堵塞球分段改造排量控制新思路及其应用课件.ppt

1、2013年09月全员创新创效成果汇报 汇报人：刘会锋汇报内容汇报内容塔里木油田许多井存在储层厚度大、水平井段长的特点，需要通过分段改造提高储层动用程度；堵塞球分段改造是国内外应用较多的分段改造工艺之一；适用于层间间隔小、不能用封隔器分卡的已射孔的多层油气藏的改造；特点：井下工具少、作业程序简单 堵塞球分段改造工艺在塔里木油田应用过数井次，但堵塞球分段改造工艺在塔里木油田应用过数井次，但总体效果不佳。总体效果不佳。MA5-H2井没有分段成功的压力响应！TZ721-2H井后三次投球没有分段成功的压力响应！塔里木油田投球分段改造失利的原因：塔里木油田投球分段改造失利的原因：u投球施工参数的选择主要凭

2、借经验，没有进行系统的模拟计算，分段成败随机性很大。u现有的投球设计模型有很大局限性，不能指导塔里木油田的投球分段改造设计。单堵塞球坐封模型单堵塞球坐封模型单堵塞球坐封模型单堵塞球坐封模型堵塞球在射孔孔眼上有效坐封需满足两个条件：堵塞球在射孔孔眼上有效坐封需满足两个条件：IDFF射孔段FIFD射孔段FuFH坐封前：坐封后：拖曳力惯性力uHFF持力冲击力保证堵塞球能保证堵塞球能流向孔眼流向孔眼保证堵塞球在保证堵塞球在孔眼上不脱落孔眼上不脱落2223)(1012.22618.0accBIundqZdDF2422251041.4dpfdpDCDnqDfF242422234)1062.1(1076.1

3、qdCDnDDDFcdppfpH22422122224)(1076.1qndZDDDDDfFcppfdcu拖曳力拖曳力惯性力惯性力持力持力冲击力冲击力最上部孔眼最难坐封，最最上部孔眼最难坐封，最下部孔眼最易坐封；下部孔眼最易坐封；调整投球参数，保证最上调整投球参数，保证最上部孔眼坐封，即认为投球部孔眼坐封，即认为投球封堵成功！封堵成功！基于单堵塞球坐封模型编制程序，并用于评价塔里木油田几口井的基于单堵塞球坐封模型编制程序，并用于评价塔里木油田几口井的封堵情况。封堵情况。塔中62-5H井 第一次投球塔中62-5H井 第二次投球塔中721-2H井第一次投球塔中721-2H井后三次投球对于单次打开孔

4、眼数较多的井来说，但堵塞球坐封模对于单次打开孔眼数较多的井来说，但堵塞球坐封模型并不适应！型并不适应！需要对保守的单堵塞球模型进行改进，建立实用性需要对保守的单堵塞球模型进行改进，建立实用性更强的堵塞球坐封模型。更强的堵塞球坐封模型。汇报内容汇报内容基本理念基本理念射孔段1243射孔段FIFD更大已坐封球待坐封球1243孔眼分流作用使下部孔眼上的堵塞球所受的冲击力更小；堵塞球更易在下部孔眼上坐住。部分孔眼被坐封后，射孔段的流速场会重新分布；流速场的改变会改变后续堵塞球的受力状况。基于此理念，将一系列堵塞球的坐封看成一个动态过程，重新研究堵基于此理念，将一系列堵塞球的坐封看成一个动态过程，重新研

5、究堵塞球在孔眼附近的的受力状况。塞球在孔眼附近的的受力状况。四个力的表达式：四个力的表达式：2223)(1012.22618.0accBIundqZdDF2422251041.4dpfdpDCDnqDfF242422234)1062.1(1076.1qdCDnDDDFcdppfpH22422122224)(1076.1qndZDDDDDfFcppfdcu拖曳力拖曳力惯性力惯性力持力持力冲击力冲击力四个力均四个力均是排量是排量q的函数的函数用排量表示的堵塞球坐封条件为：用排量表示的堵塞球坐封条件为：ZdDfdCDnuqcBdpcfdpa22633.1105.77ZdDfdCDnuqcBdpcfd

6、pa22633.1105.77ZdDfdCDnuqcBdpcfdpa22633.1105.7722422122224)(1076.1qndZDDDDDfFcppfdcu242422234)1062.1(1076.1qdCDnDDDFcdppfpH22422122224)(1076.1qndZDDDDDfFcppfdcu2223)(1012.22618.0accBIundqZdDF2422251041.4dpfdpDCDnqDfF2223)(1012.22618.0accBIundqZdDF224422222222062.1)(nCDdZDDDDDDDCDqdpcpppdpm2244222222

7、22062.1)(nCDdZDDDDDDDCDqdpcpppdpm224422222222062.1)(nCDdZDDDDDDDCDqdpcpppdpm224422222222062.1)(nCDdZDDDDDDDCDqdpcpppdpm242422234)1062.1(1076.1qdCDnDDDFcdppfpHIDFFuHFFn：当前吸液孔眼数：当前吸液孔眼数Z：自下而上数的吸：自下而上数的吸液孔眼序号：液孔眼序号：Z=1,2，n 堵塞球在孔眼上的坐封是有先后顺序的：先到达的先坐封，后到达的堵塞球在孔眼上的坐封是有先后顺序的：先到达的先坐封，后到达的后坐封。后坐封。随着堵塞球的逐个坐封，吸

8、液孔眼数会逐渐减少，流量会不断地随着堵塞球的逐个坐封，吸液孔眼数会逐渐减少，流量会不断地进行重新分布。可见施工过程中堵塞球的坐封条件是在不断变化的。进行重新分布。可见施工过程中堵塞球的坐封条件是在不断变化的。ZdDfdCDnuqcBdpcfdpa22633.1105.77224422222222062.1)(nCDdZDDDDDDDCDqdpcpppdpmn：吸液孔眼数Z：自下而上数的吸液孔眼序号：Z=1,2，n容易看出：容易看出：Z 越小，坐封条件越容易满足；越小，坐封条件越容易满足；n 越小，坐封条件越容易满足。越小，坐封条件越容易满足。即：即：下游孔眼比上游孔眼更容易被封堵；下游孔眼比上

9、游孔眼更容易被封堵；一旦有堵塞球坐封，后续堵塞球的坐一旦有堵塞球坐封，后续堵塞球的坐封会越来越容易。封会越来越容易。射孔段FIFD已坐封球待坐封球1243 理论上讲，只需保证理论上讲，只需保证最处于下游的那个吸液孔眼（最处于下游的那个吸液孔眼（Z=1）能够被封堵，能够被封堵，则其它所有孔眼均能陆续被堵上，直至压开新层。则其它所有孔眼均能陆续被堵上，直至压开新层。越来越容易！u 实际投球施工过程中，井下有许多不可控因素，比如实际投球施工过程中，井下有许多不可控因素，比如压力和排量的激动、压力和排量的激动、紊流扰动、堵塞球之间的互相碰撞紊流扰动、堵塞球之间的互相碰撞等，它们都会影响堵塞球的有效封堵

10、。等，它们都会影响堵塞球的有效封堵。u 因此投球设计时，我们不能寄希望于堵塞球先在最下部孔眼上坐封之后因此投球设计时，我们不能寄希望于堵塞球先在最下部孔眼上坐封之后再逐个封堵其它孔眼，而是再逐个封堵其它孔眼，而是应当保留一定的余地应当保留一定的余地。实际与理论的差异3633.1105.7722ndDfdCDnuqcBdpcfdpa224422222222062.1)3()(nCDdnDDDDDDDCDqdpcpppdpm?目前尚无明确依据目前尚无明确依据 建议用实验方法确立建议用实验方法确立u 总的来说，总的来说，k值越大，安全余地越大，越有值越大，安全余地越大，越有利于保证成功施工。利于保证

11、成功施工。u 用试错法对塔里木油田已施工的几口井进用试错法对塔里木油田已施工的几口井进行归纳分析，认为行归纳分析，认为k=n/3的安全余地对塔里木的安全余地对塔里木油田比较适合。油田比较适合。u 姑且将姑且将k=n/3应用到新的排量控制模型中。应用到新的排量控制模型中。比如可使最先入井的堵塞球可以在下游 k 个吸液孔眼的任意处坐封。投球施工成功的条件变为：式中的n为本次投球的总吸液孔眼数。u 根据以上模型，编制了计算程序，该程序可以：根据以上模型，编制了计算程序，该程序可以：根据投球相关参数根据投球相关参数计算投球最低排量；计算投球最低排量；根据排量等相关参数根据排量等相关参数判断堵塞球封堵情

12、况；判断堵塞球封堵情况；计算具备坐封条件的孔眼数。计算具备坐封条件的孔眼数。求解该不等式组，求解该不等式组，即得到堵塞球坐封即得到堵塞球坐封的排量要求。的排量要求。射孔参数射孔参数、堵塞球参数堵塞球参数和和携球液参数携球液参数选定了之后，选定了之后，施工排量施工排量便对堵便对堵塞球的坐封起决定作用。塞球的坐封起决定作用。汇报内容汇报内容玛玛5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析压开顺序判断压开顺序判断层层号号深度层段深度层段(m)厚度厚度(m)伽玛伽玛(API)密度（密度（g/cm3)声波时差声波时差(s/ft)深电阻率深电阻率(m)浅电阻率浅电阻率(m)孔隙度孔隙度(%)含气饱和含气饱和度

13、度(%)解释结论解释结论82324.0-2333.09.0512.561391206.774差气层92348.02355.07.01042.4277565214.384气层122367.02369.02.0322.667185721.0干层132369.02372.03.0302.559349456.159差气层（有裂缝）142372.02376.04.0282.64731441241.0干层152376.02391.515.5322.508362489.476差气层162391.52407.015.5412.4271402714.181气层172407.02410.03.0812.56842

14、3275.6干层182410.02413.53.5592.4867474810.676气层192413.52418.04.5722.518932298.765差气层202446.02448.02.0732.596875653.6干层212448.02449.51.5582.549529326.953差气层（有裂缝）222449.52452.53.0742.597548493.7干层232452.52455.53.0452.4697606811.681气层242455.52459.03.5642.576656674.8干层u 根据各层物性差异根据各层物性差异判断压开先后顺序：判断压开先后顺序：首

15、先压开首先压开9和和16层，层，共共22.5m；其次压开其次压开15、18和和23层，共层，共22m；最后压开最后压开8、13、19和和21层，共层，共18m.2326-2356m 2366-2433 m 2445-2459 m u 三次压开层位的吸三次压开层位的吸液孔眼数分别为：液孔眼数分别为：360个个：352个个：288个个孔密：孔密：16孔孔/m玛玛5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析完井管柱内径,mm孔眼直径,mm堵塞球参数携球液参数投球序列投球序列直径,mm密度，g/cm3粘度，mPas密度，g/cm3次次序序待封孔待封孔眼数眼数投球投球数数投球排量投球排量,m,m3 3/mi

16、n/min108.69121.02511.021 13603604504502.82.82 23523523503502.82.8注：孔眼流量系数取0.82理论分析理论分析投球相关参数投球相关参数程序运算结果程序运算结果u 第一次投球：第一次投球：按照按照k=n/3的安全余地，排量大于的安全余地，排量大于92.5m3/min才能保证投球封堵成功；才能保证投球封堵成功；实际排量实际排量2.8m3/min不满足要求，故本次投球封堵失败；不满足要求，故本次投球封堵失败；根据根据实际排量实际排量2.8m3/min反算：堵塞球坐封前，仅有下游反算：堵塞球坐封前，仅有下游34个孔眼个孔眼具具备坐封条件。备

17、坐封条件。堵塞球下井时，具备坐封条件的孔眼数堵塞球下井时，具备坐封条件的孔眼数不到总吸液孔眼数的不到总吸液孔眼数的10%；投球速度较快（平均投球速度较快（平均75个个/min），），球与球之间的干扰作用较强，无法保球与球之间的干扰作用较强，无法保证下游证下游34个球及时坐封。个球及时坐封。封堵情况分析封堵情况分析下游下游34个孔眼若不能顺利、及时被封堵，其它孔眼被封堵的几率更低。个孔眼若不能顺利、及时被封堵，其它孔眼被封堵的几率更低。失败失败u 第二次投球：第二次投球：按照按照k=n/3的安全余地，排量大于的安全余地，排量大于81.2m3/min才能保证投球封堵成功；才能保证投球封堵成功；实际

18、排量实际排量2.8m3/min不满足要求，故本次投球封堵失败；不满足要求，故本次投球封堵失败；根据根据实际排量实际排量2.8m3/min反算反算：堵塞球坐封前，仅有：堵塞球坐封前，仅有下游下游35个孔眼个孔眼具备坐封条件。具备坐封条件。下游下游35个孔眼个孔眼若不能顺利、及时被封堵，其它孔眼被封堵的几率更低。若不能顺利、及时被封堵，其它孔眼被封堵的几率更低。投球速度较快（平均投球速度较快（平均70个个/min），），干扰作用较强，无法保证下游干扰作用较强，无法保证下游35个堵个堵塞球的及时坐封。塞球的及时坐封。理论分析理论分析玛玛5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析完井管柱内径,mm孔眼直

19、径,mm堵塞球参数携球液参数投球序列投球序列直径,mm密度，g/cm3粘度，mPas密度，g/cm3次次序序待封孔待封孔眼数眼数投球投球数数投球排量投球排量,m,m3 3/min/min108.69121.02511.021 13603604504502.82.82 23523523503502.82.8注：孔眼流量系数取0.82投球相关参数投球相关参数程序运算结果程序运算结果封堵情况分析封堵情况分析堵塞球下井时，具备坐封条件的孔眼数仍堵塞球下井时，具备坐封条件的孔眼数仍不到总吸液孔眼数的不到总吸液孔眼数的10%。失败失败玛玛5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析 综上所述，根据前文建立的模

20、型对玛综上所述，根据前文建立的模型对玛5-2H井堵塞球坐封情况进行分析，井堵塞球坐封情况进行分析，结果表明：结果表明：两次投球均不能对孔眼实现成功封堵。两次投球均不能对孔眼实现成功封堵。实际施工情况实际施工情况由施工曲线可以看出：由施工曲线可以看出：两次投球后，泵压均两次投球后，泵压均没有明显的升高，封堵没有明显的升高，封堵响应不明显；响应不明显；第一段和第二段施工第一段和第二段施工曲线变化规律很接近，曲线变化规律很接近，说明第一次投球并没有说明第一次投球并没有压开新层；压开新层；第三段施工泵压总体比第三段施工泵压总体比第二段低，说明第二次第二段低，说明第二次投球也没有压开新层。投球也没有压开

21、新层。u 从总体上看，在排量不变的情况下，泵压曲线呈现出逐渐下降的趋势，类似于裂缝的延伸过程，从总体上看，在排量不变的情况下，泵压曲线呈现出逐渐下降的趋势，类似于裂缝的延伸过程，因此：因此：本次投球分段施工很可能仅本次投球分段施工很可能仅压开了一段，整个施工过程实际上是该段裂缝起裂和延伸的过程。压开了一段，整个施工过程实际上是该段裂缝起裂和延伸的过程。失败原因：单次吸液孔眼数太多，单孔眼流速太小，拖曳力和持力不够！失败原因：单次吸液孔眼数太多，单孔眼流速太小，拖曳力和持力不够！玛玛5-2H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析增产改造效果增产改造效果 改造后改造后日产油增加日产油增加0.91m3；邻

22、邻井井情情况况改造前：改造前：工作制度工作制度日产油日产油日产气日产气油压油压改造后：改造后：8mm12mm13.94 12.2MPa12.94MPa 0.91m30272794m3 124081m3 改造后日产气为改造前的改造后日产气为改造前的2.2倍。倍。玛玛401井井2167-2223m（C+O）分段酸压施）分段酸压施工后用工后用12mm油嘴求产，油嘴求产，日产气日产气37万方左右。万方左右。玛玛5-1井井 2243-3372m大型酸压施工后用大型酸压施工后用12mm油嘴求产，油嘴求产，日产气日产气30万方左右。万方左右。u 玛5-2H井改造效果一般；u 先压开的为物性较好的气层，后面没

23、有压开的为物性较差的气层或差气层，因而增产效果不算太差；u 总的来说，储层潜力未得到充分发挥。塔中塔中62-5H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析完井管柱内径,mm孔眼直径,mm堵塞球参数携球液参数投球序列投球序列直径,mm密度，g/cm3粘度，mPas密度，g/cm3次次序序待封孔待封孔眼数眼数投球投球数数投球排量投球排量,m,m3 3/min/min108.615191.02601.021 1707078786 62 2565665655.75.7投球相关参数投球相关参数u 第一次投球：第一次投球：排量大于排量大于1.8 m3/min才能保证投球封堵成功；才能保证投球封堵成功；实际排量实际排

24、量6.0m3/min满足要求，故本次投球封堵成功。满足要求，故本次投球封堵成功。下游下游34个孔眼个孔眼被封堵后，其它孔眼的封堵更加容易。被封堵后，其它孔眼的封堵更加容易。程序运算结果程序运算结果封堵情况分析封堵情况分析堵塞球下井时，具备坐封条件的孔眼数堵塞球下井时，具备坐封条件的孔眼数34个，个，为总吸液孔为总吸液孔眼数的眼数的50%。成功成功塔中塔中62-5H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析完井管柱内径,mm孔眼直径,mm堵塞球参数携球液参数投球序列投球序列直径,mm密度，g/cm3粘度，mPas密度，g/cm3次次序序待封孔待封孔眼数眼数投球投球数数投球排量投球排量,m,m3 3/min

25、/min108.615191.02601.021 1707078786 62 2565665655.75.7投球相关参数投球相关参数u 第二次投球：第二次投球：排量大于排量大于0.8 m3/min即可保证投球封堵成功；即可保证投球封堵成功；实际排量实际排量5.7m3/min满足要求，故本次投球封堵成功。满足要求，故本次投球封堵成功。下游下游35个孔眼个孔眼被封堵后，其它孔眼的封堵更加容易。被封堵后，其它孔眼的封堵更加容易。程序运算结果程序运算结果封堵情况分析封堵情况分析堵塞球下井时，具备坐封条件的孔眼数堵塞球下井时，具备坐封条件的孔眼数35个，个，为总吸液孔为总吸液孔眼数的眼数的63%。成功成

26、功塔中塔中62-5H井堵塞球坐封分析井堵塞球坐封分析实际施工情况实际施工情况由施工曲线可以看出：由施工曲线可以看出：第一次投球后，泵压第一次投球后，泵压上升上升25MPa左右，封堵左右，封堵响应明显；响应明显；第二次投球后，泵压第二次投球后，泵压上升上升11MPa，封堵响应，封堵响应明显。明显。改造前：改造前：工作制度工作制度日产油日产油日产气日产气油压油压改造后：改造后：敞放敞放12mm/41.3MPa 68.4m30174562m3 0增产改造效果增产改造效果结论及认识：结论及认识：（1）考虑堵塞球坐封的时间差异，建立了一个新的投球排量计算模型，使投球排量控制更符合实际情况，实例分析表明该模型可用。（2）堵塞球在孔眼上的坐封是一个越来越容易的过程：被封堵的孔眼数越多，堵塞球的坐封越容易；投球设计时，只需保证一部分孔眼能够有效封堵即可。（3）玛5-2H井投球分段失败的主要原因是单层吸液孔眼数过多，以至于堵塞球需要特别高的排量才能实现坐封。投球设计时必须对单层吸液孔眼数进行优化计算。