連續(xù)油管技術(shù)應(yīng)用于油氣開發(fā)已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)，近些年在國內(nèi)外都呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。截止2009年1月，世界上有連續(xù)油管作業(yè)機(jī)1700多臺(tái)，而國內(nèi)連續(xù)油管作業(yè)機(jī)在2006年僅約30臺(tái)，到2009年才到達(dá)50臺(tái)。近兩年，我國有多家單位開始研制、生產(chǎn)連續(xù)油管作業(yè)機(jī)或部件。
連續(xù)油管作業(yè)
的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)
作業(yè)速度快和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性是采用連續(xù)油管技術(shù)的最突出優(yōu)點(diǎn)。與鉆機(jī)修井機(jī)相比，連續(xù)油管作業(yè)機(jī)尺寸小，運(yùn)移快、安裝就位方便。更具體地說，連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)安全、高效;運(yùn)移、就位、井場(chǎng)準(zhǔn)備快;帶壓作業(yè);減少起下管柱時(shí)間;對(duì)環(huán)境影響小;現(xiàn)場(chǎng)占用人員少;運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)低。
連續(xù)油管早期應(yīng)用主要是圍繞著流體循環(huán)/驅(qū)替開展，當(dāng)前連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)隨著連續(xù)油管作業(yè)機(jī)及相關(guān)配套設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)應(yīng)用于鉆井、修井、試油、采油、增產(chǎn)、完井等領(lǐng)域，其作業(yè)特點(diǎn)主要有：
一、油井不停產(chǎn)作業(yè)：壓力控制設(shè)備可以使連續(xù)油管在帶壓工況下安全應(yīng)用。
二、高壓管道：連續(xù)油管串為流體循環(huán)，進(jìn)、出井眼提供了一個(gè)高壓通道。另外，通過連續(xù)油管串可以操作水力工具或通過流體泵提供井下動(dòng)力。
三、不間斷循環(huán)：在連續(xù)油管串被下入井下或從井下抽出的情況下，流體仍可以不間斷地泵入井下。
四、剛性和強(qiáng)度：連續(xù)油管串的剛性和強(qiáng)度使得工具和設(shè)備，以及連續(xù)油管串本身能被推入和拉出大斜度井和水平井。
五、安裝導(dǎo)線和管道：電導(dǎo)線或液壓管路可以被安裝在連續(xù)油管串中，終止于連續(xù)油管卷筒處，作業(yè)控制和動(dòng)力功能可以安裝在井下工具組合與地面裝備之間。
水平井采油工程
應(yīng)用技術(shù)及工具
水平井技術(shù)是油田有效開發(fā)的方法之一，在過去20年來，水平井鉆井技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，目前的鉆井技術(shù)可以比較容易地實(shí)現(xiàn)在薄油層中鉆上千米的水平段。然而，水平井完井技術(shù)在這些年的發(fā)展卻不理想，這在一定程度上限制了水平井的發(fā)展。水平井增產(chǎn)改造或井下作業(yè)是一項(xiàng)難度非常大的工作，特別是在有長水平井段的水平井中進(jìn)行一些井下作業(yè)(如酸化、壓裂、測(cè)井和油層分段)時(shí)，采用傳統(tǒng)的連接油管作業(yè)技術(shù)，作業(yè)費(fèi)用高、周期長、風(fēng)險(xiǎn)大，而采用當(dāng)前較先進(jìn)的連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)可取得相當(dāng)不錯(cuò)的效果。
從總體上來說，當(dāng)前連續(xù)油管用于洗井、注氮和注酸的作業(yè)量占連續(xù)油管總作業(yè)量的75%，近幾年連續(xù)油管用于壓裂、鉆井作業(yè)量迅猛發(fā)展，已達(dá)到總作業(yè)量的 15%。由此可見，隨著石油開采量的加大及石油開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，近年來連續(xù)油管作業(yè)已向多樣化發(fā)展。在水平井中，可利用連續(xù)油管進(jìn)行包括沖砂洗井、酸化、壓裂、清蠟、擠注水泥、氣舉、打撈、鉆塞、分層注采等許多作業(yè)，其中，沖砂洗井、酸化、壓裂等連續(xù)油管泵壓作業(yè)是連續(xù)油管在水平井作業(yè)中的主要方面。下面分別介紹幾個(gè)連續(xù)油管在水平井中的應(yīng)用。
連續(xù)油管水平井壓裂技術(shù)及工具 對(duì)于位于厚砂巖地層的水平井，為了提高其波及率，必須進(jìn)行大量的水力壓裂作業(yè)。在水平井中進(jìn)行多段壓裂、長段壓裂可減少非生產(chǎn)時(shí)間，提高壓裂作業(yè)效率。在上世紀(jì)90年代后期發(fā)展起來的一種叫做水力噴射輔助壓裂的水力噴射工藝應(yīng)用于水平井，尤其是裸眼水平井壓裂效果非常好。采用水力噴射輔助壓裂技術(shù)能大大減少非生產(chǎn)時(shí)間，如曾在一口水平井上僅用2個(gè)白天的時(shí)間完成了20段壓裂。采用水力噴射射孔和水力噴射輔助壓裂相結(jié)合的工藝技術(shù)，還可以避免起下管柱的工作。美國德克薩斯州南部的一口側(cè)鉆分支為3 1/2”篩管完井的水平井成功地運(yùn)用1 3/4”連續(xù)油管及水力噴射工具完成了4段壓裂作業(yè)，如圖1、圖2。
連續(xù)油管水平井酸化工藝技術(shù)及工具 當(dāng)油藏地層密實(shí)，并在鉆完井過程中受到一定損害，就有必要進(jìn)行酸化處理，來改善油藏的注入性，增加油藏壓力。酸化處理中，對(duì)水平井注酸要求均勻，傳統(tǒng)的連接油管作業(yè)技術(shù)和連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)都很難進(jìn)入長段水平井實(shí)施注酸作業(yè)。運(yùn)用連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)時(shí)，通過選用大外徑連續(xù)油管、加裝井下振動(dòng)工具和涂抹減摩化學(xué)劑等都能有助于連續(xù)油管下入長段水平井中。國外開發(fā)了一種連續(xù)油管牽引器(圖3)，實(shí)現(xiàn)了牽動(dòng)連續(xù)油管及其工具組合更深地進(jìn)入裸眼水平井，這種連續(xù)油管牽引器能使連續(xù)油管普遍多進(jìn)入水平井54%的距離，大大地改善了酸化效果。
連續(xù)油管水平井控水技術(shù)及工具 出水是水平井面臨的一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，水平井出水往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)水平井被淹。水平井機(jī)械堵水是用封隔器以及配套的控制工具封堵或隔開出水段，阻止水流入井內(nèi)。國外某油田運(yùn)用連續(xù)油管將帶可膨脹式橋塞和水泥承轉(zhuǎn)器工具組合下入到出水的水平井段，并在兩者之間擠注水泥，凝固后實(shí)現(xiàn)封堵水漏失和防水竄。通過這種方法，成功地對(duì)3口井實(shí)施了出水段的封堵。
最近，中國石油勘探開發(fā)研究院采油采氣裝備所配合冀東油田采油院為冀東油田控水項(xiàng)目，配套研制的連續(xù)油管井下控制工具成功地進(jìn)行了水平井控水開關(guān)閥的開關(guān)控制作業(yè)，這種應(yīng)用在國內(nèi)外尚屬首次，為國內(nèi)連續(xù)油管應(yīng)用探索了新的領(lǐng)域。冀東油田G104-5P79是一口水平井，出水嚴(yán)重，具體出水位置不能確定，研究決定對(duì)其進(jìn)行找堵水作業(yè)，設(shè)計(jì)找堵水管柱見圖4，通過開關(guān)閥可找出水平井出水位置并關(guān)斷出水段，井下開關(guān)閥用連接在連續(xù)油管上的控制開關(guān)打開或關(guān)閉，連續(xù)油管井下控制工具組合示意圖如圖5。2009年6月，運(yùn)用該工具組合成功地實(shí)現(xiàn)了2次對(duì)井下開關(guān)閥的開關(guān)控制。
下入多分支井作業(yè) 多分支井是最高效的低成本油藏開發(fā)方式，如今，許多油田的開發(fā)都設(shè)計(jì)有多分支井。多分支井短期內(nèi)產(chǎn)油效率非常高，但經(jīng)過長期采油，隨著油井產(chǎn)量的下降和出水量的增加，必須要對(duì)油井進(jìn)行增產(chǎn)改造、生產(chǎn)測(cè)井和堵水等作業(yè)。通常的改造方法要使用鉆機(jī)或修井機(jī)取出完井工具，然后用帶彎管的油管串導(dǎo)向把工具下入目的分支。然而，這種作業(yè)有鉆機(jī)或修井機(jī)成本高、修井作業(yè)時(shí)間長、鉆機(jī)或修井機(jī)應(yīng)用不充分、作業(yè)本身存在風(fēng)險(xiǎn)、地層可能損害等缺點(diǎn)，造成鉆機(jī)或修井機(jī)修井成本高。用連續(xù)油管可實(shí)現(xiàn)過油管作業(yè)，比連接油管作業(yè)的方式方便而且便宜。但由于連續(xù)油管沒有導(dǎo)向能力，采用連續(xù)油管連接工具作業(yè)，進(jìn)入裸眼分支井、水平井分支井都需要導(dǎo)向系統(tǒng)。國外針對(duì)這種工況研制了一種可靠而經(jīng)濟(jì)的連續(xù)油管多分支井進(jìn)入系統(tǒng)(見圖6)，該系統(tǒng)上沒有電子遙感技術(shù)，而是通過液力來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向控制，它不但可以應(yīng)用到任何連續(xù)油管上，也可應(yīng)用到油管串上。
連續(xù)油管的沖砂、洗井、清蠟作業(yè) 連續(xù)油管用于洗井的作業(yè)量占連續(xù)油管總作業(yè)量的30%～50%，前幾年連續(xù)油管用于洗井作業(yè)的比例甚至占到50%以上。連續(xù)油管用于洗井、清蠟作業(yè)工藝比較簡單，目前國內(nèi)作業(yè)也以這兩種作業(yè)方式為主。
國外在1995年已經(jīng)應(yīng)用一種同心連續(xù)油管連接井下噴射泵的技術(shù)，用于清洗水平井井壁上附著的鉆井泥漿和水平井出砂形成的砂橋、沙堆。水平井井壁附著泥漿和水平井大量出砂都會(huì)使油井產(chǎn)量大大降低，國外采用的同心連續(xù)油管井下負(fù)壓水力清洗方法能有效去除井壁泥漿和井底的堆積砂，該方法已被全世界許多油田廣泛應(yīng)用并證明是清洗低井下壓力井眼的有效方法。典型的同心連續(xù)油管清洗系統(tǒng)循環(huán)流程圖見圖7，負(fù)壓水力清洗工具串及清洗工藝示意圖見圖8，噴射泵工作原理見圖9。
連續(xù)油管用稠油SAGD開采 水平井蒸汽輔助重力泄油(steam assisted gravity drainage，SAGD)的基本機(jī)理是以蒸汽作為加熱介質(zhì)，在熱傳導(dǎo)與流體熱對(duì)流作用下加熱油層，依靠瀝青及凝析液的重力作用開采稠油。它主要有兩種不同的應(yīng)用方式：一種是平行水平井方式，即在靠近油藏的底部鉆一對(duì)上下平行的水平井，上面水平井注氣，下面水平井采油，這種方式最為廣泛(圖10);另一種是水平井與垂直井組合方式，垂直井注汽，水平井采油。SAGD工藝方法的一種變異工藝是采用單個(gè)水平井筒，既注蒸汽又采油，即單井蒸汽輔助重力泄油 (Single well SAGD， SW—SAGD)。該技術(shù)是將一根經(jīng)過絕熱處理的同心隔熱連續(xù)油管(Isolated Concentric Coiled Tubing， ICCT)下在套管中，將蒸汽注入到水平井段的最端部，蒸汽加熱井筒四周地層，并且?guī)椭患訜嵩托谷氲骄才c油管的環(huán)空中，然后被加熱的原油按照重力泄油的機(jī)理被驅(qū)替到水平井段的造斜點(diǎn)處，由安裝在那里的抽油泵將其連同蒸汽凝析液一起泵抽到地面(圖11)。
這套工藝是ELAN能源公司最先開發(fā)的，據(jù)報(bào)道，單井蒸汽輔助重力驅(qū)早期原油產(chǎn)量要比雙井高好幾倍。目前SW—SAGD這一工藝技術(shù)正越來越受到各石油公司的重視。因?yàn)镾W—SAGD具有比SAGD更明顯的優(yōu)勢(shì)：適用油層更薄，厚度范圍為5～20m，比成對(duì)水平井SAGD適用性更強(qiáng);用單井代替成對(duì)井，鉆井軌跡容易控制，鉆井成本低;垂直段和水平段全部隔熱，熱損失小，熱效率高;重力作用穩(wěn)定，被加熱的原油直接進(jìn)入井筒。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是ICCT的發(fā)明和使用，ICCT最早是由加拿大NOWSCO油井服務(wù)公司發(fā)明并制造的。它是在同心連續(xù)油管環(huán)空充滿珍珠巖隔熱層，內(nèi)外連續(xù)油管間由扶正器保持環(huán)空等距。
大力推動(dòng)
水平井應(yīng)用力度
當(dāng)前，我國東部老油田增產(chǎn)挖潛、低滲透油藏、稠油油藏的開發(fā)會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)國內(nèi)水平井加大規(guī)模應(yīng)用，隨著水平井?dāng)?shù)量的不斷增加，今后水平井增產(chǎn)改造及修井作業(yè)量必然會(huì)相應(yīng)增加。國外連續(xù)油管在水平井酸化、壓裂、清砂洗井、堵水、稠油開采方面的應(yīng)用技術(shù)非常先進(jìn)，值得國內(nèi)認(rèn)真學(xué)習(xí)和借鑒，以滿足與日俱增的水平井增產(chǎn)改造及修井作業(yè)需要。
因此，應(yīng)充分發(fā)揮連續(xù)油管技術(shù)優(yōu)勢(shì)，認(rèn)真研究連續(xù)油管工藝技術(shù)和配套完善相應(yīng)作業(yè)工具裝備，推動(dòng)連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)在水平井中的應(yīng)用，使連續(xù)油管技術(shù)促進(jìn)中國石油油氣穩(wěn)定增產(chǎn)。建議國內(nèi)研究單位加大力度進(jìn)行連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)在水平井采油工程領(lǐng)域的研究工作，上級(jí)主管部門及行業(yè)協(xié)會(huì)組織相關(guān)人員加強(qiáng)連續(xù)油管技術(shù)培訓(xùn)和交流工作。
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