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石油管工程技术研究院复杂压裂水平井套管变形控制重点技术攻关获得实质突破
打印 2021/06/04 08:27 字体: [大] [中] [小]

非常规油气是我国中长期油气开发战略接替资源,已成为近10年来油气开发工程重点领域之一。此类油气井普遍采用长距离水平井组,通过复杂水力压裂工艺,产生体积缝网,以期最大限度获得资源。体积压裂导致井筒载荷趋于非均匀分布,甚至产生极端的剪切载荷,造成套管大量变形,而富含裂缝、断层的地质环境,以及易于分层滑移的储层特征进一步加剧了套管变形,例如川南地区长宁、威远等套管变形一直是近年来存在的突出问题。套管变形直接导致工期延误、工具无法下入、额外测井,以及产量下降等,对油气田高效经济开发影响显著,因此,如何有效控制甚至预防套管变形一直是当前非常规油气开发中的热点问题。

针对此问题,石油管工程技术研究院自2016年起,在“十三.五”国家油气专项及中石油科技攻关项目资助下,组织专业团队进行多年持续攻关,自主设计并开发了全球首套非常规油气井筒工况模拟试验装备,形成全井筒模拟试验评价新方法。通过“地质-工程-管柱”一体化研究,提出并形成水泥环改性增塑新方法,建立了基于全井筒协调变形控制套管变形的新技术,2021年在西南威远套变高风险区完成现场试验,取得良好效果。

项目团队研究认为,西南地区长宁、威远套管变形突出,根源在于复杂压裂过程中的地质运移行为,包括储层分层滑移、裂缝及断层活动的激活等。油田现场有大量井间干涉现象,即未压裂井因临近井压裂而产生套变,这些案例直接证明了井间地层的活动属性。这种地质运移环境属于位移或者应变控制范畴,而传统上基于强度的管柱设计方法是不允许变形的,没有考虑套管不可逆变形的对策,因此,地质运移环境下的套管柱设计方法在国内外均属技术空白。

据此,项目团队在传统的管柱强度试验评价基础上,自主设计了位移控制的多工位外挤、剪切及复合加载模拟试验装备,可以实现管柱及全井筒工况模拟试验,覆盖拉伸、压缩、弯曲、扭转、内压、非均匀外挤及剪切等多参量加载功能,为复杂压裂井筒模拟试验评价提供了关键平台支撑,在2021年中国石油集团组织的成果鉴定会上被认定为达到国际领先水平。

项目团队研究认为,近年来油气井筒固井水泥环致密度及强度的大幅提升与地质运移环境构成了新的矛盾,地质运移将通过水泥环传递到套管上,从而产生套管变形,当变形达到一定量级时,井下作业工具将无法通过,从而对油气井工程产生负面影响。据此,项目团队提出并形成井筒内水泥环改性增塑新方法,使得后者具备一定的可压实空间,当地层发生位移活动时,水泥环会吸收部分地层位移并被压实,从而有效降低甚至消除套管变形,保障油气井工程作业顺利进行。

该项新技术于2019年开始,与川庆钻探及西南油气田相结合,在威远地区三个平台开展了三口套变高风险井现场试验,截至2021年5月完成全部压裂,其中两口井未发生遇阻现象,第三口井发生了套变,但与同处同一裂缝滑移带上的邻井相比,套变点数降低了60%,遇阻点数降低了67%,套管变形量降低26%,绝对套变量降低了9.76mm,工程试验套变控制效果非常显著,获得油田用户高度评价。

我国油气田工况日趋复杂,套变问题尤其突出。2020年中石油套损井统计数据表明,当前套损井的重点模式就是变形,而地质运移是关键影响因素,包括储层滑移、盐膏层蠕变、泥岩水化膨胀,地层持续下陷、裂缝及断层活动等,控制及预防套管变形,保障井筒完整性将是油气田开发中的重点之一。石油管工程技术研究院的该项新成果将为我国油气田开发,尤其是非常规油气开发中的井筒完整性技术提供重要支撑。

图1 地质运移诱发套变机理及控制新思路

图1 地质运移诱发套变机理及控制新思路

图2 非常规油气井筒模拟试验评价新装备

图2 非常规油气井筒模拟试验评价新装备

图3 水泥环改性增塑作用原理及模拟试验验证

图3 水泥环改性增塑作用原理及模拟试验验证

图4 西南威远高风险井现场试验套变控制效果对比数据

图4 西南威远高风险井现场试验套变控制效果对比数据

(作者:国家重点实验室 韩礼红)

2021-06-04 08:27 来源: 责任编辑: