提高油藏最终采收率的极大储层接触技术

第３ ５卷 第 １期
Ｖ ｏ ｌ ３ ５ Ｎ ｏ １
钻 采 工 艺
Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ＆Ｐ Ｒ Ｏ Ｄ Ｕ Ｃ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＴ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
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制以及井下电能的产生是智能完井的关键技术；⑤ 更多的分支和更多的控制阀意味着更少的井、 更少 的成本， Ｅ Ｒ Ｃ的成功应用关键为设计可靠的井下设 备和控制安装成本。由于 Ｅ Ｒ Ｃ技术具有以上这些 Ｒ Ｃ技术开发油气资源带来了新的 特点这给利用 Ｅ 挑战。
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钻井工艺
钻 采 工 艺
Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ＆Ｐ Ｒ Ｏ Ｄ Ｕ Ｃ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＴ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
２ ０ １ ２年 １月
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ２
提高油藏最终采收率的极大储层接触技术
熊继有１， 许红林１， 徐坤吉１， 贺 培１， 潘宏文２
（ １油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学 ２中国石油长庆油田分公司）
熊继有等．提高油藏最终采收率的极大储层接触技术． 钻采工艺， ２ ０ １ ２ ， ３ ５（ １ ） ： １ ０－ １ ３ 摘 要：随着全球油气资源供需矛盾的日益突出和常规油气资源的不断减少， 通过复杂结构井降低成本提高 油气采收率已成为石油工业的必然趋势。极大储层接触技术是在最大储层接触技术基础上发展起来的一种能提 高油藏采收率的新技术， 它比最大储层接触技术更加智能， 难度也更大。为此， 在国内外相关文献调研的基础上， 从油藏地质和工程相结合的角度将现有最大储层接触技术与新型智能完井技术相结合， 提出了极大储层接触技术 的关键技术。主要为： 油藏精细描述与剩余油分布预测技术、 布井方案优化技术、 井眼轨迹优化设计与控制技术、 储层保护技术、 膨胀管与先进封隔器技术、 Ｅ Ｒ Ｃ智能完井技术等。还建议国内研究者在理论、 技术、 装备、 工具等方 面尽早准备。 关键词：极大储层接触技术；最大储层接触技术；提高采收率；钻井；智能完井
征优选布井方案。例如： 对于高弯曲分流河道砂体、 低弯曲分流河道砂体， 剩余油挖潜时平面上分支井 方向与侧积泥质条带有夹角； 在剖面上， 分支井平行 于河道砂顶面， 在河道砂上部的水淹级别低部位的 垂向上的中间位置或稍向上部布井。对于砂质辫状 河道砂体、 顺直河剩余油挖潜， 平面上分支井布井方 向与河道砂体走向平行即可。对于三角洲砂体， 平 面上分支井与水下分流河道砂体或席状砂体走向平
１ ］ Ｅ Ｒ Ｃ技术 ［ 。
２ ． Ｅ Ｒ Ｃ技术的特点 Ｅ Ｒ Ｃ技术是在 Ｍ Ｒ Ｃ技术基础上发展起来的， 它也具有 Ｍ Ｒ Ｃ技术在增加油藏接触面积和泄油面 积、 提高油井生产能力、 减少所钻井数、 降低地面设 备、 降低钻井和生产的单位成本、 减少岩屑和钻井液 排放、 减少环境污染等诸多方面的优势。除了常规 Ｍ Ｒ Ｃ井所具有的优势外， 智能 Ｅ Ｒ Ｃ井还具有以下
收稿日期：２ ０ １ １－ １ １－ ２ ４
轨迹空间展布复杂； 可达 ５ ０ ② 油藏总接触面积大， ｋ ｍ或更高， 油井的总生产能力可与油藏垂直导流能 力平衡； ③智能完井能获取每个分支及层段的信息， 可以更实时全面准确改进全油藏描述并反馈控制生 产； ④基于无线通信的井下信息的传输和阀门的控
基金项目：中国石化重大科技专项“ 气体钻井方式下的水平井段轨迹控制技术研究” 的部分研究成果。 作者简介：熊继有（ １ ９ ５ １－ ） ， 教授， 博士生导师， １ ９ ７ ８年毕业于西南石油学院， 主要从事钻井工艺技术、 射流理论与应用技术、 复杂结构井 钻完井理论与技术等 方 面 的 研 究 工 作。 地 址： （ ６ １ ０ ５ ０ ０ ） 四 川 省 成 都 市 新 都 区 新 都 大 道 ８号 西 南 石 油 大 学 石 油 工 程 学 院， 电 话： （ ０ ２ ８ ） ６ １ ６ ０ ２ ０ ０ ９ ， Ｅ－ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｉ ｏ ｎ ｇ ｔ ａ ｎ ｇ ２ ０ ０ ２ ＠ｙ ａ ｈ ｏ ｏ ． ｃ ｏ ｍ ． ｃ ｎ
３ ］ 。 行， 以开发横流带方向的剩余油 ［
二、 Ｅ Ｒ Ｃ关键技术
Ｅ Ｒ Ｃ技术比常规 Ｍ Ｒ Ｃ技术更智能， 其难度也 更大， 它是一项高度集成、 多学科交叉渗透的系统工 程技术， 必须从地质、 油藏、 工程相结合的角度来综 Ｒ Ｃ技术的特点论述 合研究这种技术， 下面结合 Ｅ Ｅ Ｒ Ｃ的关键技术。 １ ． 油藏精细描述与剩余油分布预测技术 Ｅ Ｒ Ｃ井虽然可以实现一口主井眼中钻更多的 分支井眼， 但是随着分支井眼数目的增多其难度和 Ｒ Ｃ技术高效开发 成本势必会加大。因此， 要实现 Ｅ 各类油藏以及提高剩余油挖潜效益， 必须解决油藏 的精细描述与剩余油的分布预测问题。首先应该从 现有理论与技术出发建立适合各种特殊油藏的三维 渗流物理模型和数学模型， 然后得出考虑各种具体 因素下的多分支井的产能预测综合方法， 同时利用 先进的油藏模拟软件， 结合油藏动态、 静态资料对油 藏进行精细描述以及对老油田剩余油分布进行较准 确预测， 最后优选出待开发油藏的开采层位、 分支井 数目、 分支井眼角度、 分支井眼长度， 同时还要对优 选出的方案进行经济评价， 才能最终实现优质高效 开发油气藏。 ２ ． Ｅ Ｒ Ｃ钻井关键技术 Ｅ Ｒ Ｃ井分支数多、 井眼轨迹空间展布复杂、 钻 完井周期长、 可能需要后期压裂增产、 智能完井技术 对井眼质量要求高， 这些特点给 Ｅ Ｒ Ｃ钻井带来了一 系列的技术难题， 本文从布井方案设计、 井眼轨迹优 化设计与控制、 随钻扩眼技术以及储层保护技术加 Baidu Nhomakorabea论述。 ２ １布井方案设计理论 Ｅ Ｒ Ｃ的布井方案应该在认识油藏地质特征以 及油藏精细描述的基础上进行优选。以中国陆相沉 积储层为例， 由于 ９ ０ ％ 油田均采用注水开发方式， 陆相储层已进入高含水期， 直井开发效果差， 储层油 水接触关系非常复杂， 剩余油在空间上很分散， 除渗 透率低或很低的储层剩余油较为富集外， 在厚油层 中剩余油零散分布于油层顶部砂体的边角、 各种沉 积界面， 泥质夹层附近及各个单砂体的叠接部位上。 因此， 应该依据剩余油分布情况并结合地质构造特
２ ２井眼轨迹优化设计与控制技术 井眼轨迹的设计不仅要满足开发和工程的需要 同时还要兼顾经济考虑， Ｅ Ｒ Ｃ井作为一种新的复杂 结构井难度大、 成本高， 应根据油藏特征、 开发方案、 地应力等来设计三维井轨。为了井壁不坍塌， 井轴 方位应为最小主应力方向， 主 －分井眼宜统筹靠近 最小主应力方向。 Ｅ Ｒ Ｃ井眼轨迹空间展布复杂， 需 要先进的导向钻井来保证顺利实现地质目标。旋转 导向钻井系统能控制和调整钻进中造斜率与方位 角， 而且摩阻小、 扭矩小、 转速高、 钻头进尺大、 时效
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钻 采 工 艺
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薄层、 缝洞发育、 气顶底水以及老油田剩余油的挖 潜。由于具有更长的储层裸眼井段， 使得完井周期 更长， 若采用过平衡钻井技术或常规欠平衡钻井势 必会在增加储层接触面积的同时也会增大储层损害 范围。近年来发展起来的控压钻井技术 （ ｍ ａ ｎ ａ ｇ ｅ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ， Ｍ Ｐ Ｄ ） 能解决这个问题。其技术思 路是： 在一定控压装备的基础上通过控制钻井液密 度、 套压等方法来控制井底压力以满足不同工况下 的钻井工程要求， 显然要实现 Ｅ Ｒ Ｃ技术可以结合该 技术精确控制井内压力始终为欠平衡状态从而保护 储层， 获取最大单井产能， 增加油气藏的开发效益。 ３ ． Ｅ Ｒ Ｃ完井关键技术 ３ ． １膨胀管与先进封隔器技术 Ｅ Ｒ Ｃ井能实现分级压裂和分层段开采一方面 要求完井管柱尽量大， 另一方面要求实现分层段有 效封隔， 膨胀管和先进封隔器可以解决这个问题。 ｈ ｅ ｌ ｌ 在２ ０世纪 ９ ０年代提出， 膨胀管技术最先由 Ｓ ２ ０ ０ ３年以后应用越来越广。它是以机械或液压的 方法使下入井内的膨胀管发生永久性塑性变形使管 子内径变大。因此， 能实现等直径（ 甚至大于上层 套管直径） 完井。在国外， 膨胀管技术已经相当成 熟， 我国近年起步研发应用， 胜利钻井院在国内领 先， 其关键技术包括膨胀管制造、 膨胀悬挂器系统、 胀管器、 施工技术等。高性能的封隔器是 Ｅ Ｒ Ｃ完井 的关键， 国际上已研究出多种膨胀封隔器， 最先进的 是遇油气膨胀封隔器。例如 Ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ｆ ｉ ｘ 公司于 ２ ０ ０ ２年 就将其生产的首批 Ｅ ａ ｓ ｙ Ｗｅ ｌ ｌ 遇油气膨胀封隔器投 放市场， 经过近 １ ０年 的 研 究 和 推 广， 至今已有近 ５０ ０ ０ 套运用于多种多样的陆地和海洋环境
４ ］ 高、 成本低、 井身平滑井轨易控制 ［ ，Ｅ Ｒ Ｃ技术可采
用该技术实现轨迹的控制。旋转导向闭环钻井系统 示意图如图 １所示。
图１ 旋转导向闭环钻井系统示意图
２ ３随钻扩眼技术 增大储层段的井眼直径比增大井眼穿越长度对
４ ］ ， 可以采 于提高储层段的总的接触面积更具优势 ［
用同心扩眼器边钻边扩巡航制导闭环钻井技术对井 眼扩眼后下入膨胀管来实现。以地中海地区某井为 例其 实 现 随 钻 扩 眼 的 井 下 典 型 钻 具 组 合 为： ３ １ １ ． １ ５ ｍ ｍＰ Ｄ Ｃ钻头 ＋ ３ １ １ １ ５ ｍ ｍ近钻头稳定器 ＋ 旋转 导 向 系 统 （ Ｒ Ｓ Ｓ ）＋随 钻 电 阻 率 测 井 系 统 （ Ｌ ＷＤ ）＋ 随钻测量系统（ Ｍ ＷＤ ）＋ ３ ０ ４ ． ８ ｍ ｍ 钻柱 ５ ０ ． ８ ｍ ｍ × ２ ０ ３ ． ２ ｍ ｍ无磁钻铤 ＋ 稳定 器 ＋ ３ １ １ １ ５ ｍ ｍ 钻 柱 稳 定 器 ＋ ３ ３ ０ ２ ｍ ｍ扩眼器 ＋ ２ ０ ３ ２ ｍ ｍ钻铤。 ２ ． ４Ｅ Ｒ Ｃ与 Ｍ Ｐ Ｄ结合保护储层的技术 Ｅ Ｒ Ｃ井多用于开发复杂的低渗透致密、 多层、
中图分类号：Ｔ Ｅ３ １ ３ 文献标识码：Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ ． １ ０ ０ ６－ ７ ６ ８ Ｘ ． ２ ０ １ ２ ． ０ １ ． ０ ４
随着石油科技的飞速发展， 复杂结构井技术已 成为石油行业油气开采的关键技术。继定向井、 水 平井、 分支井后， ２ ０世纪末最大储层接触技术（ ｍ ａ ｘ ， 以下简称 Ｍ Ｒ Ｃ ） 作为提高油 ｉ ｍ ｕ ｍｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ 气采收率的新技术在国际上迅速发展并日趋成熟， 然而在最大化驱油效率和成本控制的驱使下， 沙特 阿美公司在 Ｍ Ｒ Ｃ技术基础上又提出了极大储层接 触技术 （ ｅ ｘ ｔ ｒ ｅ ｍ ｅｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ， 以下简称 Ｅ Ｒ Ｃ ） ， Ｅ Ｒ Ｃ技术比 Ｍ Ｒ Ｃ技术难度更大、 更智能。为此， 笔 者针对我国油气田开发现状结合 Ｍ Ｒ Ｃ技术和 Ｅ Ｒ Ｃ 技术新特点论述了 Ｅ Ｒ Ｃ技术的钻完井关键技术。
都需要穿过封隔器胶筒， 这使得能在地面智能控制 ８个， 这一不可避免的缺 的分支井眼最多只能有 ５～ 陷成为了 Ｍ Ｒ Ｃ技术向更高水平发展的瓶颈。在这 种背景下基于井下无线传输方式替代传统线缆实现 信息的传递和阀门控制的完井新技术应运而生， 由 于不需要线缆该技术理论上对分支井眼个数没有限 制， 可 以 真 正 意 义 上 实 现 油 藏 极 大 接 触， 这就是
２ ］ 一些显著特点 ［ ：① 分支数理论上不受限制， 井眼
一、 Ｅ Ｒ Ｃ技术的提出和特点
１ ． Ｅ Ｒ Ｃ技术的提出 随着全球油气资源供需矛盾的日益突出和常规 油气资源的不断减少， 通过复杂结构井降低成本提 高油气采收率已成为石油工业的必然趋势。自从 ２ ０世纪末以来， Ｍ Ｒ Ｃ技术作为提高油气采收率的新 技术在国 际 上 迅 速 发 展 并 日 趋 成 熟， 但是现有的 Ｍ Ｒ Ｃ智能完井系统每个分支井眼都需要机械式控 制线缆（ 水力 ／ 电力） 与井口相连， 而每根控制线缆