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[摘 要]水平井分段完井技术，能够提高水平井段储量动用程度，可在一定程度上避免层段之间窜通和干扰，为后续的分段酸化、分段压裂、分段堵水、分段注汽等工艺措施的实施提供技术依托。本文重点阐述了国外各大石油公司的水平井分段完井状况及套管外封隔器的使用情况，分析和研究了其水平井分段完井的结构和工艺。
[关键词]水平井 分段完井 套管外封隔器
中图分类号：TQ555 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0306-01
1、 引言
利用水平井提高油井产能和采收率，已成为油田一种经济有效的挖潜手段和途径。国内水平井完井及采油技术近几年发展较快，但起步较晚，同国外先进技术相比在许多方面还存在很大差距，完井方式单一，与各类油藏的适应性不强。目前，辽河油田水平井多采用筛管完井方式，受油层非均质及周边采出影响，易造成水平井段动用不均。而水平井段采用筛管完井，油井后续不能采用分段酸化、分段压裂、分段堵水、分段注汽等特殊增产措施，使水平井段的采收程度明显降低。
2、水平井分段完井优势
水平井分段完井技术，能够提高水平井段储量动用程度，为后续的分段酸化、分段压裂、分段堵水、分段注汽等工艺措施的实施提供技术依托。水平井分段完井技术的优势有：成本相对中等；依靠套管外封隔器实施层段分隔，可在一定程度上避免层段之间窜通和干扰；可以实施生产控制、生产检测和选择性增产增注作业。因此，在辽河油田开展以套管外封隔器为核心的水平井分段完井技术是一项刻不容缓的任务。
3、 国外水平井分段完井状况
目前国外的水平井分段完井技术已经比较成熟，国外各大石油公司也已广泛应用套管外封隔器，如斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿、TAM公司、世界石油工具公司等。
3.1 斯伦贝谢公司
斯伦贝谢的水平井分段完井结构主要由液压压缩式的套管外封隔器和液压滑套组成。坐封时依次投球循环至球座，依次打液压推动活塞压缩胶筒封隔地层与套管之间的环空，待套管外封隔器坐封后打压打开滑套使套管与油层连通。从下到上依次坐封。套管外封隔器和液压滑套打开后需要将所有球座钻除，保证下一步下入生产管柱。胶筒密封段较短，只适合于花岗岩、页岩等比较致密，井眼轨迹比较规则的油藏。
3.2 哈里伯顿公司
哈里伯顿的水平井分段完井结构主要由油敏套管外封隔器和筛管组成。坐封时在管柱外灌入一定量的柴油，胶筒在一定时间内膨胀封隔地层与套管之间的环空。套管外封隔器坐封后直接下入生产管柱，不需要其它工序。胶筒膨胀速率和坐封时间的控制是技术的关键。油敏胶筒可根据各种油藏需要制作不同长度的密封段。但是油敏封隔器耐温性能较差，最高耐温210℃，对于稠油注汽条件并不能适应。
3.2.1 哈里伯顿油敏封隔器（Swellpacker）
不需要借助复杂的机械运动或压力来坐封，不需要卡瓦来锚定井壁。它是由一种特殊加工过的橡胶而制成。在经过一定时间的柴油或其它有机油类的浸泡后会自行膨胀。由于它的膨胀系数很高，它所产生的膨胀力可以将它自己牢牢地贴在井壁并能够产生很好的密封作用。它所能承受的压差可以根据需要进行有针对性的设计。通过加长它的长度就能够提高它的密性能和承压能力。对于水平井裸眼段来说，它具有其他种类封隔器无法比拟的优越性。
原理： 橡胶吸收碳氢化合物膨胀。Swellpacker系统在遇油膨胀后可以密封套管环空，最适应用于裸眼井中。该系统提供仅需一次下放就实现完井， 建立有效的产层隔离效果。它没有活动部件并且不需要井底或者地面的启动。
Swellpacker系统的优点：（1）和其他设备的唯一连接只是丝扣， 并且不需要其他工具作业。由于这种灵活性，使得新的和其他可靠的完井方案成为可能，并且不需要专门技术人员来操作。井场可验证的设计特点允许在油基泥浆中延迟膨胀，使得在裸眼井作业时不会出现提前坐封。（2）在裸眼井中可连带射孔衬管和筛管一起安装，这样可以充分体现裸眼井的优点，如不需要射孔和水泥固井，减少产层损害。（3）曲折的结构特点提供了在侧钻，多边井，延伸井和小井眼中安装的可靠性。
3.2.2 遇水膨胀封隔器
遇水膨胀封隔器层间封隔系统是经过大量试验研究测试生产出的一种特殊的遇水膨胀，橡胶弹性材料工具。此弹性材料以最新的新聚合体公式为基础，利用了渗透原理达到长期稳定性和性能可靠性。遇水膨胀封隔器层间封隔系统可以在裸眼井和套管井中使用，包括在没有液烃存在的井中也可使用。在井中，遇水膨胀封隔器层间封隔系统200%膨胀，密封管子的环空以达到隔离效果.一旦使用，橡胶会保持它的弹性，遇水膨胀封隔器移动时会随着地层改变同时保持密封的完整性。
优点：（1）对不规则井眼达到较好的密封；（2）不需要固井和射孔；（3）减少井下机械动作和相关风险；（4）对产油区更有效的隔离；（5）减少井的费用；（6）增加正常操作时间；（7）下入摩阻小；
特点：（1）3米或5米的标准构件长度；（2）可以在任何基管上使用；（3）提供坚固的结构，没有活动得零件；（4）不需要特殊的安装，只需要简单测量一下封隔器的外径，合理配长，下入即可；（5）可保持套管的完整性；（6）水基泥桨和油基泥桨都可使用；（7）具有自动修复不受其它因素影响的能力；
3.3 贝克休斯
贝克休斯的水平井分段完井结构主要由液压压缩式的套管外封隔器和液压滑套组成。坐封时投球循环至球座，一次打不同的液压推动活塞压缩胶筒封隔地层与套管之间的環空。套管外封隔器坐封后需要将球座打液压打掉，保证下一步下入生产管柱。
贝克休斯的水平井分段完井整个工艺比较简单，不需要其他辅助工具。但是整个工艺过程中，对压力的控制要求非常高，套管外封隔器和液压滑套的精度要求也非常高。胶筒密封段较短，只适合于花岗岩、页岩等比较致密，井眼轨迹比较规则的油藏。
3.4 TAM公司
TAM公司的水平井分段完井结构主要以液压扩张式的套管外封隔器为主， 坐封时利用定位短节定位后，注入装置通过液压扩张胶筒封隔地层与套管之间的环空。套管外封隔器坐封需要一套完整的坐封管串，保证套管外封隔器的准确坐封。由于扩张式胶筒的密封段较长，适合于泥岩、砂岩等比较疏松的，亏空较大的不规则井眼。但该公司的套管外封隔器主要针对稀油水平井而研制，套管外封隔器不具备耐高温能力，不能满足稠油水平井注汽的需求。
4、 结束语
综上所述，各石油公司水平井分段完井管柱结构基本相似，均能实现水平井均匀动用、提高采收率的目的。其水平井分段完井的关键是由不同工作原理的套管外封隔器决定施工工艺。在国内的低产油田使用这些公司的水平井分段完井管柱经济成本较高，且不一定适用于当地的地质条件，实际应用效果不一定能达到预期。因此，当务之急是自主研发适合国内地质状况的套管外封隔器及水平井分段完井管柱以解决生产中的实际问题。
参考文献
[1] 刘春泽，刘洋，刘伟. 辽河油田水平井完井方式适应性分析[J].石油钻采工艺，2007，29（1）：15-18
[2] 马玉斌. 管外封隔器在复杂油气井固井中的应用[J].石油钻采工艺，2004，26（1）：39-40
[3] Kenji Furui，B.S.，M.S.A ComPrehensive Skin Factory Model for Well completions based on Finite Element Simulations. May，2004：8-85.
[4] V. Ogoke， SPE， Shell； C. Aihevba， SPE， Petroleum Development Oman； and F. Marketz， SPE， Shell：”Cost-Effective Life-Cycle Profile Control Completion System for Horizontal and Multilateral Wells.” SPE 102077
[关键词]水平井 分段完井 套管外封隔器
中图分类号：TQ555 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0306-01
1、 引言
利用水平井提高油井产能和采收率，已成为油田一种经济有效的挖潜手段和途径。国内水平井完井及采油技术近几年发展较快，但起步较晚，同国外先进技术相比在许多方面还存在很大差距，完井方式单一，与各类油藏的适应性不强。目前，辽河油田水平井多采用筛管完井方式，受油层非均质及周边采出影响，易造成水平井段动用不均。而水平井段采用筛管完井，油井后续不能采用分段酸化、分段压裂、分段堵水、分段注汽等特殊增产措施，使水平井段的采收程度明显降低。
2、水平井分段完井优势
水平井分段完井技术，能够提高水平井段储量动用程度，为后续的分段酸化、分段压裂、分段堵水、分段注汽等工艺措施的实施提供技术依托。水平井分段完井技术的优势有：成本相对中等；依靠套管外封隔器实施层段分隔，可在一定程度上避免层段之间窜通和干扰；可以实施生产控制、生产检测和选择性增产增注作业。因此，在辽河油田开展以套管外封隔器为核心的水平井分段完井技术是一项刻不容缓的任务。
3、 国外水平井分段完井状况
目前国外的水平井分段完井技术已经比较成熟，国外各大石油公司也已广泛应用套管外封隔器，如斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿、TAM公司、世界石油工具公司等。
3.1 斯伦贝谢公司
斯伦贝谢的水平井分段完井结构主要由液压压缩式的套管外封隔器和液压滑套组成。坐封时依次投球循环至球座，依次打液压推动活塞压缩胶筒封隔地层与套管之间的环空，待套管外封隔器坐封后打压打开滑套使套管与油层连通。从下到上依次坐封。套管外封隔器和液压滑套打开后需要将所有球座钻除，保证下一步下入生产管柱。胶筒密封段较短，只适合于花岗岩、页岩等比较致密，井眼轨迹比较规则的油藏。
3.2 哈里伯顿公司
哈里伯顿的水平井分段完井结构主要由油敏套管外封隔器和筛管组成。坐封时在管柱外灌入一定量的柴油，胶筒在一定时间内膨胀封隔地层与套管之间的环空。套管外封隔器坐封后直接下入生产管柱，不需要其它工序。胶筒膨胀速率和坐封时间的控制是技术的关键。油敏胶筒可根据各种油藏需要制作不同长度的密封段。但是油敏封隔器耐温性能较差，最高耐温210℃，对于稠油注汽条件并不能适应。
3.2.1 哈里伯顿油敏封隔器（Swellpacker）
不需要借助复杂的机械运动或压力来坐封，不需要卡瓦来锚定井壁。它是由一种特殊加工过的橡胶而制成。在经过一定时间的柴油或其它有机油类的浸泡后会自行膨胀。由于它的膨胀系数很高，它所产生的膨胀力可以将它自己牢牢地贴在井壁并能够产生很好的密封作用。它所能承受的压差可以根据需要进行有针对性的设计。通过加长它的长度就能够提高它的密性能和承压能力。对于水平井裸眼段来说，它具有其他种类封隔器无法比拟的优越性。
原理： 橡胶吸收碳氢化合物膨胀。Swellpacker系统在遇油膨胀后可以密封套管环空，最适应用于裸眼井中。该系统提供仅需一次下放就实现完井， 建立有效的产层隔离效果。它没有活动部件并且不需要井底或者地面的启动。
Swellpacker系统的优点：（1）和其他设备的唯一连接只是丝扣， 并且不需要其他工具作业。由于这种灵活性，使得新的和其他可靠的完井方案成为可能，并且不需要专门技术人员来操作。井场可验证的设计特点允许在油基泥浆中延迟膨胀，使得在裸眼井作业时不会出现提前坐封。（2）在裸眼井中可连带射孔衬管和筛管一起安装，这样可以充分体现裸眼井的优点，如不需要射孔和水泥固井，减少产层损害。（3）曲折的结构特点提供了在侧钻，多边井，延伸井和小井眼中安装的可靠性。
3.2.2 遇水膨胀封隔器
遇水膨胀封隔器层间封隔系统是经过大量试验研究测试生产出的一种特殊的遇水膨胀，橡胶弹性材料工具。此弹性材料以最新的新聚合体公式为基础，利用了渗透原理达到长期稳定性和性能可靠性。遇水膨胀封隔器层间封隔系统可以在裸眼井和套管井中使用，包括在没有液烃存在的井中也可使用。在井中，遇水膨胀封隔器层间封隔系统200%膨胀，密封管子的环空以达到隔离效果.一旦使用，橡胶会保持它的弹性，遇水膨胀封隔器移动时会随着地层改变同时保持密封的完整性。
优点：（1）对不规则井眼达到较好的密封；（2）不需要固井和射孔；（3）减少井下机械动作和相关风险；（4）对产油区更有效的隔离；（5）减少井的费用；（6）增加正常操作时间；（7）下入摩阻小；
特点：（1）3米或5米的标准构件长度；（2）可以在任何基管上使用；（3）提供坚固的结构，没有活动得零件；（4）不需要特殊的安装，只需要简单测量一下封隔器的外径，合理配长，下入即可；（5）可保持套管的完整性；（6）水基泥桨和油基泥桨都可使用；（7）具有自动修复不受其它因素影响的能力；
3.3 贝克休斯
贝克休斯的水平井分段完井结构主要由液压压缩式的套管外封隔器和液压滑套组成。坐封时投球循环至球座，一次打不同的液压推动活塞压缩胶筒封隔地层与套管之间的環空。套管外封隔器坐封后需要将球座打液压打掉，保证下一步下入生产管柱。
贝克休斯的水平井分段完井整个工艺比较简单，不需要其他辅助工具。但是整个工艺过程中，对压力的控制要求非常高，套管外封隔器和液压滑套的精度要求也非常高。胶筒密封段较短，只适合于花岗岩、页岩等比较致密，井眼轨迹比较规则的油藏。
3.4 TAM公司
TAM公司的水平井分段完井结构主要以液压扩张式的套管外封隔器为主， 坐封时利用定位短节定位后，注入装置通过液压扩张胶筒封隔地层与套管之间的环空。套管外封隔器坐封需要一套完整的坐封管串，保证套管外封隔器的准确坐封。由于扩张式胶筒的密封段较长，适合于泥岩、砂岩等比较疏松的，亏空较大的不规则井眼。但该公司的套管外封隔器主要针对稀油水平井而研制，套管外封隔器不具备耐高温能力，不能满足稠油水平井注汽的需求。
4、 结束语
综上所述，各石油公司水平井分段完井管柱结构基本相似，均能实现水平井均匀动用、提高采收率的目的。其水平井分段完井的关键是由不同工作原理的套管外封隔器决定施工工艺。在国内的低产油田使用这些公司的水平井分段完井管柱经济成本较高，且不一定适用于当地的地质条件，实际应用效果不一定能达到预期。因此，当务之急是自主研发适合国内地质状况的套管外封隔器及水平井分段完井管柱以解决生产中的实际问题。
参考文献
[1] 刘春泽，刘洋，刘伟. 辽河油田水平井完井方式适应性分析[J].石油钻采工艺，2007，29（1）：15-18
[2] 马玉斌. 管外封隔器在复杂油气井固井中的应用[J].石油钻采工艺，2004，26（1）：39-40
[3] Kenji Furui，B.S.，M.S.A ComPrehensive Skin Factory Model for Well completions based on Finite Element Simulations. May，2004：8-85.
[4] V. Ogoke， SPE， Shell； C. Aihevba， SPE， Petroleum Development Oman； and F. Marketz， SPE， Shell：”Cost-Effective Life-Cycle Profile Control Completion System for Horizontal and Multilateral Wells.” SPE 102077