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辽河油田稠油热采井大修技术的研究与应用

发布时间:2016-11-14 21:28:22 浏览:425 次 字体大小: | |

    摘要:辽河油田经过多年的研究实践,形成了一系列稠油热采井大修技术,为油田的稠油开发生产提供了技术保证。本文总结了稠油井下作业的特点,阐述了应用于辽河油田热采井的主要大修技术,包括绿色修井作业技术、稠油井冲捞砂作业技术、稠油井筒清理技术、套管修复技术和稠油井套管加固技术,并提出稠油热采井下大修技术研究方向。

    关键词:稠油井 热采 大修

    经过30多年的不断开发建设,辽河油田已成为全国最大的稠油生产基地。目前稠油开采以注蒸汽开采为主,但由于热应力等因素的影响,使得稠油热采井套损机率更大。辽河油田每年有300~400口套损井产生,其中稠油热采井达到80%以上。另外,由于稠油储集层具有油层疏松、孔隙度高、渗透性好等特点,加之经过多轮注汽后,很容易出现油层砂堵,渗流孔道堵塞,含水上升,吸汽剖面不均,套管损坏,管柱及配套工具断、脱、卡等问题。面对上述问题,辽河油田经过多年的研究实践,形成了一系列稠油热采井大修技术,为油田的稠油开发生产提供了技术保证。

    一、稠油井下作业特点,

    辽河稠油井下作业有着三大特点。

    1.生产周期短,作业频繁

    稠油井由于蒸汽吞吐,生产周期短,要进行频繁的、周期性的更换注蒸汽管柱、采油管柱和增产措施作业管柱等,因此稠油井作业工作量大,工艺复杂。

    2.油品性质特殊,施工难度大

    由于稠油黏度高,流动性差,井内温度较低时,起管柱时阻力大,加之管柱口径大,负荷大,施工困难。

    特稠油井要求施工连续性和及时性。特稠油井刚注完蒸汽时,能量高,起下管柱时,速度快,易引发井喷,污染环境,而速度慢,井筒内的原油由于温度的降低易凝固,可能造成无法作业。

    洗压井要求高。稠油埋藏深度超过千米的井,前期开采过程中,由于井内温度较低,洗井泵压较高,有时达到20MPa才能洗通,部分井需要分段洗井,洗井液温度不能低于80℃,否则井筒内稠油洗不出来。部分特稠油井洗井液需要用蒸汽或稀油。

    3.开采工艺特殊,对井下作业技术要求高

    (1)地层亏空严重,冲砂困难。一方面,由于稠油储集层地层胶结疏松,易出砂;另一方面,多次降压开采,造成地层能量亏空,压力系数低,造成冲砂不返排,活络油层,需要特殊冲砂技术。

    (2)由于长期注汽,吸汽剖面不均,造成汽窜,发生井喷事故,对井控要求高。

    (3)由于高温高压蒸汽影响和地应力的作用,稠油井套管错断变径等套损现象较多,造成井下管柱的卡阻,增加了井下作业的复杂性。

    二、绿色修井作业技术

    绿色修井作业技术是指油田修井作业的清洁生产技术,主要应用于修井作业的施工过程中。技术内容主要包括:

    (1)井口杆、管的刮油技术,该技术主要是应用抽油杆和油管刮油器,刮除抽油杆、油管外壁的原油,使之不泄露到井口之外。

    (2)井下油管内的泄油技术,该技术主要是应用撞击式油管泄油器、杆控泄油器技术,使油管内油液物泄入套管。

    (3)连续密闭冲砂技术、连续旋流除砂技术,可实现低压油水井不压井作业和连续旋流除砂排砂,实现了不停泵连续作业,提高了冲砂速度,减少了冲砂液的漏失量,避免了停泵时砂子回落造成的卡管柱事故,并可实现冲砂液与砂的分离,避免细粉砂重新冲回油层,减轻固相颗粒对油层的污染堵塞,进而达到对油层保护的目的。

    三、稠油井冲捞砂作业技术

    稠油井冲捞砂工艺技术是一种适用于低压油井的新型清砂工艺技术。

    1.漏失井冲砂工艺技术

    1)工艺原理

    利用封隔器将油层上下封堵,上下封隔器之间的双层管柱结构形成防污染冲砂循环系统;地面液流控制组合阀利用上提冲砂管柱的动作控制上流和侧流阀的开关,以保持地面不停泵即可连接油管,从而达到防止油层污染连续冲砂的目的。

    2)工艺特点

    (1)既能成功封堵漏失井段以达到最佳冲砂效果,又避免了对地层的伤害。

    (2)不停泵连续冲砂,减少了操作风险,提高了工序一次成功率。

    (3)大大缩短了冲砂施工时间,节约了施工成本。

    2.捞砂工艺技术

    目前,捞砂工艺技术可分为软捞砂和硬捞砂两种类型。

    1)软捞砂工艺技术

    利用捞砂工具下到井底,采用传感器技术检测工具的下井深度,采用机械抽汲与顿击技术冲击砂面,在抽汲负压和井内压力的共同作用下,使井内松散的砂子进入储砂筒,经过一段时间的顿击、抽汲,使进入储砂筒的泥砂被单流阀挡在储砂筒内,并随捞砂工具一起提出井口。如果井内积砂较多,可以重复捞砂多次,直到捞干净为止。

    2)硬捞砂工艺技术

    硬捞砂工艺技术适用于地层压力较低、不能建立循环冲砂作业,并且井筒积砂较多、砂柱较高的油井除砂。作业施工时,将抽砂泵连接在带有笔尖底阀的管柱中间,通过不断提放上部管柱,使砂子不断地被吸入到下部管柱内,砂面不断下降,同时井口继续接入油管。当管柱下到预计位置时,说明砂子已经全部被吸入到下部管柱中,然后起出全部管柱,完成一趟管柱捞砂作业。

    四、稠油井筒清理技术

    常见稠油井下落物有隔热管、封隔器及各种类型防砂管等。由于稠油井的开采特点,其井下落物直径比较大,弯曲变形的情况比较多,清理难度比较大。在常规打捞工艺的基础上,研制开发了高效打捞工具及辅助工具,有效地提高了施工效率。

    1.高效套、磨铣技术

    利用套、磨铣工具的高效性能并辅以配套随钻打捞机构和水力喷射机构,实现提高套、磨铣的系列配套技术。主要是采用两种技术方案实现了套、磨铣工具的“高效性”:一是设计磨铣刀镶嵌在工具的工作端面上,增加工具在旋转磨铣过程中的切削功能,把磨和削的功能有机结合起来,实现快速磨铣的目的。二是改变管柱整体结构,在磨铣工具结构上增加随钻打捞机构和水力喷射机构。

    2.井下液压生力器解卡技术

    依靠液压生力器补偿油管抗拉强度和地面设备提升力的不足,实现解卡目的的技术。在解卡过程中,若能解卡则顺利起钻,若不能解卡可退出打捞工具,起出井内管柱和打捞工具。

    五、套管修复技术

    稠油井在生产过程中由于受周期性注蒸汽热力开采的影响,套管反复受到交变应力的作用,易发生各种形式的套管损坏,其中套管变形(缩径)情况最多,其他有套管脱扣、断裂及破损等损坏形式。目前形成的套管修复技术主要有整形、套管补贴及取换套等技术。

    1.套管整形技术

    根据辽河稠油热采套损井的特点,我们目前采用了分步处理井筒变形,实现井内畅通的方法。

    (1)套管错断、变形的井,根据打印情况,下入偏心胀管器,上部连接墩击器,根据放入确定胀管器引子进入错断处下部套管,在保证上提管柱时墩击器不上移的情况下,利用墩击器向下墩击,胀管器象楔子一样胀开移位的套管。完成此步后下入套管扩孔工具。

    (2)下入带有引子的活动磨鞋,当工具接触鱼顶时,引子进入下部套管推动活动磨鞋磨铣部分上移,转动管柱开始磨铣,否则引子在套损点遇阻,尽管管柱转动磨铣部分仍不转动,这样可改变常规铣锥遏阻后确定不了修整的方向的缺点。完成此步后下入套管修整工具。

    (3)下入带有引子的探针铣锥,当工具接触鱼顶时,引子进入下部套管并引导铣锥向下部套管铣进而不至于铣到套管外部,直至将套管错断处铣至与原套管内径一致。

    (4)套管变形并严重弯曲的井,利用复式套铣筒(它具有一次切削和二次切削功能)底部的切削将不垂直与原套管的弯曲套管切开,当达到一定长度时,被切削开的套管皮到达套铣筒底部接触二次切削刀刃,被切削成小块的套管皮被循环液带出地面,由于被切削开的套管皮始终在简体内,进而保证复式套铣筒在切削时不能滑至套管外。完成此步后再进行前面所述(2)、(3)步骤。

    2.套管补贴技术

    套管补贴技术与套管开窗侧钻、取套换套相比投入的成本只是其1/3~1/2。是套管修复技术中的主要技术之一。目前,套管补贴技术主要有两种:一是从国外引进的波纹管补贴技术;二是国内自行研制开发的液压胀管式补贴技术。

    1)波纹管补贴工艺技术

    波纹管补贴技术主要分为三大部分:第一为锚定部分,依靠液压力使锚牙锚定在套管内壁上,保证液压伸缩工具上部固定;第二为液压伸缩工具,它利用地面水泥车注入液压产生向上的拉力,拉动弹性胀头,使波纹管涨开黏贴在破损的套管内壁上;第三,为井下补贴用波纹管,在液压伸缩工具的作用下波纹管涨开,紧紧贴在套管内壁上,达到修复破损套管的目的。

    该项技术的特点是:补贴后通径大,7in套管补贴后通径在Φ150mm以上,5in套管补贴后通径在(Φ110mm以上;耐高温,可承受3500℃的高温;承压高,承压能力在15MPa以上。

    2)液压胀管式补贴工艺技术

    液压胀管式补贴工具主要包括液缸、活塞、调节环、中心管、密封管、球座、剪切环、引鞋等部件组成。当工具下入井内时,引鞋扶正下部错断的套管,使补贴工具顺利通过错断位置,到达补贴位置,投球打压使液缸产生作用,在液压作用下,一级液缸销钉剪断,缸套下行,推动上、下两个胀管挤压补贴管两端连接的密封管,行程终止时,密封管完全固定在套管壁上,实现套管补贴。继续打压,工具下部剪切环剪断,工具泄压后提出管柱完成补贴过程。

    该技术特点是:补贴管壁厚、强度高、能适应热采井耐温要求。

    3.取换套工艺技术

    由于稠油井水泥返到井口,整井存在水泥环和扶正器,取套施工难度较大,因而对稠油井上部套管损坏比较严重的井采用此类修复方法。

    取套方法一般是采用倒扣法和切割法,取出损坏段以上套管以后,从不同角度来验证鱼顶完好程度,然后根据鱼顶的类型,下相应的对扣节头,并选择合理的对扣参数进行对扣,注水泥进行封固。

    套铣取套关键技术是要选择适当的套铣钻头和合理的套铣参数,既要有利于套铣,又不至于损坏内外套管。

    换套:将新套管与井下某一深度的套管对接并恢复井口原貌,这是换套技术的关键。换套方法一般有对扣法、铅封注水泥套管补接器换套和封隔器型套管补接器换套。

    稠油井生产过程中由于受高温蒸汽的影响,一般采用铅封注水泥套管补接器换套法,换套后注水泥以加强对新换套管的保护,延长其寿命。目前换套技术比较成熟,换套深度可达到2000m。

    六、稠油井套管加固技术

    1.套管井加固技术的分类

    辽河油田稠油油藏开发一般采用两种井身结构,常规井开采采用咖177. 8mm套管完成或者Φ177. 8mm技术套挂Φ127mm衬管完成;水平井开采采用Φ244. 47 mm技术套挂Φ177. 8mm衬管或Φ139. 7mm衬管完成。根据稠油井井身结构,可能加固的套管为Φ244. 47mm技术套管、Φ177. 8mm套管、Φ127 mm套管及Φ177. 8mm衬管、Φ139. 7mm衬管、Φ127 mm衬管。套管加固的是大通径实体管,衬管加固的是筛管,同尺寸的套管与衬管的加固工艺技术原理基本相同。

    2.套管加固工艺选择及原理

    井筒内套管尺寸不同,长井段大通径管加固工艺就不同。对于套管尺寸较大的Φ244. 47mm和Φ177. 8mm套管,大通径管上部采用悬挂器固定、两头采用特殊封隔器密封;对于套管尺寸较小的Φ139. 7mm套管与Φ127mm套管,先在套管损坏段下部补贴一小段作为固定座,然后再下入大通径管组合结构。其原理是用加压装置加压,使大通径管组合两头的特殊封隔器密封。

    3.大通径无接箍套管加固完井技术

    常规套管加固技术都不可避免地存在内径较小、壁厚较薄等缺点,给油水井后期的注采工具配套和以后的修井作业带来较大的难度。大通径无接箍套管加固完井技术则采用大通径、厚壁的无接箍套管,通过特殊的公、母螺纹旋转进行联接从而形成无接箍套管柱。其不但有效增大了套管的内通径,而且提高了套管的耐压强度和抗拉性能,并提高固井质量。该技术能有效解决蒸汽驱过程中的提液问题,为蒸汽驱实现采注比大于1.2等技术要求提供了保障,并保证了大修作业的安全。

    1)改造完井方式

    目前,辽河油田开窗侧钻井大部分采用的是:7in套管挂5in尾管完井方式和5in挂4in。它们的最大缺点是:悬挂器内径为咖108mm,~127mm(壁厚7.52mm)的套管内径为~112mm,Φ102mm(壁厚8mm)的套管内径为Φ86mm,因此Φ70mm大泵(接箍外径Φ108mm)和大直径措施工具都无法下入。长井段套损井大通径尾管加固技术则采用了无接箍的Φ139. 7mm套管(内径Φ121mm)和特殊悬挂器(重新研制内径为Φ121mm)进行完井,从而能够保证蒸汽驱注入井分层注采和大泵强抽工艺的实现,满足蒸汽驱及分层注采工艺的方案要求。

    2)完井管柱设计

    为了满足热采井的工艺要求,对Φ139. 7mm套管进行无接箍化处理(Φ139. 7mm套管接箍外径(Φ156mm,管体外径Φ139. 7mm),即将原Φ139. 7mm套管接箍及外螺纹去掉,套管上下端重新加工特种双梯扣连接螺纹,考虑到连接强度问题,采用壁厚为9.17 mm或10.54mm厚壁套管(内径Φ121. 36mm或内径Φ118.62mm)。施工时通过常用普通吊卡起下Φ139.7mm套管。

    3)尾管悬挂器结构设计

    为了满足汽驱工艺要求,所设计的专用尾管悬挂器应该具备以下几个特点:(1)适应固井后坐封的井筒条件,坐封、丢手过程同时完成(对预应力完井的采用倒扣式丢手保管柱上提预应力要求),同时配有强制丢手机构,确保管柱顺利起出;(2)丢手后保证内通径为Φ121mm;(3)高温条件下锚定;(4)丢手后具有大引斜鱼顶(从Φ177. 8mm套管内通径引至Φ139. 7mm套管内通径),以方便管柱起下。

    大通径尾管加固技术中Φ39.7mm套管与Φ177. 8mm套管之间用永久型大通径(内通径Φ121mm)耐高温尾管悬挂器锚定,同时实现丢手(配有强制丢手机构保证送入管柱与完井管柱顺利丢开),丢手后上端引斜口直径达到最大值,即从Φ177. 8mm套管内径引至Φ139. 7mm套管内径,以方便管柱顺利起下。该工艺配套的尾管挂器经专门设计,主要工作原理是通过高压液产生强大的推动力,均匀涨开卡瓦牙,起到锚定作用,当压力达到一定值时,丢手机构被释放,完成丢手功能。

    4)注汽井完井方式与方法

    如果是注汽井,则必须进行完井方式改造,同时套管外必须采用水泥固井,用于满足注汽井长期注汽的要求。注汽井完井方式设计为:下地锚、Φ139. 7mm无接箍套管(无接箍套管至井底)、预应力补偿器和大通径尾管悬挂器(油顶以上100m),套管外采用水泥固井(固井前对油层进行暂堵)实施预应力完井,采用射孔完成。

    在采油井上同样可以采用水泥固井射孔方式完井。

    七、稠油热采井下大修技术研究方向

    随着稠油开采技术的进步和发展,与之配套的大修技术也与时俱进,得到了较大发展和完善,但是由于蒸汽驱采油、水平井和SAGD采油等采油方式的推广应用和转变,以及国家和社会对绿色环保及节能减排的更高要求,都强烈要求我们要有更多的自主创新技术、配套设备和工具,以及掌握这些核心技术的高素质人才来满足油田日益增长的需求。

    1.完善稠油特殊井大修作业技术

    稠油特殊井如水平井、侧钻分支井和“SAGD”双管井的井下作业配套工艺及工具的不完善,使这类井施工过程中还存在着技术困难。

    1)稠油水平井的打捞、解卡、磨铣

    水平井由于井身结构的特点,地面动力要传递到井下落物上,大部分的动力都消耗在套管上,直接作用在落物上的力很小,且动力的方向和大小不易控制,打捞、解卡和磨铣困难。

    2)稠油水平井冲砂问题

    (1)目前,许多水平井油层压力较低,漏失严重,冲砂时冲起来的细粉砂易随着冲砂液返回地层,采油过程中又随着产出液排出来,造成反复冲砂,虽然能使用暂堵剂,但用量大,冲砂成本高。

    (2)水平井使用的专用管柱结构比较复杂,需要加工配套的高强度无接箍油管及配套必要的起下工具,成本较高。同时,底部采用导锥引进,内孔较小,反冲砂效果不好。如果是反冲砂需下特殊的大孔眼冲砂笔尖,但是目前还不能实现反循环连续冲砂。

    (3)水平井内沉积的大粒砂或由于套管损坏进入井内的砾石难以冲出。

    3)稠油套变井冲砂、防砂技术

    稠油井到了开发中后期,套管变形比较严重,机械式防砂工艺较难实施,套变井且出砂严重的井,无法实施捞砂工艺,只能采用冲砂来清除井内出砂,而套变井冲砂又极易造成管柱脱落或卡钻,因此对套变井采取防砂技术也是目前急需解决的难题。

    4)“SAGD”双管作业井控技术

    目前,已经研制出“SAGD”双管作业井口防喷器,但是还不能完全满足生产需要,制约着双管井安全作业。

    2.完善欠平衡井下作业技术

    欠平衡井下作业技术以保护油气层为目标,通过井下控制工具、井口控制装置的研制和作业工艺技术研究,提高检泵、清砂、大修等作业全过程油套管压力控制水平,实现作业全过程不压井,防止作业对油气层的二次污染伤害,提高油气井生产能力。目前,不压井带压作业技术已相对成熟,只要解决好井口耐高温密封材质问题,即可实现稠油热采井,蒸汽驱井带压修井,既保护油层,又节能环保。