靳榮博

中海油田服務股份有限公司 天津 300452

水平井在開發(fā)新油田和提高老油區(qū)效率方面發(fā)揮著越來越重要的作用。由于篩分完井具有采油面積大、施工工藝簡單可靠的優(yōu)點，60%以上的水平井采用篩分完井。然而，隨著水平井開發(fā)中薄油氣藏和周邊地下水資源所占份額的增加，部分油井發(fā)生水淹，嚴重影響了開采效果。而分段或互補技術則能夠達到不同層間的分離程度, 延長井的產出期,不需要水或低脫水處理,為后期的排水管理與排澇措施提供了有利條件。這是水平井完井科技的主要發(fā)展方向之一，也是開發(fā)水平井完井工具并進行實驗室和現場試驗的主要原因[1]。

1 水平井分段開發(fā)技術現狀

近年來，水平井、分期完井和采油技術在我國得到了大力推廣和應用。經過十多年的研究和測試，已經發(fā)生了兩大變化：一是完井技術的變化，從水泥射孔完井到裸眼和管理完井，再到襯管完井和其他配套技術，適用于不同類型、不同油藏，具有水平完整性高、完井成本低、防止油層二次污染、提高水平井產能和采收率等優(yōu)點：二是采油工藝的轉換，從全井射孔投產發(fā)展成滿足要求的分段生產技術，包括分段采油、分段堵水和提高采油能力的技術。我國在以上兩個方面均取得了突破：膨脹包裝油水的分段膨脹技術和水平井儲罐低滲透分段壓裂完井技術。還開發(fā)了八項新技術，包括長橡膠分段精制技術、單管外包裝、分段涂飾技術、水泥填充長橡膠桶包裝技術、生油包裝分段技術、水平井分段密度（分段）分級技術、水平井分段采油技術、水平井完成智能水平井技術、借助智能水平井技術，穩(wěn)定水平熱井蒸汽注入并優(yōu)化蒸汽注入參數[2]。

關鍵技術的研究和突破，配套儀器的改進，大規(guī)模技術的廣泛推廣應用，使水平井完井采油技術的應用取得了新的進展。新技術的應用將有效減緩低邊水的積聚，延長油井的低水開采周期，提高采收率。

2 水平井分段完井工具

2.1 工具設計

水平井的部分修井可以通過改進現有延伸工具和設置工具的外部封隔器來實現。筆者設計的輔助工具主要包括外串和內串。外管簾線是填充管的簾線，該填充管與殼體一起進入井內，并通過外殼橡膠筒的延伸與井壁緊密接觸，以允許水平面冷凝；內管串主要用于定位和設置外管包裝。可根據實際需要清洗管面，與管道連通[3]。

2.2 室內試驗

對新開發(fā)的139.7mm 氣動外管包裝進行了多次實驗室測試，以檢測并提高其特性，使之最終更符合現場施工條件。封隔器的測試步驟包括：

（1）將包裝安裝在試驗臺上，連接液壓管，開始印刷；

（2）當壓力升高11MPa 時，銷釘剪斷，封隔器的橡膠缸被液壓缸壓縮，外徑開始增大，壓力保持在4M～5MPa（約15min）。當液壓缸向前移動時，橡膠缸被壓下，外徑逐漸增大[4]。

（3）一旦膠筒的外徑達到最大值，液壓缸將不再移動，壓力持續(xù)升高。此時，鎖定裝置鎖定，使液壓缸不會后退；橡膠筒的外徑最大，保持不變；膨脹試驗結束。

（4）將139.7mm 外封隔器（工作直徑244.5mm）放置在外殼（模擬鉆筒）中，施加壓力，測試其承壓能力。試驗結果如表1 和表2 所示。

表1 封隔器膠筒膨脹前后的外徑mm

表2 管外封隔器承壓能力試驗

由表1 和表2 可見，壓縮式管外徑保持在約290mm的精度，可以完全壓實井壁，并防止橡膠桶和井壁之間出現小開口。放大后，膠筒壓力為20MPa，沒有液體泄漏，證明加壓外管封隔器能夠滿足現場應用的要求。

與常規(guī)封隔器相比，壓縮式管外封隔器結構簡單可靠，與多級封隔器配合使用時密封效果好，硬度高，固體橡膠筒內承壓能力強。

3 分段完井工藝

3.1 工藝介紹

分階段完工過程主要包括兩個階段：分階段工具和在線工具的延伸和密封。分段完井工具應安全平穩(wěn)地放置在地下，以確保區(qū)塊的完整性，并為封隔器的膨脹和設置提供基礎。內部管道工具補充延伸部分并設置封隔器，以實現分段完井的目標。具體流程如下：

（1）電子測量數據表明，非均質層位置良好，設計了最低外管柱組合；

（2）將管線降至設計井深度后，按壓并放置管道的外包裝；

（3）保壓，打開壓差均壓環(huán)，循環(huán)環(huán)內泥漿和砂，然后注入水泥；

（4）更換水泥后，繼續(xù)壓縮，關閉分級環(huán)，等待凝固；

（5）準備擦拭工具，用于去除膠帶中的殘留痕跡；

（6）準備一組工具，將管放置在放置內管壓縮機的位置；

（7）安裝后，將冷凝密封添加到清洗閥中，以將其沖洗回泥餅中；

（8）卸料后，將管封隔器置于正壓狀態(tài)，打開限壓器，將內管封隔器從底部向上放置；

（9）繼續(xù)壓縮并保持球座，拉出內管工具并執(zhí)行分段補充。

圖1 為水平井端流程圖。

圖1 水平井分段完井工藝示意圖

3.2 技術優(yōu)勢

（1）采用壓后外徑大的固體壓縮式外管壓縮機，將固體橡膠組件嵌入壓力能力高的地層中，保證分段質量；

（2）分段襯套內徑比殼體內徑小10mm，通過盲板的位置不易劃傷，可雙向重復排列，具有穩(wěn)定的保壓效果；

（3）內部繩索還可以通過單個鉆孔來補充外包裝和酸化的設置，從而縮短使用壽命并降低運營成本。

4 現場應用

4.1 長膠筒管外封隔器分段完井技術

長膠筒管外包裝分段補充技術（圖2 和圖3）是一種廣泛使用的外水平井分段補充方法，該技術的目的是在完井階段驅動外部封隔器，然后驅動內管工具擴展封隔器，以實現預期的分段生產。該方法適用于有泥巖夾層的井，不適用于油罐內的熱采。自勝利油田開始分段以來一直使用，直到2007 年長筒外包裝試驗結束，已成功推廣應用近百口，油井的低含水開采期可延長5～10 個月,取得了較好的應用效果[5]。

圖2 長膠筒管篩管式外封隔器分段完井

圖3 長膠筒管滑套式外封隔器分段完井

4.2 水泥充填長膠筒封隔器分段完井技術

為延長封隔器的使用壽命，克服封隔器的失效問題，國內進行了水泥充填長管封隔器的分段水平井完井階段關鍵技術研究。該技術設計用于在完井階段將封隔器降到長橡膠帶（筒體2～3m）外。激活時，使用水泥膨脹環(huán)延長和關閉封隔器；封隔器的井部分固化后，封隔器充滿水泥以形成水泥蓋，實現預期的分段生產（圖4）。應用水泥包裝技術從根本上解決了封隔器失效的問題，確保了封隔器的長期關閉。該技術在20 世紀80 年代末開始被國外使用，并在20 世紀90 年代被廣泛應用于特定工藝井（如水平井）和特殊水池（如破碎的石灰石罐）。中國也開展了水泥污泥填充的研究。然而，由于設備和技術的限制，該技術主要用于套管表面處理。近年來，勝利采油研究院開展了分段定型技術研究，水泥填充長橡膠簡易包裝和展示完井。實施該技術的難點在于確保管道外的封隔器充滿致密水泥，并有效分段，不會導致高密度水泥泄漏污染容器和顯示器。根據不同的注水管道，目前已完成了雙管延伸工藝和單管延伸工藝，并在冀東油田兩口井中應用。

圖4 水泥充填長膠筒封隔器分段完井示意圖

4.3 遇油遇水膨脹封隔器分段完井技術

吸水膨脹封隔器保溫技術是利用橡膠的油（水）膨脹性能自動膨脹并密封地下，以實現分段生產的目標。目前，許多外國公司都有比較成熟的排水包。哈里伯頓、Tam、Waffix 和其他公司致力于研究油/ 水膨脹封隔器，總共使用了近100 個水/ 油膨脹封隔器，最高壓力為60MPa，耐溫性為175℃。組合式油水膨脹封隔器是一部分油和一部分橡膠筒膨脹的組合。哈里伯頓混合油/ 水延伸（Genesis）是水膨脹和油膨脹材料的融合，而不是一部分水膨脹和一部分油膨脹，具有膨脹速度快、耐高壓的特點。國內的勝利、華北和中國石油勘探院也在該領域開展了相關研究和應用。

4.4 水平井分段變密度射孔技術

水平井鉆井作業(yè)在長井段射孔完井過程中，存在不能充分提高中部和后部油層產能、局部注水后注水困難等問題。為此，開發(fā)了水平井分段變密度射孔技術。根據容器的特點、井道、質量保證和其他信息，優(yōu)化了水平井數量、周期長度、產能和射孔參數，提高了各射孔段的開發(fā)效果，促進不同程序措施的實施，提高了恢復率。

該技術已應用于勝利、塔河、大港等油田復雜斷塊油藏中，效果明顯。其中大港油田將該技術應用于20 多口井，不同程度地緩解了見水時間，取得了顯著效果。

5 結論

（1）水平井相位調整工具主要由內外殼螺紋組成。外部標志線可進行中間層絕緣，內部外殼串可設置坐封管外封隔器。

（2）設計采用固定加壓外管包裝，擴徑后外徑寬，密封效果好，承壓能力強，完全滿足分段結構的要求。

（3）分期完井技術的應用，成功解決了水平井地下水積聚等諸多問題，大幅度提高了開發(fā)效率。