水平井连续油管拖动选择性酸化工艺

第36卷第6期2014年11月石油钻采工艺OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYVol.36No.6Nov.2014文章编号：1000–7393（2014）06–0079–04　　　doi:10.13639/j.odpt.2014.06.019水平井连续油管拖动选择性酸化工艺徐克彬1　马昌庆2　陈迎春3　陈国梁1　李占省2　周正奇4（1.渤海钻探工程有限公司井下作业分公司，河北任丘　062552；2.华北油田公司采油工程研究院，河北任丘　062552；3.中国石油大学机械与储运工程学院，北京　102249；4.华北油田公司第一采油厂，河北任丘　062552）引用格式：徐克彬，马昌庆，陈迎春，等.水平井连续油管拖动选择性酸化工艺［J］.石油钻采工艺，2014，36（6）：79-.82摘要：随着水平井规模化应用，水平井增产改造措施发挥着越来越重要的作用。为保证井中多段储层充分改造，发挥水平段每个油气段的产能，使改造具有针对性、选择性，进行水平井选择性酸化工艺开发尤显重要。介绍了一种在水平井用连续油管拖动选择性酸化工艺方法，对作业关键参数进行了实验分析与理论研究，确立施工参数并在DH20-4H井成功进行了现场实施。关键词：水平井；连续油管；选择性酸化中图分类号：TE357　　　文献标识号：BSelectiveacidizingtechnologybydraggingcoiledtubinginhorizontalwellsXUKebin1,MAChangqing2,CHENYingchun3,CHENGuoliang1,LIZhansheng2,ZHOUZhengqi4（1.DownholeOperationBranchCompanyofBohaiDrillingEngineeringCo.Ltd.,Renqiu062552,China;2.ResearchInstituteofPetroleumProductionEngineering, Huabei Oilfield Company,Renqiu062552,China;3.CollegeofMechanicalandTransportationEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Changping102249,China;4.No.1 Oil Production Plant of Huabei Oilfield Company,CNPC,Renqiu062552,China）Abstract:Withlarge-scaleapplicationofhorizontalwells,thestimulationandreformofhorizontalwellshasbeenplayingamoreandmoreimportantroleinincreasingoil/gasproduction.Inordertoensurefullyfracturingofmulti-stagereservoirinwell,makeplaythecapacityofeachstageinhorizontalsectionandmakethereconstructionmorepertinentandmoreselective,thedevelopmentofse-lectiveacidizingtechnologyforhorizontalwellsisparticularlyimportant.Thispaperpresentsaselectiveacidizingprocessbydraggingcoiledtubinginhorizontalwells,whichconductedexperimentalanalysisandtheorystudyforkeyoperationparameters,andestablishedtechnicalparametersandsuccessfullyimplementedonDH20-4HWell.Keywords:horizontalwell;acidizingtechnology;selective;coiledtubing作者简介：徐克彬，1964年生。2005年毕业于中国石油大学采油工程专业，现从事修井、完井、试油、测试工作，高级工程师。电话：[phone]。E-mail：[e-mail]。水平井开发一直以来存在着井下条件复杂、泥浆液浸泡时间长、作业周期长等问题，直接导致产能下降以及开发效果不理想，一般需要进行酸化等作业以提高产量。常规水平井酸化储层增产改造工艺因井段长、岩性分布差异大而造成酸液分布不均匀、不能按要求进到每个欲处理层段；在低孔隙度井段酸液浸入量小、可能沿某一薄弱带进入高渗地层，造成局部过度酸化，整体措施改造效果差［1］。为了使改造具有针对性，使措施真正落实到需要被改造的油气层段上，需要对储层准确分层分段，进行有针对性的选段酸化。为此开发了连续油管拖动选择性酸化技术，通过采用连续油管拖动，控制每段的用酸强度，达到布酸的可控性和选择性，以取得良好的酸化解堵效果，实现提高产量的目的。1　连续油管选择性酸化工艺1.1　工艺原理水平井酸化要实现目的层酸化的选择性和针对石油钻采工艺　2014年11月（第36卷）第6期80性，其工艺及工具必须能够实现处理层有效隔离、全井段覆盖及用酸强度控制等功能［2］。（1）在注入酸液的同时，上下拖动连续油管，将酸处理液注入到某一特定的层段；起下速度和泵送速率均可随时调整，实现任意井段都能较均匀地得到酸蚀，保证酸化施工有效覆盖全井段。（2）根据不同目的层段的渗透性差异，采用不同的注酸排量。通过改变拖动连续油管速率，实现用酸强度控制。对高渗透层段、含水层段，提高连续油管拖动速度，减小注酸排量甚至停止注酸；对于低渗透层段、致密油气层段，降低连续油管拖动速度，加大注酸排量，以加大该段的酸液用量。（3）连续油管底携带喷射工具至目的层段，利用流体使喷嘴旋转，高速喷射并挤酸，储层在酸液溶蚀、压力挤入、冲击波扰动的三重效果作用下得到深部改造。1.2　管柱结构实施作业的连续油管必须满足大管径、高强度要求，在相同泵压下可获得更大排量以提高用酸强度，并且可承载更大内压以进一步提高施工压力。旋转喷射工具喷嘴的喷射角度、旋转速率连续可调，以增加酸化处理半径长度，进一步实现储层的深部处理并达到深度解堵目的。管柱结构主要由旋转喷射工具、过滤器、液压释放装置、双舌板单流阀、深度定位工具及连接器组成。（1）旋转喷射工具结构如图1所示，主要由磁力刹车装置，涡轮驱动装置，喷嘴组件总成等组成，可实现360°旋转喷射。涡轮装置驱动喷嘴总成旋转，并通过磁力刹车装置控制旋转速度。流体通过喷嘴时，可产生高速高压射流，穿进射孔炮眼，实现深度解堵。图1　旋转喷射工具结构（2）过滤器用于过滤酸液中的颗粒物质及杂质，以防止堵塞旋转喷射工具及喷嘴。（3）液压释放装置用于连续油管以及其底部其它工具的安全脱接或释放。当发生工具遇卡时，投球打压，剪断安全销钉，使释放工具接头上下两端分离，完成释放，将工具安全丢脱。（4）双舌板单流阀连接在连续油管底部，其作用是防止井内压力上窜进入连续油管内，起到安全控制作用。（5）深度定位工具下至井底后，利用深度定位工具与套管短节进行校核定位，避免连续油管伸缩性造成的工具深度的计算误差。（6）连续油管连接器用于连续油管与下部工具的连接，分外卡瓦连接和内卡瓦连接两种，能够承受拉力、压力和扭力。2　工艺参数优化水平井酸化处理与直井酸化处理有着明显区别。连续油管拖动喷射工具受井眼轨迹、油管自重拉伸、酸液黏度、注酸泵压、排量等因素影响，施工中受力复杂，通过分析不同井段井眼轨迹、喷嘴数量、排量等因素，对水平井拖动酸化工艺的施工参数进行优化［3-4］。2.1　喷嘴数量的优化旋转喷射工具的喷嘴数量对酸化作业效率有较大影响，采用实验方法分析不同喷嘴数量及不同喷嘴压降条件下作业排量的变化规律，其中：喷嘴直径为Ø5.5mm，喷嘴数量分别为2、4、6个，喷嘴压降分别为30MPa、35MPa、40MPa，对应排量如表1所示。表1　不同喷嘴数量和喷嘴压降条件下的作业排量喷嘴数量不同压降下的排量/m3·min–130MPa35MPa40MPa20.420.460.5140.630.660.760.940.981.05由上表可知，相同喷嘴个数时，排量随着喷嘴压降的上升而上升；相同喷嘴压降时，排量随着喷嘴个数的上升而上升；理想状况下，应尽量减少喷嘴数量以降低排量，但喷嘴个数过少会降低作业效率。通过现场作业对比结果发现2个喷嘴和4个喷嘴的作业效率相差不大，因此选用2个喷嘴较为适宜。2.2　管柱力学分析连续油管在井筒内受力十分复杂，且易发生屈曲变形，产生螺旋锁死现象。因此需要计算连续油管在井筒内摩阻，以保证连续油管酸化作业的正常进行。管柱在井筒中所受的力主要有自重、浮力、与井壁之间的支反力、弯矩、扭矩、流体的黏滞力，根据力和弯矩平衡可建立力学模型［5-6］为81徐克彬等：水平井连续油管拖动选择性酸化工艺KMSMKSEIKSNNqAgAgKKdd=dd+dd++(+)sinttbtnmiioo2−−−τμρραφ（1）EIKSKTSNNqAgAgKKdd=()+(+)sin22ntbmii00−−−μρραα（2）NNN2n2b2=+（3）式中，Mt为管柱所受扭矩，kN·m；S为弧长，m；τ为井眼挠率，rad/m；E为管柱弹性模量，MPa；I为管柱的惯性矩，m4；K为井眼曲率，rad/m；Nb为管柱副法线方向与井壁之间的接触压力，kN；μt为切向摩擦系数；Nn为管柱主法线方向与井壁之间的接触压力，kN；qm为连续油管单位长度浮重，kN/m；ρi为管柱内流体密度，kg/m3；g为重力加速度，N/kg；Ai为管柱内截面积，m2；ρ0为管柱外流体密度，kg/m3；A0为管柱外截面积，m2；α为井斜角，rad；Kφ为方位变化率，rad/m；T为管柱的轴向力，kN；Kα为井斜变化率，rad/m；N为管柱与井壁之间的接触正压力，kN；根据边界条件，采用数值计算，求出在第i段单元处管柱受力情况，即可推算出管柱任意深处的力学分布。3　现场应用实例及效果评价3.1　施工井概况DH20-4H井完钻深度6007m，上部是Ø177.8mm套管，底部悬挂Ø127mm套管完井，悬挂器位置5230m，水平段5599~6007m（测井解释为含水油层、油水同层、油层），射孔井段5684~5846m。由于钻井过程中造成水平段近井地带堵塞，需要对水平段进行均匀布酸改造，要求控制每段用酸强度，避免沟通底水层。根据现有技术选择内径Ø50.8mm、壁厚5.18mm、长度6500m、钢级HS90CM型的连续油管，并依此确定作业管柱的具体参数、酸液及控制。为使连续油管管柱在水平段下放更深，选择井下5210m处下入Ø88.9mm油管进行扶正并减少屈曲效应。3.2　作业管柱及受力作业管柱结构如图2所示。图2　管柱示意图图3　摩阻与下入深度关系图图3中黑线表示连续油管下入过程中自重随下入深度的变化情况，绿线表示连续油管下入过程中的锁死极限值，红线为连续油管作业机的操作极限值。由图可知，作业过程中，连续油管作业机的操作极限值要低于连续油管锁死极限，因此连续油管不会发生锁死现象，此次酸化拖动作业可以安全实施［7］。3.3　泵压、排量及喷嘴计算选择处理井段长290m（5684~5974m），需要酸液34m3。依据“控制泵压，不限排量”的原则，选择2个Ø2.77mm的喷嘴，流体通过喷嘴工具后的最小压力降控制在40~45MPa，则工作排量在180~200L/min范围内波动。将DH20-4H井的井眼数据、平均孔隙度等技术参数输入计算软件，最终得到酸液的径向渗透结果，如图4所示。图4　软件截图3.4　施工工艺井口及连续油管设备试压70MPa合格后下入管柱，并通过实探井底3次来检验管柱是否达到精确位置。保持注入排量180