哈萨克斯坦S油田浅层水平井完井工艺

何汉平　翁行芳　张垲莘　付道明　韦代延　吴俊霞（.中石化石油工程技术研究院，北京　000；.中石化国际石油勘探开发有限公司，北京　000；.中海油能源发展工程技术公司，天津　0045）

哈萨克斯坦S油田浅层水平井完井工艺

何汉平1翁行芳2张垲莘3付道明1韦代延2吴俊霞1
（1.中石化石油工程技术研究院，北京100101；2.中石化国际石油勘探开发有限公司，北京100101；3.中海油能源发展工程技术公司，天津300452）

为了提高哈萨克斯坦S油田单井产量，开展了水平井完井工艺研究。利用Joshi公式计算不同水平井段长度下的油井产能变化趋势，优选了水平井段长度范围；利用出砂量、储层的声波时差数据、孔隙度等参数，综合评价了水平井井眼稳定性，认为S油田水平井必须采用适度防砂工艺；通过分析储层温度、黏土含量等因素和现有水平井防砂完井方式现状，认为S油田水平井不适合采用化学防砂方法，只能采用割缝筛管防砂方法；结合S油田代表性井的砂样粒度分布分析结果，对筛管缝宽进行优化设计，确定最终筛管缝宽值为0.6 mm。设计的水平井完井工艺在S油田进行了4口井的现场应用，其中S-431H和S-432H水平井产量达到垂直井的2.5～3倍，S-614H和S-615H水平井产量达到同油田垂直井的8～10倍，取得良好的增产效果。

哈萨克斯坦；浅层油藏；水平井；完井工艺；割缝筛管防砂

哈萨克斯坦S油田浅层油藏埋藏深度500 ～ 800 m，平均孔隙度25.0%，平均渗透率290 mD，属于浅层、高孔、中高渗、具有边、底水砂岩油藏，具有地层压力低、有效产层薄、单井产量低、出砂的特点。现有生产井主要采用垂直井下套管射孔完井，平均单井日产量低于10 m3。综合评估认为现有完井工艺在一定程度上满足垂直油井产能的发挥，但单一的直井下套管射孔完井，在一定程度上制约了油田产能的发掘。研究和实践表明，对于低产能储层，水平井完井方法是一种有效提高产量的方法［1-5］。一般来说，如果水平井实施成功，其产量是直井的3～5倍或更高。针对S油田直井单井产量较低情况，开展了水平井完井技术研究。通过水平井产能预测［6-7］确定水平井段长度，通过出砂分析确定井底结构，通过室内实验研究确定防砂参数，提出了针对S油田的水平井防砂完井工艺。

1　水平井段长度优化设计

采用修正后的Joshi公式［8］，利用S油田实际参数，计算不同水平井段长度下的油井产能变化趋势，从而进行水平井段长度优化设计。

式中，Jsi为完井水平井采油指数，m3/（d·MPa）；kh为储层水平向渗透率，μm2；h为油层厚度，m；Bo为原油体积系数；μo为原油黏度，mPa·s；α为水平井泄油椭圆的长半轴，m；L为水平井的水平段长度，m；β为储层各向异性系数，β=kh/kv；δ为水平井井眼偏心距，m；rw为井眼半径，m；S为总表皮因数。

S油田水平井产能预测采用的信息和基本参数：岩石类型为砂岩，孔隙型结构；井眼半径149.225 mm，井筒方位角280°，原油黏度40.9 mPa·s，油层厚度6 m，垂直向渗透率400 mD，水平向渗透率400 mD，原油体积系数1.083，水平井井眼偏心距0.1 m，相邻直井表皮因数S为0，设计生产压差1.5 MPa。

不同水平段长度下的产能预测结果见图1。可以看出，当水平段长度小于200 m时，产能增加较快，当水平段长度大于200 m后产量增加速度明显降低。模拟结果表明，水平井水平井段长度控制在200 m内较为合适，且水平井的产量为直井的2～3倍。

图1　不同水平段长度下的产能预测

2　水平井井底结构设计

S油田试采过程中部分井出砂，试采出砂量0.1%～0.2%，高于国际防砂标准0.03%～0.05%。采用了地层孔隙度法和组合模量法［9-10］对S油田储层进行出砂预测分析。S油田浅层储层孔隙度大于20%，潜在中等以上程度出砂风险；利用S油田3口井的测井资料，计算了储层岩石的组合弹性模量，数值均小于2.0×104MPa，说明该油田存在严重出砂风险。因此，S油田水平井需要考虑防砂工艺。

S油田水平井防砂方法设计主要考虑了储层温度、黏土含量等因素。S油田含油层系为中三叠统，岩性以细砂岩为主，主要含油层泥质含量3%～10%，地温梯度1.55～1.99 ℃/100 m（地面温度为16 ℃），700.0 m深度测得静温为26.0 ℃。综合上述考虑因素，S油田主要储层温度低于50 ℃，不适合采用化学防砂方法，只能采用机械防砂方法。

目前水平井常用防砂方法有水平井割缝筛管或绕丝筛管防砂、水平井精密微孔复合筛管防砂、水平井砾石充填防砂等［11-12］，其中割缝筛管完井方式在水平井应用中占主导地位。割缝筛管完井优点：一是割缝筛管完井渗流面积大，流动阻力小，可满足大排量生产的需要；二是油层段不固井，提高了井底完善程度；三是筛管完井不污染油层，同时节省射孔费用。因此，S油田水平井在开发中早期设计用割缝筛管防砂井底结构。井底管柱组合（自下而上）：引鞋＋洗井阀总成＋割缝筛管串＋短套管＋固井盲板＋裸眼膨胀式封隔器（两级）＋套管＋水平井液压分级箍＋套管。

3　割缝筛管缝宽设计和室内实验

3.1缝宽设计

根据粒度分析报告绘制粒度分布图，根据粒度分布数据确定缝宽范围值，再通过室内优化实验确定最终缝宽［13-14］。缝宽范围确定是根据砂粒在缝眼外形成“砂拱”的条件：割缝宽度不大于占累计重量10%的对应砂粒直径的两倍，即e≤2dl0。根据S油田具有代表性井408井的砂样粒度分布分析结果得出储层砂d10值为0.2～0.4 mm，选择缝宽为0.5～0.7 mm。

3.2缝宽优选实验

对上述设计的筛管缝宽范围细分为0.5 mm、0.6 mm、0.7 mm等3个等级，进行再优化实验设计。使用的实验设备为石油大学研发的防砂专用设备。该设备在不考虑储层的孔渗特性的情况下，利用配置好的油砂混合液进行循环，控制流量与压差，加快防砂管的堵塞进程，可以通过实验室内短短的几个或十几个小时来模拟防砂管在井下几个月或几年的堵塞程度，从而实现了不同特性防砂管的抗堵能力评价。实验结果见表1。

表1　割缝筛管实验数据

实验结果表明，缝宽为0.6 mm的割缝筛管，在设定的实验压差下，其砂流量比缝宽为0.7 mm的割缝筛管的砂流量低，而缝宽为0.5 mm的割缝筛管实验时出现堵塞现象。通过上述实验，确定S油田割缝筛管缝宽为0.6 mm。

4　现场应用

2013—2014年，在S油田进行了4口水平井现场试验。4口井均采用水平井裸眼下割缝筛管的完井方式，S431H、S432H井水平段长100 m， S614H、S615H井水平段长为200 m，水平井段均采用Ø215.9 mm的钻头钻井，割缝筛管直径为139.7 mm、壁厚为7.72 mm、钢级为N80。割缝筛管之上设置分级箍、双裸眼封隔器、盲板，进行水泥固井，封隔目的层之上的气层。

S431H设计日产液量为28 m3/d（Ø6 mm油嘴），投产时日产液量为41 m3/d（Ø6 mm油嘴），且一直稳产在40 m3/d左右；S432H设计日产液量为30 m3/ d，投产日产液量为42 m3/d（Ø6 mm油嘴），也一直稳产在40 m3/d左右，产量为同地区直井的2.5～3倍。S614H、S615H井投产后日产油均超过22 m3/d，和同区块的直井单井产油2～3 m3/d相比，单井产量提高了8～10倍，取得了显著的增产效果。

5　结论

（1）针对哈萨克斯坦S油田垂直井单井产量低的情况，提出了水平井完井工艺，并计算、优选了水平井段长度控制在200 m内较为合适。

（2）综合评价了水平井井眼稳定性，认为S油田水平井必须采用适度防砂工艺，采用割缝筛管防砂方法，割缝筛管缝宽为0.6 mm。

（3）设计的水平井完井工艺在S油田进行了4口井的现场应用，水平井产量达到垂直井的2.5～10倍，取得良好的增产效果。水平井完井工艺在该油田具有较大的推广价值。

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（修改稿收到日期2015-06-15）

〔编辑朱伟〕

Completion technology for shallow horizontal wells of S Oilfield in Kazakhstan

HE Hanping1, WENG Xingfang2, ZHANG Kaixin3, FU Daoming1, WEI Daiyan2, WU Junxia1
（1. Research Institute of Petroleum Engineering, SINOPEC, Beijing 100101, China; 2. International Petroleum Exploration & Production Corporation, SINOPEC, Beijing 100101, China; 3. Energy Technology & Services Limited, CNOOC, Tianjin 300452, China）

Research on well completion for horizontal wells is developed to improve single-well output of S Oilfield in Kazakhstan. Joshi Formula is used to calculate change trend of oil well capacity in different lengths of horizontal well segments, and length range of horizontal well segments is optimized. Borehole stability of horizontal wells is under integrated assessment by making use of sand production rate, interval transit time of reservoirs, porosity and other parameters, and proper sand control process is necessary for horizontal wells of S Oilfield. It is considered upon analysis of reservoir temperature, clay content and other factors as well as the current situation of sand control and well completion methods for the existing horizontal wells that chemical sand control method is not suitable for horizontal wells of S Oilfield, and only the sand control method of slotted sieve tubes can be adopted Optimization design is conducted for slot width of screen tubes in combination with sand sample size distribution analysis results for representative wells of S Oilfield, and final width of sieve tube slot is determined to be 0.6 mm. The designed well completion process for horizontal wells is put in field application for 4 wells of S Oilfield. The output of S-431H and horizontal well S-431H reaches 2.5-3 times of that of vertical wells, and the output of S-615H and horizontal well S-615H even reaches 8 times to 10 times oilfield, showing a sound yield-increasing effect.

Kazakhstan; shallow oil reservoirs; horizontal well; well completion technology; sand control by slotted sieve tubes

TE243

B

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0033 – 03

10.13639/j.odpt.2015.04.009

“十二五”国家科技重大专项“中东富油气区复杂地层井筒关键技术研究”（编号：2011ZX05031-004）。

何汉平，1966年生。1989年毕业于华东石油学院石油工程专业，研究方向为油气井完井工程，高级工程师。E-mail：840538223@qq.com。

引用格式：何汉平，翁行芳，张垲莘，等.哈萨克斯坦S油田浅层水平井完井工艺［J］.石油钻采工艺，2015，37（4）：33-35.