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[19.04]候选井的完井设计 在多分支井中的应用

时间:2019-03-22 10:09 来源: 作者: 李晓生


光纤辅助的连续油管(CT) 多 分 支 工具(MLT) 的 研发是为了实施各分支进入和酸处理方案。在详细介绍了首个全球范围的应用之后,这项技术的使用变得越来越普遍。MLT 基本上是一个流量激活的弯短节,弯短节伴随着光纤连接的CT(e-coil 带 电 连 续 油 管) 下入井内。利用液压趋势,对 MLT与兴趣窗口是否对准进行确认,确认对准后,利用套管接箍定位器(casing collar locator,简称 CCL)的关联性与伽马射线标识来确定分支身份。MLT 进入各分支实现促产MLT 到达各水平分支的总井深是促产计划的一项要求。
 
为了确保实现这一目标,e-coil 的抵达能力担负着此项模拟。虽然定向轨迹、e-coil 的尺寸和减阻剂都会对 e-coil 的抵达产生影响,但井身结构证明是 e-coil 抵达各水平分支总井深的关键;这是因为在尺寸大很多的油层套管内e-coil 的螺旋缠绕趋势呈现出恶化迹象,导致 e-coil 锁住——比水平分支的总井深要略浅些。为了防止这种情况发生,由钻机使用钻杆作为 e-coil 疏导管的模式下入,e-coil 行进的长度限制在从窗口到最上面那个分支 100ft的距离;钻杆管柱的内径限制更大,使 e-coil 在锁住之前能够抵达每个水平分支的总井深。
 
为了说明与不这么做相比,换一种方式,图 1 示意了 e-coil抵达(深度对 e-coil 下井重量)的模拟结果,图示说明通过钻杆下入 MLT 的影响。通过钻杆下入 e-coil 获得额外行进距离的情 形, 增 加 的 行 进 距 离 超 过 了2,000ft。下 入 MLT 之 前, 必 须 对 井身结构进行另一项修正,预期泵入的、穿过 MLT 受限内径的循环压力,也就是需用于酸处理的流量必须限制在每分钟几桶的范围,由于井筒体积可能超过数百桶,因此循环所需的时间被证明是令人望而却步的。在工作管柱末端安装一个封隔器会简化井身结构,减少循环体积,所需的循环时间也会减少 50% 以上。
 
图 2示意了最终的井身结构,给出为进行酸处理下 MLT 进入各分支的顺序。酸处理设计并行水平进入设计是合适的酸处理选项。盐酸与泥饼中碳酸钙的快速反应不仅会导致失水过快,而且还会使渗入和刺激储层的可用的盐酸变得更少。采用酸性盐水作为刺激剂的另一个难题是在地面处理盐酸所带来的挑战,与 刺 激 容 器 不 同 的 是, 钻 机 很少配备处理和泵入这种反应材料的设施。由于此情形下尚未安装ICS,ICS 是在酸处理后才被安装的,因此使用刺激容器进行酸处理是不切实际的,因为需要恢复钻机才能安装 ICS。
 
在选择替代酸处理方案时,为了均匀分布穿越储层,并对储层提供充分激励,充足的酸反应时间是非常重要的。同样重要的还有,通过钻机在地面能更容易把握处理进程。有 机 酸, 如 甲 酸 和 乙 酸,用这类酸液来激励碳酸盐储层已在 业 界 运 用 多 年。Buijse 等 人2003 年在其文章中记录了使用甲酸和乙酸的一种组合产品作为盐酸替代品的案例,在一口类似于候选井的案例研究中,Leschi 等人 2006 年在其文章中阐述了在酸释放机制延迟的情况下选择甲酸处理的情形;这一特性允许在地面形成一种中性 pH 值的混合物,而且穿越储层时可以缓慢释放 酸 液; 正 如 Leschi 等 人 详 细阐述的,相比乙酸,甲酸是一种更好的选择,这是因为在类似的储层温度下,乙酸释放的速度比甲酸慢很多。
 
因此,如果使用乙酸,碳酸钙泥饼的去除效率会很低。在设计最佳酸配方时,一个带有孔隙喉道的陶瓷圆盘,其孔隙喉道的尺寸类似于我们关注的储层的孔隙尺寸,我们记录了液体透过陶瓷圆盘时的注入率或受量速度;据此,在实验室复制了钻井液配方;然后,在储层温度和压力环境下将陶瓷圆盘暴露在这种液体中,使圆盘上形成一种泥饼;随后,用不同甲酸配方的酸液与泥饼起反应。在另一项注入试验中,透过圆盘的首次失水的时间线被确认是部署酸处理必需的时间延迟。所述制剂的有效性是鉴于泥饼溶解的有多快和一致性如何来衡量的,清理时间是根据处理过程与 ICS 安装之间最短的时间来判断的。有效的处理会使最终的注入速度如同最初的注入速度。采用上述准则,筛选出最佳酸配方制剂。
 
图 3 是用不同甲酸配方单独试验后泥饼的清理情况,最后一幅图说明了所选配方制剂的有效性。在这个试验样本中,几乎所有的碳酸钙泥饼都溶解了,使陶瓷圆盘恢复到了初始状况。为了确保选定的配方按计划行事,从井内获取了实际的在用钻井液样本。使用实际的钻井液样本试验结果需要修改甲酸配方,增加酸的浓度是必要的,以达到之前试验的相同结果。这可能是因为实际钻井液样本中也含有钻出的固体岩屑,这一特征在实验室的样本中是不容易复制的。酸处理后的分支隔离为了抑制酸处理后穿越储层的液体流失,考虑了机械隔离和化学隔离两种选择。由于化学隔离不存在封隔器的风险,该井选择化学隔离作为隔离机制,替代封隔器隔离方式。
 
选择化学隔离涉及到使用聚合物胶塞,聚合物胶塞已在石油工业中使用了超过25 年。 如 Terracina 等 人 1989年和 McCabe 等人 1991 年所述,聚合物胶塞是一种能在一口井中提供屏障的高粘聚合物流体,这一特性使得促产和修井作业像是在一个已设有机械屏障环境下实施的。 有两种类型的聚合物胶塞,交联型和非交联型,两者之间的区别在于交联聚合物凝胶需要金属或硼酸盐离子与聚合物交联形成粘性凝胶,而非交联聚合物凝胶则需要高浓度的多糖聚合物才能达到相同的粘度。
 
选择交联或非交联聚合物胶塞取决于所涉及的应用,这是因为交联聚合物胶塞可能会因其内部(酶或氧化剂)或外部(弱酸如 5%v/v 盐酸溶液)破坏性制剂的加入而降解为它的盐水基,而非交联胶塞只在使用了外部破坏性制剂才会降解。此外,交联聚合物胶塞比它的非交联对应物设定的更快,对于通过限制像 MLT这样的 CT 工具而泵入胶塞的应用场景,非交联胶塞可能是首选;对于需要更快设定时间或泵入外部破坏性制剂不可行的应用场景,交联聚合物胶塞可能是更偏重的选择。
 
对于候选井来说,由于不确定形成胶塞需要多长时间,所以选择了非交联胶塞;MLT 内径的限制也排除了选择交联凝胶,因为胶塞设定后,循环压力将禁止通过 MLT 泵入胶塞。该地区成功实施的非交联聚合物胶塞进一步支持了这种选择,该井选择非交联胶塞的最终好处是在与氯化钙(CaCl 2 )盐水接触时加速了凝胶的凝结时间。在泵入这种聚合物凝胶之前先在井中循环氯化钙盐水,随着聚合物凝胶与氯化钙盐水在井中接触,会加速凝胶的凝结时间,这抵消了非交联聚合物胶塞较慢的胶化时间。
 
根据井况,图 4 给出了在储层温度下非交联聚合物凝胶粘性与时间关系的试验数据,证实了聚合物胶塞在不到两个小时时间粘性增至500 厘泊以上的可行性。选择非交联聚合物胶塞需要在 ICS 安 装 后 泵 入 一 种 外 部 破坏性制剂,选择弱酸溶液作为外部破坏性制剂,并指定各分支的FCVs 作为分配外部破坏性制剂的流通通道。由于交联和非交联聚合物两种胶塞都随着作为外部破坏性制剂酸的加入而降解,所以胶塞的安 置 和 酸 处 理 的 精 准 性 至 关 重要,钻井作业期间需获得各分支的井径测井数据,酸处理的体积量需根据这些数据而定,由于每个分支需要不同的酸液处理量。
 
因此,正确决定 MLT 进入哪个分支这一重要性需进一步强调。为了防范泵入酸处理液后可能出现的严重漏失,作为安全选项,混入粘性盐水药剂,做好泵入准备。随着设计工艺的确定,酸处理的泵送顺序为:増粘盐水、酸处理液、盐水、隔离液、非交联聚合物凝胶、隔离液、盐水。图5 为候选井 ICS 预安装的最终方案,概述了工艺流程后和 ICS 安装前的情形。概念验证该项目是在 CT 装置及设备安装和测试后开始实施的,酸处理的第一个进入点是主井眼,处理工艺如前面所述。由于 MLT和 e-coil 位于井的下端,因此,不需要激活工具来引导其进入主井眼的裸眼段。进入前,获得了一个 CCL 关联图,见图 6,CCL的关联性证实 MLT 进入了主裸眼的裸眼段。此后,MLT 被成功下至主井眼的总井深,作为伽马射线的相关性, 图 7 证实了主裸眼的身份。
 
MLT 对准和进入主裸眼上方图 8 图 9 图 10图 11图 7分支 1 要求 MLT 定位于该分支的窗口,从 MLT 压力读数显示的必要压降特征证实,见图 8,MLT 与分支 1 窗口对准,这一操作获得成功;e-coil 通过该窗口时 CCL 的相关性也支持 MLT 的压力标识。与主井眼的情况一样,处理工艺遵循了作业计划和伽马射线的相关性,图 9 为分支 1 伽马射线的相关性,进一步证实了该分支裸眼的身份。类似于分支 1,分支 2 成功实现窗口对准和进入,对照图 10伽马射线的相关性,进一步证实了分支 2 裸眼的身份。在分支 2 酸释放延迟时间过去后,随着 MLT 回到钻杆,酸损失率增至 27 桶 / 小时(bph),并稳定在此。
 
随后 MLT 被起至地面,这是必须的,在用钻杆为泵入提供一个更大管道时,如果必要,増粘盐水药剂可以用来减缓不断增长的酸液损失。MLT 起至地面后,钻杆末端的封隔器被释 放, 此 时 损 失 率 急 剧 增 至 73bph;然后通过钻杆泵入増粘盐水药剂,并监测损失率,损失率减少了,但没有达到允许收回钻杆的程度。接着另一种増粘盐水药剂被泵下钻杆,损失率下降。执行了一次延长流量的检查,随着损失率的稳步下降,将钻杆和封隔器起出井眼,卸下放好。
 
图11 是酸处理期间和之后的损失率示图,说明了整个处理过程的损失率,关键时刻被重点突显。钻杆和封隔器回收到地面后,在计划深度成功安装了上部 ICS,将外部破坏性制剂通过各 FCV 进行泵注,这确保了在各裸眼分支进入点所有非交联聚合物胶塞在井净化前降解为氯化钙盐水。此后,各分支分别回流,直到满足试油要求,此时所有分支一起流动,以满足最终井的净化要求。通过成功处理各裸眼分支、安装ICS 和确保井眼净化,证明了候选井概念完井设计是可行的。尽管最后一次裸眼处理后遭遇漏失,但这一概念未来仍可在多分支井中得到应用。目前正努力优化本案例研究中所采用的隔离机制,为未来广泛应用提供范例。
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