肯基亚克盐下油藏完井方法的研究

论文摘要

肯基亚克盐下油藏应用三层套管裸眼完井技术,显著提高了钻井速度,大幅缩短了钻井周期,而且很好保护了生产油层,使单井产量成倍增长。但在应用该项完井技术所完成的10口井中,有4口裸眼完成井投产时相继出现了油管堵塞问题,严重影响了单井平均产量,因此对肯基亚克盐下油藏的完井方式进行深入研究势在必行。本研究从分析肯基亚克盐下油藏地层压力入手,对该油藏的地应力和抗压强度进行了全面的分析,建立二迭系和石炭系的地层孔隙压力剖面、区域的地应力剖面和石炭系岩石的强度剖面,为完井方式的优选提供了基本依据。通过对比分析,得出了如下结论:刚进入石炭系1~2米左右为硬脆灰岩,强度较高,硬壳下面厚约7米的较软灰岩,强度普遍很低,单轴强度在10～40MPa,是一最容易出现井壁失稳的井段。通过对极限生产压差的研究确定了油井投产后生产压差的临界值,结合岩石单轴强度剖面,建立了多口井的极限压差剖面,进一步为完井投产方案的制定提供了理论依据。通过地应力和极限生产压差的分析和研究,得出了油管堵塞的客观原因。从生产工艺上分析,套管结构及油管柱结构设计不太合理,造成的井底岩屑无法清洗干净以及后期裸眼完井油层在泥浆中浸泡过长,也是油管堵塞的原因。在对射孔、裸眼、及衬管三中完井方式进行适应性评价后,得出了有针对性的完井、投产措施。在这些完井方式中,衬管完井是肯基亚克盐下油藏最适合的完井方式。本研究对衬管及管串进行了优化设计,对投产技术进行了一般性研究,并对割逢和预制孔衬管进行了强度分析和校核。建立了三维有限元模型,根据弹塑性力学理论,借助有限元计算软件,分别对割逢衬管和预制孔衬管在均匀载荷和非均匀载荷作用下沿不同路径的应力分布及抗挤强度进行了分析,定性地给出了不同参数对其抗挤强度的影响,为割逢和预制孔衬管的设计提供了理论依据。本研究所得的成果在现场试验8口井,8口衬管完井单井平均日产333.9吨(裸眼完井平均单井日产335.4吨),不仅成功解决了裸眼完井在投产时可能造成的油管堵塞问题,又保持了单井稳产高产,经济效益非常显著。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 肯基亚克盐下油田地质概况
• 1.2.1 地理位置
• 1.2.2 构造特征
• 1.2.3 地层特征
• 1.2.4 储层特征
• 1.3 钻井地质特征
• 1.3.1 岩石力学特征
• 1.3.2 地层压力系统
• 1.3.3 地层温度系统
• 1.4 钻完井情况
• 1.4.1 前苏联钻完井工程基本情况
• 1.4.2 CNPC 钻完井工程概况
• 1.4.2.1 井身结构及完井方法的演变
• 1.4.2.2 两种典型的井身结构的封固层段
• 1.4.2.3 盐下油藏完井和投产情况
• 1.5 问题的提出
• 1.5.1 油管堵塞物分析
• 1.5.2 造成油管堵塞的可能原因
• 1.6 研究方法和主要研究内容
• 2 肯基亚克盐下油藏的地应力研究
• 2.1 肯基亚克地层孔隙压力研究
• 2.1.1 声波时差法解释孔隙压力的原理
• 2.1.1.1 确定正常压实趋势线
• 2.1.1.2 地层孔隙压力梯度的计算
• 2.1.2 肯基亚克地层孔隙压力剖面建立
• 2.2 肯基亚克油田地应力研究
• 2.2.1 地应力研究的地质力学观点和方法
• 2.2.1.1 断层类型和地应力的关系
• 2.2.1.2 肯基亚克构造的断层和地应力关系分析
• 2.2.2 室内的地应力实验研究
• 2.2.2.1 凯塞尔效应实验确定地应力大小的方法和原理
• 2.2.2.2 肯基亚克地应力实验测定的结果
• 2.2.3 利用测井资料建立地应力剖面
• 2.2.4 肯基亚克地应力方向的确定
• 2.2.4.1 利用双井径测井曲线确定地应力方向的方法
• 2.2.4.2 肯基亚克双井径曲线分析
• 2.2.4.3 肯基亚克地应力方向和断裂走向的关系
• 2.3 肯基亚克石炭系地层强度研究
• 2.3.1 地层强度实验
• 2.3.1.1 岩石强度
• 2.3.1.2 三向应力作用下的岩石力学特性
• 2.3.1.3 地层强度实验
• 2.3.1.3.1 实验岩芯的制备
• 2.3.1.3.2 实验设备和实验过程
• 2.3.1.4 肯基亚克石炭系地层强度的实验结果
• 2.3.2 肯基亚克石炭系储层地层强度剖面建立
• 2.3.2.1 利用测井资料建立地层强度模型研究
• 2.3.2.1.1 肯基亚克石炭系储层单轴强度和密度测井的相关性
• 2.3.2.1.2 肯基亚克石炭系储层声波测井和强度的关系
• 2.3.2.2 肯基亚克储层石炭系强度剖面建立
• 2.4 本章的主要结论和认识
• 3 肯基亚克盐下油藏极限生产压差研究
• 3.1 极限生产压差数值模拟研究
• 3.1.1 快速拉格朗日元的岩石力学计算软件 FLAC3D
• 3.1.1.1 三维空间离散
• 3.1.1.2 空间差分
• 3.1.1.3 节点的运动方程与时间差分
• 3.1.2 肯基亚克储层极限压差数值模拟
• 3.1.2.1 储层泥岩夹层极限压差研究
• 3.1.2.2 储层软灰岩极限生产压差
• 3.1.2.3 储层硬脆性白云化灰岩极限生产压差研究
• 3.1.3 极限生产压差数值模拟研究的认识与结论
• 3.2 利用测井资料建立各井极限生产压差研究
• 3.2.1 极限压差剖面建立的方法
• 3.2.2 肯基亚克极限生产压差剖面建立
• 3.2.3 储层压力衰竭对极限压差的影响
• 3.2.4 储层压力衰竭临界值计算
• 3.2.5 极限压差研究的主要认识与结论
• 3.3 水平井井壁稳定性和极限生产压差研究
• 3.3.1 斜井、大位移井、水平井井壁应力分析
• 3.3.2 肯基亚克斜井井壁稳定性和极限生产压差研究
• 3.3.3 肯基亚克水平井井眼轨迹优化研究
• 3.4 酸浸泡对井壁稳定和极限生产压差影响研究
• 3.4.1 问题的提出
• 3.4.2 肯基亚克灰岩酸浸泡实验
• 3.4.2.1 实验的方法和过程
• 3.4.2.2 酸浸泡对灰岩岩芯强度的影响分析
• 3.4.3 盐酸浸泡后对灰岩井壁稳定性的影响
• 3.5 认识与结论
• 4 肯基亚克盐下油藏完井方式的优选
• 4.1 裸眼完成井油管堵塞原因剖析
• 4.1.1 完井方式与储层的地质特性不适应
• 4.1.2 油层套管结构设计不合理
• 4.1.3 诱喷方式不尽合理
• 4.1.4 油管管串下深不合理
• 4.1.5 其它因素的影响
• 4.2 盐下油田完井方法优选
• 4.2.1 完井方式的评价
• 4.2.1.1 射孔完井适应性评价
• 4.2.1.2 裸眼完井适应性评价
• 4.2.1.3 衬管完井适应性评价
• 4.2.2 国内外碳酸盐岩油气藏完井方法
• 4.2.2.1 碳酸盐岩油气藏完井方法发展趋势
• 4.2.2.2 国外碳酸盐岩油气藏完井方法实例
• 4.2.3 肯基亚克盐下油田碳酸盐岩油气藏完井方式
• 4.3 盐下油藏筛管参数优选
• 4.3.1 割缝筛管设计
• 4.3.1.1 割缝排列方式及形状
• 4.3.1.2 割缝宽度设计
• 4.3.1.3 割缝长度设计
• 4.3.1.4 割缝数量（条/m）
• 4.3.1.5 割缝衬管的加工设计
• 4.3.1.6 割缝衬管强度及流通面积校核
• 4.3.2 打孔管设计
• 4.4 盐下油田油气井投产技术研究
• 4.4.1 投产前的准备
• 4.4.2 排液措施
• 4.4.3 井口压力控制
• 4.4.4 完井管柱研究
• 4.5 结论和认识
• 5 割缝筛管抗挤强度数值模拟研究
• 5.1 前言
• 5.2 均匀载荷作用下割缝筛管抗挤强度数值模拟研究
• 5.2.1 均匀载荷下割缝衬管有限元模型建立
• 5.2.1.1 几何参数和力学性能参数
• 5.2.1.2 实体模型建立
• 5.2.1.3 边界条件
• 5.2.1.4 网格划分
• 5.2.2 计算分析
• 5.2.2.1 不同缝长对应力分布的影响
• 5.2.2.2 不同缝长对管体抗挤强度的影响
• 5.2.2.3 不同缝宽对应力分布的影响
• 5.2.2.4 不同缝宽对管体抗挤强度的影响
• 5.2.2.5 不同割缝数对应力分布的影响
• 5.2.2.6 不同割缝数对管体抗挤强度的影响
• 5.2.2.7 不同壁厚对抗挤强度的影响
• 5.3 非均匀载荷作用下割缝筛管抗挤强度数值模拟研究
• 5.3.1 均匀载荷下割缝衬管有限元模型建立
• 5.3.1.1 实体模型建立
• 5.3.1.2 载荷模型
• 5.3.1.3 边界条件
• 5.3.1.4 网格划分
• 5.3.2 计算分析
• 5.3.2.1 两种壁厚衬管的等效抗挤强度
• 5.3.2.2 不同模型作用下的抗挤强度
• 5.4 结论
• 6 预制孔筛管抗挤强度数值模拟研究
• 6.1 前言
• 6.1.1 问题的提出
• 6.1.2 国内外研究现状
• 6.1.3 技术路线
• 6.2 均匀载荷下预制孔套管的抗外挤强度的数字模拟研究
• 6.2.1 力学模型的建立
• 6.2.2 路径的选择
• 6.2.3 计算分析
• 6.2.3.1 沿孔边应力分布
• 6.2.3.2 沿路径 AB 应力分布
• 6.2.3.3 沿路径 MN 应力分布
• 6.2.3.4 不同方案应力的分布情况
• 6.2.3.5 预制孔的抗挤强度
• 6.2.3.6 相位对抗挤强度系数的影响
• 6.2.3.7 孔径对抗挤强度系数的影响
• 6.2.3.8 孔密对抗挤强度系数的影响
• 6.2.3.9 三种方案的抗挤强度
• 6.3 非均匀载荷作用下预制孔筛管抗挤强度数值模拟研究
• 6.3.1 非均匀载荷下预制孔衬管有限元模型建立
• 6.3.2 计算分析
• 6.3.2.1 三种方案在非均匀载荷作用下的等效抗挤强度
• 6.3.2.2 不同模型作用下的抗挤强度
• 6.4 均匀和非均匀载荷下预制孔筛管抗挤强度研究的结论
• 7 现场应用及效益评价
• 7.1 现场应用试验
• 7.1.1 打孔筛管完井试验
• 7.1.2 割缝筛管完井试验
• 7.2 经济效益
• 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读博士期间参加科研项目情况