复杂压力体系稠油油藏高效开发钻完井新技术及应用

陈爱国，赵少伟

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

油气工程

复杂压力体系稠油油藏高效开发钻完井新技术及应用

陈爱国，赵少伟

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

绥中36-1油田I期及旅大5-2油田调整项目是国家科技重大专项依托工程，针对油田储层压力衰竭严重的特点，钻完井方面以油藏为核心，创新性执行ODP，制定出一套针对在生产油气田衰竭油藏储层保护的钻完井技术，如改进型小阳离子体系、新型固井防漏、防窜水泥浆技术、“量体裁衣”式防砂完井工艺、适合疏松砂岩衰竭油藏的简易PRD射孔液技术和超完善射孔技术等，这些技术的综合应用，在绥中36-1油田I期调整项目中起到了很好的效果，单井产能均超过ODP配产，取得了良好的经济效益。随着渤海油田的逐步开发，越来越多的油田步入了开发中后期（如QHD32-6、JZ9-3等油田），本项技术将成为此类油田高效开发的“金钥匙”。

渤海油田；复杂压力体系；油气层保护；钻完井技术；绥中36-1油田

1　技术背景

绥中36-1油田发现于1987年，是在渤海海域发现的第一个石油储量超过亿立方米的大型稠油油田，于1993年投产。从投产至今经过十多年的开采，油田现在处于储层能量不足产量递减、含水上升阶段，为解决该油田开发存在的矛盾，提高油田的采油速度及采收率，公司提出绥中36-1油田Ⅰ期综合调整任务，决定通过井网加密提高采收率［1-4］。

油田已投产多年，随着开采的进行，地层压力不断下降，目前储层压力系数已经下降至0.8左右，而且不同井区储层压力系数不同，储层压力普遍下降2 MPa～4 MPa。所以，绥中36-1油田Ⅰ期调整面临的主要问题有：

（1）储层压力下降较多，储层压力低；各小层压力系数存在差异，层间矛盾比较突出；不同井区注水量不均，压力系数不同导致储层保护困难。

（2）储层压力系数低，储层连通性好，渗透率高，井下漏失风险高。

（3）丛式井井间加密，防碰风险高（见图1）。

针对绥中36-1油田储层压力衰竭严重的特点，为了做好储层保护，最大限度的降低对储层的污染，钻完井方面以国家科技重大专项示范工程为依托进行了科研攻关，制定出一套针对在生产油气田衰竭油藏储层保护的钻完井技术，通过这些技术的使用，对绥中36-1油田衰竭油藏的储层保护起到了很好的效果［5］，单井产能均大幅超过了ODP配产，提高了作业效率，实现油田的高效开发。

2　衰竭油藏储层保护钻完井关键技术

在诸如绥中36-1地区一类的稠油油田，随着开采作业的持续进行，储层能量逐步下降，逐渐发展成为衰竭油田。不仅如此，这类稠油油田虽然地层疏松，岩石的孔隙度和渗透率相对较高，但是，其与高孔隙度相应的是其地层胶结较差，岩石强度低，地层疏松，给原油开采增加了难度，给钻完井作业中的储层保护提出了更高的要求。在渤海和辽河等环渤海湾地区，存在大量的这类稠油油藏，渤海湾地区这类稠油也是解决我国能源紧张的重要来源之一。针对这一难题，天津分公司对此进行了科研攻关，并形成了一套针对衰竭油层储层保护的钻完井技术［6-8］，目前已经在现场使用了很多技术，并获得了突破性成功。其主要技术内容综合起来可归纳为以下几点：

图1　绥中36-1油田各小层压力统计图

2.1研制出改进型小阳离子体系，提高钻井液承压能力

由于绥中36-1油田储层压力下降2 MPa～4 MPa，部分储层的压力系数已经降低至0.7～0.8，且压力分布状况复杂，层间矛盾突出，给钻井液体系的选择带来了很大的调整，常规的钻井液泥饼承压能力只有3 MPa左右，如果采用普通的钻井液，井下漏失风险非常大，污染储层的现象非常突出。

针对衰竭油田的特点，研制出改进型小阳离子型钻井液体系。该钻井液体系主要是通过在常规的阳离子体系中加入LPF及ZP等成膜封堵以及超低渗透材料，显著提高其承压封堵能力，实验显示泥饼最高承压能力达到了7 MPa（见图2），从而降低了井下漏失的风险，满足了衰竭油气藏储层保护需要。该型钻井液体系的基本性能（见表1）。

表1　改进型小阳离子钻井液体系基本性能

图2　改进型小阳离子承压能力实验结果

从表1中可以看出，改进后的小阳离子体系具有良好的流变性和失水造壁性，能够较好地满足现场应用的需要。

综上所述，该型钻井液体系显著地提高了地层承压能力，降低了钻井液滤液向地层的侵入，具备良好的储层保护效果。现场应用中，所钻29口井钻井期间均未发生漏失，且从完井返排效果看，储层保护效果良好，具备良好的经济效益以及应用前景。

2.2新型固井防漏、防窜水泥浆技术

固井防漏水泥浆技术主要是通过向水泥浆中加入纤维堵漏材料P-CF1，从而在易漏层形成“架桥”，防止水泥浆进入地层。纤维封堵漏失通道作用原理主要包括以下几个过程。

2.2.1“架桥”作用当桥接堵漏材料通过漏失通道时，首先在其凹凸不平的表面及狭窄部位（喉道）产生挂阻“架桥”，形成桥堵的基本“骨架”。利用不同长度尺寸的纤维进行组合来形成桥堵骨架，可以封堵较大开度的漏失通道，增加形成桥堵的机会。

2.2.2充填和嵌入作用架桥作用后，形成了漏失通道的基本骨架，这时，水泥浆中较细的颗粒材料对基本骨架中的微小孔道和地层中原有的小孔道进行逐步充填和嵌入，压差的作用下慢慢压实，形成堵塞隔墙，从而达到消除井漏、提高液柱承压能力的目的。

2.2.3渗滤与拉筋作用水泥浆在压差的作用下失水形成滤饼，并被挤入漏失通道，而纤维状材料被夹在滤饼中，起到强有力的拉筋作用。这种含有拉筋的滤饼与基本骨架和充填嵌入材料共同在漏失通道中形成塞状封堵垫层，大大增强了堵塞效果、大大提高液柱承压能力（见图3）。

固井防窜水泥浆技术主要是通过向水泥浆中加入氮气膨胀剂VFO-1，经过一段时间后，VFO-1会自动分解产生氮气，形成微泡，从而补偿水泥浆因为失水产生的失重现象，防止地层流体的进入，起到防窜的效果（见图4）。

图3　纤维堵漏机理

图4　氮气膨胀剂防窜机理

为了做好绥中36-1油田衰竭油藏在固井期间的储层保护，钻完井方面不仅采用了新型固井防漏、防窜水泥浆技术的应用，为了保证固井质量，还增加了固井期间注水井停注等措施，这些技术的应用，对于绥中36-1油田衰竭油藏在固井期间的储层保护起到了良好的效果，所钻井中无一井在固井期间发生井下漏失，检查的固井质量合格率100%，固井质量全部为“优”。

2.3“量体裁衣”式防砂完井方式

由于绥中36-1油田是储层稠油疏松砂岩［9］，在生产过程中易出砂，参考绥中36-1油田老井及先导试验井的作业和生产情况，以及渤海稠油油藏开发的经验，绥中36-1油田定向生产井主要采用砾石充填防砂方式；个别井位、层位粒度中值较大，非均质系数和分选系数也较低，会考虑采用优质筛管简易防砂。为防止油井在生产过程中出砂影响生产，钻完井方面在ODP的基础上，根据各井各层位的具体情况以及油藏的防砂分层要求采用“量体裁衣”式完井方式，不同井型采用不同防砂方式，同一区块不同部位的井采用不同防砂精度，同一口井不同小层采用不同防砂精度（见表2）。

2.4适合疏松砂岩衰竭油藏的简易PRD射孔液技术

衰竭油藏高速水砾石充填，必然导致完井液的大量漏失，从而引起成本上升，返排时间过长以及油气层损害等系列问题［10，11］。

采用PRD无固相弱凝胶替入射孔段，利用凝胶快速成胶的特点来封堵射孔井段，降低完井液的漏失，在砾石充填防砂之前，带压挤入破胶液段塞，采用快速破胶技术（30 min内破胶），解除射孔段凝胶封堵液，再将破胶残液循环返出，进行砾石充填防砂及后续作业的。通过现场应用，采用简易PRD射孔液后漏失量明显减少（见图5）。

表2　不同小层的粒度中值

图5　采用PRD射孔液后的漏失量对比图

绥中36-1油田一期调整10口先导试验井完井时漏失量大，平均单井漏失量为510 m3。SZ36-1L、SZ36-1J、LD5-2B等多个平台推广使用简易PRD射孔液。采用简易PRD射孔液代替常规隐形酸射孔液后，平均单井漏失量为250 m3，大大减少完井液漏失量，节省工程费用。使用简易PRD射孔液的油井，油井返排、投产产量均较理想。

此外，采用简易PRD射孔液代替常规隐形酸射孔液，大大减少疏松砂岩衰竭油藏射孔作业易出砂卡枪风险，大大减少防砂作业易出砂造成井下防砂服务工具砂卡风险。SZ36-1L、SZ36-1J、LD5-2B等3个平台已完成套管井作业18口，射孔作业成功率为100%，防砂成功率为95%。相比10口先导试验井，均有较大进步。

2.5适合疏松砂岩衰竭油藏的超完善射孔技术

绥中36-1油田为压力衰竭油藏、油层物性较差油田，在储层内部极易形成地层堵塞，通过计算，实际射孔穿深为600 mm～700 mm，一般能穿过污染带，但不利于出现压裂效果。为了增加储层的泄油面积，应采用高孔密的射孔方式。为了减小射孔枪与套管之间的空隙和高孔密布孔需要，选用大枪型。因此采用大枪型-深穿透（满足穿深情况下考虑加大孔径）-高孔密-低相位的射孔方式，178枪、692B-178R-5弹、40孔/米、45°相位角的射孔方式（见表3）。

2.6油层防污染阀的应用

在下入生产管柱期间，为了防止溢流的发生，要不断地向井筒内灌入完井液，漏失入储层内的完井液不但会污染储层，同时也增加了完井成本。为了降低在下生产管柱期间完井液对储层的污染，研制了油层防污染阀（见图6）。阀板式油层保护阀随普通防砂管柱一同下入，连接在顶部封隔器下部延伸筒与盲管之间，在连接下入防砂管柱时，将阀板打开，下入中心服务工具管柱。正常防砂作业期间，阀板一直处于打开状态，不影响正常的防砂作业。当防砂作业完毕之后，中心服务工具管柱上提，阀板在自重和扭簧的双重作业下自动关闭，于是将阀板式油层保护阀以上的空间与其下的地层隔离开，再进行其他作业时，就能够阻止作业液流入地层中，从而起到了油层保护的作用。

表3　SZ36-1-L9井射孔数据表

图6　油层防污染阀

图7　实际产液量与配产量对比

3　现场应用效果

绥中36-1油田一期调整项目是中海油第一次在老油田的基础上大规模调整，通过上述技术的综合应用，对绥中36-1油田衰竭油藏的储层保护起到了很好的效果，完井时单井漏失约300 m3，降低了40%，衰竭油藏的储层保护钻完井技术对储层保护起到了重要的作用，单井产能提高了50%，作业效率提高了20%。

技术的综合应用对于SZ36-1及LD5-2油田的综合调整开发起到了显著的作用，油藏保护效果显著，单井产能均大幅度提高，实现了配产的1.2～1.9倍，并且作业效率得到了有效提升。

随着渤海油田的逐步开发，越来越多的油田步入了开发中后期（如QHD32-6、JZ9-3等油田），本项技术将成为此类油田高效开发的“金钥匙”（见图7）。

［1］海上油气田完井手册编委会.海上油气田完井手册［M］.北京：石油工业出版社，1998.

［2］李克向.实用完井工程［M］.北京：石油工业出版社，2002.

［3］赵少伟，杨进，范白涛，杨浩.含水率对稠油出砂冷采的影响［J］.石油科技论坛，2010，（5）：25-27+74.

［4］万仁溥.现代完井工程［M］.北京：石油工业出版社，2000.

［5］何生厚，张琪.油气井防砂理论及其应用［M］.北京：中国石化出版社，2003.

［6］赵少伟，杨进，范白涛，杨浩.渤海稠油油藏出砂冷采工作制度优化模拟实验研究［J］.石油科技论坛，2010，（5）：28-31+74.

［7］杨立平.海洋石油完井技术现状及发展趋势［J］.石油钻采工艺，2008，30（1）：1-6.

［8］赵少伟，范白涛，杨秋荣，李长林.海上油气田低效井侧钻技术［J］.船海工程，2015，（6）：144-148.

［9］范白涛，邓建明.海上油田完井技术和理念［J］.石油钻采工艺，2004，26（3）：23-26.

［10］张春阳，杨进，赵少伟.渤海疏松砂岩储层完井方式优化研究［J］.石油天然气学报，2009，31（5）：334-336.

［11］赵少伟，范白涛，岳文凯，李长林.海上高效侧钻小井眼水平井钻完井技术研究及应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2016，（3）：13-18.

TE257.1

A

1673-5285（2016）10-0010-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.003

2016-08-04

国家科技重大专项-海上稠油油田高效开发示范工程，项目编号：2011ZX05057。

陈爱国，男（1989-），学士，高级工程师，研究方向为海洋石油钻完井技术研究与管理，邮箱：chenag@cnooc.com.cn。