术中,引进新螺杆泵采油技术,辅以乳化降 粘,实现了薄层疏松砂岩稠油油藏的高效开 发。其中华港104一P 井在钻井前进行了导眼井 的实施,提高了钻井的可靠性,采用的套管 直径为5 / ”套管,而华港104一P 井则采用了 7”套管,以华港104一P,井为例分析现场应用 水平井开发的效果。 在构造和地层超覆尖灭得到落实的基础 上,位于油藏内部,华港104一P 井低部位直 接部署了华港104一P 井,完井方式采用7”绕 丝筛管131.62 m+7”套管l 565.89 m,水平 段长206.5 m,钻遇油层厚度124.2 m,垂厚 7.19 m,完井筛管正对水平段油层,水平段的 泥岩层采取同规格的套管封隔,通过替浆, 生物酶、常规酸洗技术先后解堵,抽汲均未 获产能,说明以上措施对该井的污染解堵不 适应,在对储层污染综合分析研究的基础上 优选了泡沫酸解堵技术,针对水平段较长, 防止酸化施工中酸液受地层渗透性非均质影 响,只沿高渗带进入地层,其它受污染井段 不能得到有效解堵,达不到预期效果,决定 采取酸液拌空气注人工艺,泡沫在高渗带起 到桥堵作用,酸液可有效进入低渗带,使酸 液沿水平段较均匀的进入地层,保障最终解 堵效果,同时做到采用的工艺必须保证筛管 强度不被破坏,防砂有效,以及采用优质酸 液、人井液,做好油层保护,不造成二次污 染,并根据华港104一定了最 终酸液配方,对泥浆腐蚀速度在35%以上,完 全可以解除该井泥浆固相侵人伤害。 经抽汲排液见油后,转入螺杆泵机抽生 产,根据实际产能自动调节螺杆泵的转速, 以适应地层供液与机采液量的匹配,在生产 中严格控制生产压差,获得日产油4 t/定产量,动液面250 m,解堵后,开发效果 显著(图5)。在原油集输过程中,针对原油 粘度高,摩阻大的问题,应用了乳化降粘技 术,优化了配方组合后,粘度大幅降低,使 得原油集输顺畅,并迅速得到了推广应用。 一日产油——日产水 一含水率 图5华港1港区块垛一段油藏通过应用水平井开 发这项技术后,取得了较好的开发效果,单 井日产能为普通定向井的1中应用7 套管完井的水平井产能是5”套管水平井的 1.5倍,地层供液更加充足(表3),该油藏自 2008年4月26日投人开发至2009年1月,在地质 储量采油速度达2.1%的稳定开发的状况下, 含水上升率仅为0.41%,实现了华港垛一段薄 层稠油藏的高速高效开发。 表3华港区块垛一段油藏各油井产能对比 井名 类另产(t/d)油 备注 华港104一港104一港104—1定向井 华港104—2定向井 华港104—3定向井 10 0.1 530 55.54 0.15 250 7港104一 4.58 s。。 皇薯 善 1.14 1.78 850 试采技术 随着利用水平井开发薄层疏松稠油藏取 得了成功经验后,2008年底对北汉庄垛一段北 1—14块进行了内部调整,前期相继部署了3口 定向井,因油质差,粘度高,生产不稳定,含 水上升速度快,单井产量低,经调整部署了水 平井,井,本井完井方式采用7”绕 丝筛管251.82 m+7”套管l 500.12 m,水平段 长206.14 m,钻遇油层厚度201.6 m,经酸洗、 衬管防砂后,转螺杆泵机抽生产,获得日产 油6.3 1 t/液面390 m,解堵防 砂后,开发效果显著(图6)。与邻井初期产 能对比,单井日产能为普通定向井的4倍,动 液面大幅提高(表4),不仅产量高,同时解 决了地层出砂问题,而且控制了含水上升速 度,使得应用水平井开发薄层疏松稠油藏及 相关配套技术得到了较好的推广应用。 图6北1一P 井采油曲线 表4北汉庄区块垛一段北1—14井组各油井初期产能对比 井名划胪(t/备注 5结论 (1)水平井开发薄层疏松稠油油藏,适 应性好,较低的生产压差可以抑制边底水的 指进和锥进,以及地层的出砂问题,产能是 定向井的4倍以上,较普通直井、定向井具显 著优势,是开发难动用薄层稠油油藏的有效 方法。 (2)针对薄层稠油藏,水平井的设计原 则可靠性强,导眼井的实施提高了水平井的 钻井精度,减小了钻井的风险。 (3)水平井绕丝筛管完井新工艺解决了 疏松砂岩稠油油藏防砂难题,提高了薄油层 的产能,达到高效开采油藏的目的,为此类 型油藏的开发提供了新的模式和手段。 (4)应用泡沫酸洗解堵技术对长水平段 进行酸化,使油井获得了较高产能,解除了 钻井液、完井液对地层造成的的污染问题, 此解堵技术应用效果好,具较好的适应性。 (5)应用螺杆泵采油技术,提高了生产 的稳定性,有效地解决了油稠、出粉砂的举 升技术难题。 (6)乳化降粘技术的应用,降低了原油 粘度,解决了原油集输问题,节约了能源。 参考文献: …1 左悦滩动用薄层稠油油藏水平井开发实践【J】 特种油 气藏,2005,12(6):48—49,57 【2]关富佳,等.泡沫酸性能影响因素及其应用【院学报,2004,26(1):25—27 、 [3】周艳琼.潭口油田稠油冷采可行性研究[,1999,4(3):16—18 (收稿日期:2009—04—13) 0
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