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着力破解“试产难”,助圆开发“南缘梦”

——记工程技术研究院高探1井系统试产整体工程技术及应用
作者:景璐 刘涛 高迎春   时间:2019-12-30   来源:克拉玛依日报

科研人员在现场实时关注油品取样。

工程技术研究院高探1井系统试产整体工程技术科研团队。

科研人员在高探1井系统试产过程中实现了多项技术突破和创新。

技术背景

高探1井生产参数预测难度大,但根据前期经验,高探1井油嘴与压力、油压与产量呈良好线性关系,当油嘴继续放大线性关系可能不适用;其次,高探1井地质条件和完井套管结构复杂,高密度泥浆工况下的固井施工难度大,井筒完整性难以保障,系统试产期间井筒安全风险高;此外,根据测井曲线及井壁岩石坚固程度公式计算,产能模型预计,高探1井还面临着地层出砂风险高、产出液温度高等问题。

技术研发

一是首次在试产前建立了两套产能预测模型,制定了三套工作制度,对试产过程每个制度进行生产参数预测;二是形成了南缘高泉地区出砂预测及监测、井完整性评价方法,辅以连续油管清管作业;三是在国内首创高温(113摄氏度)、高产(1600方)井系统试产地面流程;四是首创采油树两翼生产、三条流程并联运行模式。

技术应用

科研人员在高探1井系统试产过程中实现了多项技术突破和创新,形成了系列工程技术,成功解决了高探1井前期试油地面流程及设备无法满足高产、高温要求的难题。

准噶尔盆地南缘拥有极其丰富的高质油气资源,在沿天山北麓发育、长度近两千公里的带状区域中,就有大大小小四十个可以储存油气资源的构造。然而,受限于南缘复杂的地质条件和彼时还不成熟的勘探开发技术,近几十年来勘探开发成果寥寥的南缘只能成为几代石油人难以企及的梦想。

但困难终究不能阻碍前进的脚步。2019年,新疆油田公司决定克服重重困难,再次挑战准噶尔盆地南缘。这一次,伴随着风险探井高探1井获高产油气流,准噶尔盆地南缘的勘探开发获得了巨大突破。当然,逐梦之路并非一片坦途,开发人员仅在高探1井试产环节就遇到了许多前所未有的困难。为此,工程技术研究院科研团队付出了艰苦卓绝的努力,用多项科技创新成果攻克了一个个现场难关,力促“南缘梦”成为现实。

油井呈现“三高”

试产遭遇困难

2019年1月6日,一条喜讯传遍了克拉玛依——风险探井高探1井获高产油气流,日产原油1213立方米、日产天然气32.17万立方米,创中国陆上碎屑岩直井最高纪录,这对全面加快整个南缘地区规模勘探开发意义重大。但没过多久,打算通过系统试产进一步落实油藏类型、边界、最大生产能力,录取不同生产制度下的温度、产量、压力等关键参数,探索南缘油井生产规律,为油藏开发提供依据的工程技术研究院科研人员发现,呈现出高温、高压、高产特点的高探1井存在诸多试产困难。

首先,高探1井生产参数预测难度大。准确预测生产参数是系统试产的关键环节,根据预测的产量和温度等数据可以合理配备地面流程,否则会造成地面处理能力不足,地面设备超温运行,从而为现场作业带来极大的风险。但根据前期经验,高探1井油嘴与压力、油压与产量呈良好线性关系,当油嘴继续放大线性关系可能不适用。

其次,高探1井地质条件和完井套管结构复杂,高密度泥浆工况下的固井施工难度大,井筒完整性难以保障,系统试产期间井筒安全风险高。

此外,根据测井曲线及井壁岩石坚固程度公式计算,产能模型预计,高探1井还面临着地层出砂风险高、产出液温度高等问题。

坚持问题导向

攻克试产难关

面临一系列横亘在试产前的客观难题,工程技术研究院的科研人员们选择迎难而上,在紧迫的施工进度中加班加点,坚持以问题导向攻坚克难,获得了多项技术创新与突破——

一是为解决高探1井生产参数预测难度大的问题,首次在试产前建立了两套产能预测模型,制定了三套工作制度,对试产过程每个制度进行生产参数预测,并首次采用了等效油嘴方式来设计多油嘴并行试产制度。

二是为了降低系统试产风险,形成了南缘高泉地区出砂预测及监测、井完整性评价方法,辅以连续油管清管作业,为系统试产提供安全保障。期间,科研人员利用有限元软件Abaqus建立三维模型,预测出砂压差,发现系统试产存在出砂风险后,在整个试采过程中采用声波出砂监测仪对地面流程进行24小时不间断实时监测,从而得到油藏极限出砂压差,并成功监测到出砂信号。其中,出砂压差预测值与实际值非常接近,误差率小于5%。

在紧迫的施工进度中,科研人员常驻生产一线。

现场指挥车是高探1井系统试产整体工程技术科研团队的阵地之一。

图片由本报通讯员 裘新农 摄 对试产过程每个制度进行生产参数预测。

三是在国内首创高温(113摄氏度)、高产(1600方)井系统试产地面流程,创新使用井口喷淋降温流程+冷却器降温流程双流程降温,降低了原油拉运风险,保障了地面流程安全运行。自主研发出高压换热器,采用串联立式设计、管程采用耐高压材质(20兆帕),在油嘴管汇后端、高压分离器前端增加换热器,利用清水作为冷源,在冷源和管程降压节流双重作用下,采出液温度从超过110摄氏度降至60摄氏度以下,降温效果显著,提高了油气分离率,确保了系统试产和原油运输的安全。

四是首创采油树两翼生产、三条流程并联运行模式,最大限度释放地层潜能。

其中,多项创新技术达到了国内先进及领先水平,填补了新疆油田及国内相关领域的技术空白。

而在多项科技成果的联合应用下,7月31日至8月2日,在工程技术处精心组织下,工程技术研究院、勘探事业部、采油一厂、应急抢险救援中心、勘探开发研究院、实验检测研究院、西部钻探试油公司等多家单位共同参与,高探1井系统试产成功实施,录取了高探1井不同生产制度下的产量、压力、温度等各项参数,得到油藏极限产能,现场施工安全平稳,地面降温效果显著。

探索可视化应用

提升油藏评价效果

除了攻克试产难题外,为了更好地展现评价效果,科研人员还在数据可视化应用方面做了很多探索。

科研人员表示,油井试油过程中会产生大量的监测、施工及生产数据。以高探1井为例,自其今年1月开展系统试油以来,通过不同渠道及方式产生了大量数据,如SCADA数采设备实时数据、人工小时及日报数据,且数据类型众多,包括时间、温度、压力、产量、含水等。面对这些数据,传统的Excel等简易工具,存在处理数据量不够,数据统一规范性差等问题。借助逐渐成熟的开源可视化工具,结合数据库系统平台,则可充分利用计算机图形学、图像加工技术、数据可视化工具等技术手段,将数据进行快速筛选、处理、分析,最终以表格、图形的方式,把系统试油数据通过WEB方式实时统计分析结果形象地展现在用户面前,该方法更具快捷性、可读性、时效性。

此外,科研人员在高探1井系统试产过程中实现了多项技术突破和创新,形成了系列工程技术,成功解决了高探1井前期试油地面流程及设备无法满足高产、高温要求的难题,完善了试油安全保障措施,建立了 “三高井”系统试产方案设计与施工组织模式,优化了试油生产过程中繁杂数据的呈现方式,为高南缘地区后续探井及开发实验井试产积累了宝贵经验、提供了技术支撑,为圆几代石油人的“南缘梦”做出了重要贡献。

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