海上高含水油田穩油控水技術研究及應用

劉新鋒，費建杰，陳學江，劉正偉，靳甲斌

(中海油田服務股份有限公司，天津 300459)

0 引 言

海上邊底水油藏在生產過程中，一旦見水，短期內可達90%以上[1-7]。高含水不但造成電能浪費、增加油水分離處理費用和縮短油井壽命，而且影響油井產能和采收率[8-14]。受海上采油平臺油水處理能力限制，常規找水、堵水技術的適用性較差。為高效穩定開發高含水油田，研制了集穩油、控水、防砂為一體的穩油控水篩管，根據地層巖心粒度分布、油水黏度、含水率、孔隙度和滲透率等數據，結合膨脹封隔器進行水平井分段開采，減緩水錐突進，可達到穩油、控水、防砂的目的。

1 技術原理

穩油控水技術的主體為穩油控水篩管，其主要由防砂單元和控水單元組成。穩油控水篩管與膨脹封隔器聯合使用，可進行分段開采。防砂單元依據地層砂粒度特征，優選過濾結構及過濾精度，降低出砂風險；控水單元依據油水黏度和含水率變化，自動調節流通通道，抑制水的產出，從而起到穩油、控水、防砂的目的(圖1)。

圖1穩油控水完井管柱示意圖

根據應用井的井徑不同，設計了2種規格的穩油控水篩管，技術參數見表1。

2 工藝設計

穩油控水篩管主要由防砂單元和控水單元2個部分組成(圖2)。

2.1 防砂單元

穩油控水篩管的防砂單元結構由內至外為基管、徑絲、內支撐網、內過濾網、中間支撐網、外過濾網和外保護套。

基管的主要作用為支撐外部的過濾介質，基管上不打孔，下端公扣為盲端，基管并不提供油流通道。基管材質根據流體性質、腐蝕性氣體類型及含量、地層水礦化度等因素進行優選，常用材質主要包括N80、9Cr-L80、13Cr-L80和13Cr-P110等。基管外徑尺寸由井眼大小決定，根據海上油田油井井徑，設計了2種基管：Φ168.28 mm基管(適合裸眼井徑為215.6 mm的油井)、Φ114.30 mm基管(適合裸眼井徑為152.4 mm油井)。

表1 穩油控水篩管技術參數

圖2穩油控水篩管結構示意圖

基管外部最內層為徑絲，材質為304不銹鋼，梯形結構，沿著基管軸向分布，與基管之間形成高度為3.65 mm的流通通道，流體沿著該通道流向控水單元。每根篩管的流通通道長度為5 m，每根篩管過流能力為24.5 m3/d。

防砂過濾網有4層，由內至外依次為內支撐網、內過濾網、中間支撐網、外過濾網。內支撐網材質為304不銹鋼，具有較大的過流面積，主要作用為分流和降低流體的沖蝕作用；內過濾網材質為316 L不銹鋼，提供第2次防砂作用，阻擋生產過程中通過外過濾網的小粒徑砂粒，防砂精度為230 μm；中間支撐網材質為304不銹鋼，同樣起到分流和降低流體沖蝕的作用；外過濾網材質為316 L不銹鋼，提供第1次防砂作用，防砂精度為250 μm。過濾網均采用斜紋密紋編制結構，網孔不易變形，從而保證防砂精度不變。

最外層為外保護套，以往常用導流結構為圓孔，在生產過程中，含砂流體通過圓孔直接持續沖刷過濾網，短期內過濾網即發生沖蝕破壞，導致油井出砂。為避免含砂流體的直接持續沖刷，該篩管外護套采用槽型導流結構，材質為304不銹鋼，含砂流體首先經過導流槽改變流體流向，由徑向流改變為軸向流動，從而減緩流體對過濾網的沖蝕作用(圖3)。

2.2 控水單元

控水單元由端環、蓋板、打孔管、控水閥及密封件組成。控水單元與防砂單元連接，經防砂單元過濾的流體流進控水單元，再由控水閥流向篩管內部，最終經由生產管柱開采到地面，該單元關鍵結構為穩油控水閥。

圖3 穩油控水篩管外護罩流體導流示意圖

2.2.1 穩油控水閥工作原理

穩油控水閥由閥蓋、閥體和碟片組成(圖4)。閥蓋中間開孔，提供流入通道，根據產量、油水黏度、生產壓差、單根篩管流量等設計孔眼尺寸，常用孔眼尺寸為5.0、7.5和10.0 mm；閥體容納碟片，保證碟片在其空間內能上下浮動，同時提供流通通道；碟片材質為高級鎢碳合金，流體通過時，由于碟片上下受到的壓力存在差異，碟片在閥體中受壓力差驅動可上下浮動，閥孔的開度隨之變化，流體流量也隨之變化。油的黏度高，流速低，壓力損失小，碟片不浮動，油容易通過；水的黏度低，流速高，壓力損失大，碟片上部壓力小、下部壓力大，該壓力差促使碟片向上浮動，使閥孔開度減小，控制水的產出，從而達到穩油控水目的。

圖4控水閥結構原理示意圖

2.2.2 穩油控水閥機理實驗

為評價混合流體的黏度和含水率對控水閥的影響，利用實驗裝置在室內進行了黏度敏感性和含水率敏感性評價實驗。實驗裝置主要包括油槽、水槽、齒輪泵、壓力傳感器、穩油控水閥模擬裝置以及數據采集系統。實驗時，打開油槽和水槽的開關閥，利用齒輪泵(流量為60 L/min)將實驗混合流體泵入模擬實驗裝置，利用壓力傳感器分別記錄穩油控水閥模擬裝置入口和出口壓力數值，保存于數據采集系統內，結束后進行數據整理和系統分析。

(1) 黏度敏感性評價。配制不同黏度的實驗流體，調節不同的排量，記錄控水閥進口、出口壓力，根據實驗數據繪制曲線(圖5)。

圖5不同黏度流體流量與壓降關系

由圖5可知：穩油控水閥對流體黏度比較敏感，相同流量下，流體黏度越低，流體產生的壓降越大，碟片上下壓力差越大，即驅動碟片上浮的力越大，閥孔開度隨之減小；且隨著流體排量的加大，不同黏度流體產生壓降的相差幅度加大，即對大流量低黏度流體有更好地控制流量的作用。

(2) 含水率敏感性評價。打開控水閥，記錄控水閥進口、出口壓力、出口排量等，并測定含水率，繪制不同含水率與壓降的關系曲線(圖6)。

圖6不同含水率流體排量與壓降關系

由圖6可知：相同流量下，流體含水率越高，流體產生的壓降越大，即驅動碟片上浮的力越大，閥孔開度隨之減小，流體排量也隨之降低，即穩油控水閥可起到控水的作用，且在油井高含水階段的作用更明顯。

3 現場應用

截至2017年年底，該項技術已成功應用4口井，措施后日產油量由47 m3/d升至53 m3/d，含水由95%降至93%，降低2個百分點，目前含水率及產量穩定，起到了較好的穩油控水效果。

A1井為2017年7月新鉆調整井，完鉆井深為2 703 m，水平段長度為410 m，原油黏度為31.7 mPa·s，預測最終含水率高達98%以上。為控制含水，決定采用穩油控水篩管完井。該井穩油控水篩管共分4段：第1段長度為116 m，下入9根穩油控水篩管；第2段長度為139 m，下入10根穩油控水篩管；第3段長度為69 m，下入6根穩油控水篩管；第4段長度為86 m，下入7根穩油控水篩管，控水閥的閥徑皆為10 mm。預測實施穩油控水篩管后最終日產液為2 388 m3/d，含水率為95%。A1井投產初期日產液為274 m3/d，日產油為118 m3/d，含水率為57%；截至2017年年底，A1井日產液為920 m3/d，日產油為110 m3/d，含水率為85%，累計產油21 350 m3。該井相鄰同層位的2口生產井，未實施穩油控水篩管技術，日產油分別為102 m3/d和105 m3/d，含水率分別為96%和94%，A1井實施穩油控水篩管技術后取得了較好的增油效果。

A2井為高含水停產井，井深為2 235 m，水平段長度為597 m，地層原油黏度為142.0 mPa·s，停產前日產油為47 m3/d，含水率為95%。2017年1月實施穩油控水技術，將水平段分為3段：第1段長度為221 m，下入5根穩油控水篩管；第2段長度為264 m，下入13根穩油控水篩管；第3段長度為112 m，下入6根穩油控水篩管，控水閥的閥徑皆為10 mm。實施后日產油為53 m3/d，含水率為93%，日增油為6 m3/d，含水率降低2個百分點，停產井成功復產。

4 結 論

(1) 穩油控水篩管主要包括防砂單元和控水單元，防砂單元包含多層防砂過濾網，控水單元具有較高的黏度敏感性和含水率敏感性，可依據油水黏度和含水率變化，自動調節流通通道，抑制水的產出，從而起到穩油、控水、防砂的目的。

(2) 穩油控水篩管和膨脹封隔器聯合作用，可對水平井實施分段開采。

(3) 現場應用表明，穩油控水篩管可控制水平井含水率，延長油井穩產時間，提高單井產能。

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