陀螺精确制导水力超深穿透射孔的应用

吴 刚 杜 晶 冷洪峰 职玲玲 徐 锐 袁玉英

(1.中国石油集团测井有限公司吐哈事业部解释中心 新疆鄯善)

(2.中国石油集团吐哈油田公司鄯善采油厂 新疆鄯善)

陀螺精确制导水力超深穿透射孔的应用

吴 刚1杜 晶1冷洪峰1职玲玲1徐 锐1袁玉英2

(1.中国石油集团测井有限公司吐哈事业部解释中心 新疆鄯善)

(2.中国石油集团吐哈油田公司鄯善采油厂 新疆鄯善)

为了最大限度的提高原油的采收率、有效沟通储层与井筒、解决火山岩储层强烈非均质性的精确定方位射孔等问题,吐哈油田于2010年引进陀螺精确制导下的水力超深穿透射孔技术并在三塘湖火山岩地层中成功应用并取得了一定的效果和经验。文章介绍了陀螺精确制导水力超深穿透射孔的原理、操作流程、单井实例,分析了该技术在吐哈油田的应用前景。

陀螺;水力超深穿透射孔;精确制导;火山岩油藏;非均质性

0 引 言

为了最大限度的提高原油的采收率、有效沟通储层与井筒、释放油气层潜能、达到射孔解堵双重作用、克服压实污染、增大孔容,有效提高近井渗流面积、增加油井的产量、安全生产、解决火山岩等非均质性较强的储层的精确定方位射孔等问题,吐哈油田于2010年引进国际先进的陀螺精确制导下的水力超深穿透射孔技术并在三塘湖火山岩地层中成功应用并取得了一定的效果和经验。

1 GYRO-43型陀螺测斜仪的原理及特点

1.1 陀螺原理

GYRO-43型陀螺测斜仪是以地球的自转角速度方向和重力为参考,应用速率陀螺和加速度计构成捷联式数学平台进行定向参数的测量,是一种具有自动寻北功能的先进惯导级陀螺测量仪,该仪器可以在套管内测得定向钻井所需的工具面角。选取两个坐标系如图1所示∶地球坐标系(北西天)XYZ和探管坐标系xyz。最初两坐标系各相应轴彼此重合。首先XYZ系绕OZ轴负向转一方位角Z,得到X1Y1Z1系。其次X1Y1Z1绕Y1的负向转一倾斜角I得到X2Y2Z2系。最后X2Y2Z2绕Z2的负向转一工具面角T得到X3Y3Z3系。为书写的方便令X3Y3Z3系为xyz系。只要测得沿探管坐标轴上的地球角速度ωxωy和重力加速度αxαy这四个参数和给定当地的纬度即可求得探管的方位、倾斜和工具面角。

图1 地球坐标系与探管坐标系的关系

1.2 CYRO-43陀螺测斜仪器技术指标

测量范围和精度:井斜DEV:0°～90°误差:±0.3°;方位DAZ:0°～360°(误差:当井斜DEV＜2°时,数据可信;当井斜DEV＜6°时,DAZ误差±4°;当井斜DEV＞6°时,DAZ误差 ±2.5°)工具方位角:0°～360°误差 ±1.5°。测量方式:定点测量且每点测量时间≤2 min。井下仪器耐温:150℃。井下仪器耐压:100 MPa。井下仪器尺寸:外径:Φ43 mm;长度:3 500 mm。

2 水力超深穿透射孔的原理及特点

2.1 水力超深穿透射孔特点

20世纪80年代国外开始研究水力深穿透射孔技术,我国于20世纪90年代初开始该技术的试验研究。2010年吐哈油田引进水力深穿透射孔技术,其孔深超过100 m,孔径50 mm,远大于以往的水力深穿透工具的穿透深度2 m、孔径20 mm,达到国际先井水平。该套设备采用连续油管磨铣马达驱动机械磨铣头的方式在套管上钻铣出一直径50 mm的洞,然后起出连续油管更换井下马达,连接高压软管和喷嘴以高速高压射流冲击岩层,形成一条洁净的油气流动通道。理论与实验研究认为:水力深穿透射孔得到的孔眼长而洁净,可消除钻井、完井过程中对地层的污染,有利于保护油气层。同时喷射的孔道能有效穿透污染带,消除普通射孔时射孔弹对地层的压实作用引起的渗透率大幅下降现象,精选合适的射孔方位能增加储层渗透率和渗流表面积,可大大提高油井产能。水力射孔与压裂、酸化工艺相结合,有利于提高作业效果,可显著提高完井产能[1～2]。

2.2 水力深穿透射孔系统

水力深穿透射孔系统主要由地面高压带罐作业车、连续油管滚筒、井口驴头、井下钻铣马达、喷嘴、高压喷射软管等部分组成。系统参数:孔深≥100 m、孔径50 mm、作业最大压力68.9 MPa、作业最大井深4 000 m、罐容量20 m3、井下仪耐温150℃、井下仪器外径尺寸:38.1 mm、适用于139.7 mm～177.8 mm的套管。

3 陀螺精确制导下的水力超深穿透射孔工艺

3.1 选井、射孔方位的原则

选井原则为需要提高产量、致密油气层、有较高原地应力、强列非均质性、污染严重、断层隔断、薄层开采、定向探边、边底水增产等条件的井,且穿孔位置距目前井底至不得小于50 m,施工前应经过刮井洗井以确保井下工具能够顺利下入设计深度。射孔方位选择最大剩余油方向、断层方向、平行边底水方向、裂缝发育方向、最大主应力方向[3～4]。

3.2 陀螺精确制导水力超深穿透射孔工艺

作业前油井压井保证井口没有压力,洗井确保井筒干净,刮管确保套管没有变形仪器可以下到设计深度。用73 mm的油管把导向器下到设计深度,管柱结构为:导向器+60.3 mm油管导向器短节(含扶正器)+73 mm变丝接头+测斜短节+73 mm油管。采用CCL+GR校深法确定水力喷嘴深度的精确位置。采用陀螺仪精确测量井下导向器的方位,通过不断转动钻具和反复测量工具面角达到精确制导水力喷射嘴方位的目的。通过连续油管+磨铣马达在导向器对应的深度和方向上精确的磨铣开窗出直径50 mm左右的洞。通过连续油管+高压喷射软管+喷嘴穿过导向器和套管上的洞在地层中所对应的深度和方向上精确的喷射出一直径50 mm,径深100 m的油气流通通道。

4 陀螺精确制导水力超深穿透射孔应用实例

4.1 应用效果

2010年陀螺精确制导水力超深穿射孔作业在吐哈油田成功施工4井。4口井完成水力喷射作业19孔,累计水平喷射长度达1 900 m。作业完成生产半年后产液量增产效果较好,在较差物性条件下能使产液量增加33%～393%,但是增油效果较差其原因分析可能与地层油藏压力较低、储层物性较差、含油性较差、非均质性较强等因素有关,如表1。

4.2 单井应用实例

牛东X-11井裸眼解释得知T8号层为砂砾岩、录井显示为荧光级、阵列感应反映泥浆带较浅侵入半径10.16 cm、地层渗透性差、有效孔隙度只有7%、含油性不饱满、电成像显示无裂缝,综合解释为差油层。P1K(9-10)层为二叠系卡拉岗组火成岩主要为玄武岩、录井显示为油迹-荧光级、阵列感应反映泥浆侵入带较深达5 in(1 in=25.4 mm)、但地层的渗透性较差、电成像显示裂缝不发育、有效孔隙度只有8%,综合解释PIK 9号层为差油层,PIK 10号层为油层。具体实例如牛东X-11井储层基本信息见表2,水力超深穿透喷射孔施工数据见表3。储层组合数据如图2所示,井横向、平面剖面如图3所示。P1K层系地层倾角13°、地层倾向北西方向约290°(1 500 m～1 510 m)、裂缝复杂且发育段集中在基质孔隙度低井段、非均质性强、裂缝走向以北东-南西向为主、与区域最大水平地应力方向一致。本次陀螺定向水力喷射的目的是向南西向喷射钻孔并通过断层上盘喷射射孔,希望能沟通牛东X-101井相应的油层如图4所示。

表1 水力超深穿透射孔措施效果

表2 牛东X-11井基本信息

T8 1468.8 1472.4 3.6 砂砾岩 差油层 52 63 0.16 263 12 7 P1K9 1491.8 1497.8 6.0 玄武岩 差油层 58 67 0.11 235 30 4 P1K10 1502.0 1514.4 12.4 玄武岩 油层 80 46 0.93 240 39 6

表3 水力超深穿透喷射孔施工数据

图2 牛东X-11井测井曲线图

图3 牛东X-11井组合图曲线

2010.10.10陀螺定向水力喷射投产后其产液量由0.82 m3/d增加至4.04 m3/d;但是产油量由0.62降至0.37 m3/d;但含水增加较快由9.1%增加至90.3%,综合分析这次的陀螺定向水力喷射投产取得一定的经验的效果,但由于地层本身的能量及较强的非均质性导致增油控水效果不理想如图4所示[5、6]。

5 结论与建议

图4 牛东X-11井水力喷

通过具有国际先进水平的陀螺精确制导水力超深穿透射孔技术在吐油田火山岩地层中的成功应用我们在新射孔工艺操作流程、选井、射孔方位选取、陀螺定向等方面取得一定的经验。运用该技术在吐哈油田三塘湖的火山岩储层等强列非均质性储层中探边、沟通裂缝等中动用,该技术在提高产能、稳油控水、突破井底污染、致密砂岩气层等方面应用时能达到较好的效果。

该项技术在吐哈油田的勘探新区柯柯亚的致密砂岩气藏、硫黄沟煤层气、沙尔湖煤层气勘探中有着广阔的应用前景。

[1] 马卫国.水力深穿透射孔技术开发底水油藏数值模拟研究[J].江汉石油学院学报,2004,25(3)

[2] 张友军,等.水力深穿透井下射孔深度检测方法探讨[J].石油机械,2005,32(1)

[3] 吴洪举,等.水力深穿透射孔技术在锦州采油厂的初步应用[J].石油机械,2007,34(9)

[4] 张继峰,等.水力深穿透射孔技术最新发展及应用[J].石油机械,2002,29(10)

[5] 李根生,等.高压水射流深穿透射孔产能影响因素[J].石油钻采工艺,2006,27(4)

[6] 李鸿文.水力深穿射孔井产能计算方法及开发效果分析[J].石油钻探技术,2001,28(5)

The application of a Gyro′s pre- cise guidance on the hydraulic power superdeep perforation in TuHa oilfield.

Wu Gang,Du Jing,Leng Hognfeng,Zhi Lingling,Xu Rui and Yuan Yuying.

To improve the oil production to the utmost,to effectively link reservoir with wellbore,and to solve the problem of the accurate orientate perforation of the heterogeneous reservoir,the technology of Gyro′s precise guidance on the hydraulic power perforation was introduced in TuHa oilfield in 2010.This technology is applied successfully in the volcanics reservoir of ShanTang-hu oilfield and it proves to be effective.This article explains the theory,the operation process and an individual well example of the technology and analyses the prospects of the technology in the TuHa oilfield.

Gyro;hydraulic power superdeep perforation;precise guidance;volcanic rock reservoir;anisotropy

TE357

B

1004-9134(2011)04-0052-03

吴 刚,男,1980年生,工程师,2004年毕业于中国地质大学(北京)地质学专业。现在中国石油集团测井公司吐哈事业部解释中心动态室从事测井资料的处理与解释。邮编:838202

2011-03-18编辑高红霞)

PI,2011,25(4):52～54

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