礁灰巖油田水平井微粒充填ICD均衡控水技術

謝日彬 李海濤 楊勇 劉遠志 孫常偉

1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司；2.西南石油大學

流花油田是南海珠江口盆地的塊狀生物礁灘底水稠油油田，孔隙類型以粒間溶孔、粒內溶孔、非選擇性溶孔為主，儲層平均孔隙度21.3%，平均滲透率為 651×10-3μm2，屬中～高孔隙度、中～高滲透率儲層［1］。流花油田原油屬高密度、高黏度、低含蠟、低凝固點、低硫、低溶解氣油比的重質原油。該油田1996年投產，是世界上第1個在一個油田內全部使用水平井開發的油田［2］，初期20口開發井動用含油面積14.2 km2，水平段全部采用打孔管完井，單井平均日產油量 1 025.8 m3/d。

隨著開發的進行，部分井出現水淹、產量遞減快、經濟效益差的問題，自1998年開始通過老井側鉆試圖改善油田開發效果，至2002年初側鉆了7口水平井，水平段采用裸眼完井，平均單井初增油僅為160 m3/d，且迅速水淹，經濟效益差。自2003年開始逐漸將側鉆井位布置在未動用的3井區。

主開發區探明儲量采出程度只有16.1%，剩余8口未側鉆的早期開發井平均累產油93×104m3，生產穩定。為改善新井的開發效果，2013年優選2口構造高部位調整井采用封隔器分段ICD控水完井，投產初期含水85%，且迅速水淹，累產均小于2.5×104m3，控水效果差。

目前主開發區處于特高含水開發階段，采出程度僅為17.3%，16口在產井綜合含水為98%，8口早期開發井產油量占總產量的83%。為了提高主開發區的采收率，迫切需要合適的控水技術延緩新井的含水上升速度，提高開發效果。

1 目標井概況

X5井為流花油田邊部構造最低位置的一口水平井，該井附近斷層及裂縫發育，周圍3口歷史井投產初期平均含水62.9%，最低含水42.5%，含水上升快，開發效果差，井平均壽命低于2年。

高精度成像測井解釋成果證實，X5井水平井段可見37條高角度成組集中分布的裂縫，裂縫走向為北西—南東向，次生溶蝕相對發育的有4個層段，次生溶蝕比例最大可達7.0%，平均溶蝕孔徑約1.5 mm。溶蝕類型主要為蜂窩狀溶蝕，也可見斑雜狀溶蝕和沿裂縫溶蝕，裂縫滲透率為孔隙滲透率的10～15倍。

流花油田水平井產出剖面示蹤劑解釋成果證明，流花油田水平井產出不均勻現象較為明顯，優勢滲流通道為主要的產水層段，但是受礁灰巖儲層成巖機理的影響，非均質性強，密閉取心顯示巖心孔隙度、滲透率變化大，與隨鉆測井資料存在較大差異，優勢滲流通道和出水位置難確定。

2 微粒充填ICD均衡控水管柱

微粒充填ICD均衡控水技術是通過在控水篩管與地層的環空內和近井地帶充填微粒顆粒制造人工井壁，保證控水篩管與人工井壁的緊密貼合，在控水管外形成均勻孔隙介質，減少管外橫向竄流的一種均衡控水技術。

2.1 管柱結構

微粒充填ICD控水管柱與常規的礫石充填防砂管柱［3］基本相同，由封隔器、充填總成、盲管、篩管串、雙級過濾浮鞋構成；不同的是篩管串由基管、ICD限流閥［4-6］、過濾篩網、篩網保護套組成,ICD限流閥均勻安裝在基管上(圖1)。

圖1 水平段微粒充填ICD控水管柱示意圖Fig.1 Sketch of particle filling based ICD water control string in the horizontal section

2.2 工作原理

(1)微粒充填地層的高滲透條帶或裂縫，封堵地層水的優勢滲流通道，起到堵水的作用。

(2)微粒充填控水篩管與井壁之間的環空，保持井壁與控水篩管緊密貼合，以此來增加流體在環空的流動阻力，減少高產能段流體在環空內的橫向竄流，代替機械封隔器起到連續封隔環空的作用。

(3)控水管柱均勻安裝ICD限流閥。ICD限流閥可以提高高產能段管柱的附加壓降損失，降低高產能段流量；而低產能段因流量低，管柱的附加壓降小，作用在地層上的壓差大，產液量相對增加。

(4)因環空內充填有微粒顆粒，流體橫向竄流的摩阻增大，竄流量減少，進一步均衡水平段的產液量，起到控水的作用。

2.3 技術優勢

(1)基管上均勻安裝限流閥，不受儲層非均質及含油性影響，且能夠規避因隨鉆測井資料誤差導致的控水段劃分不合理的問題。特別是對于礁灰巖油田，儲層非均質性強(變異系數0.8、突進系數6.3、級差77.6)，近井地帶儲層物性變化大，常規砂巖油田的ICD設計思路不適用，通過均勻安裝限流閥可以有效規避該問題。

根據試驗數據：用DPS數據處理系統對墾鑒稻6號穗頭各部分之間連接力的回歸模型進行計算機模擬可以得出[12]：

(2)篩管與地層的環形空間及地層大孔隙或裂縫內充填有微粒顆粒，且微粒顆粒介質的滲透率近似于地層滲透率，能有效降低近井地帶地層非均質性。

3 微粒充填ICD均衡控水技術參數設計

3.1 限流閥安裝距離及孔徑設計

水平井生產時受水平段非均質性及流體流動的影響，水平段動用不均，流花油田前期ICD控水完井設計時主要是通過儲層物性及裂縫解釋成果確定分段長度及ICD孔數，投產后控水效果并不明顯，且多口井存在控水后液量低、高含水期無經濟效益的問題。

借鑒流花油田早期開發井打孔管完井的礦場經驗，在基管上均勻安裝限流閥，降低高產能段的產液貢獻，以達到均衡控水的目的。假設油井水平段長度為L，設計最大產液量為Q，限流閥允許的最大過流量為q，則限液閥數量為Q/q，限流閥距離h為L/(Q/q)。根據限流閥的過流量實驗確定孔徑為8 mm限流閥在 6 MPa壓差下最大過流量為 28 m3/d，目前流花油田水平井水平段有效長度850 m，設計產液量為 2 385 m3/d，需要安裝 85 個限液閥，每 10 m安裝一個限液閥。

3.2 顆粒粒徑設計

顆粒充填的目的是利用高分子顆粒封堵控水管外環空及地層大孔隙或裂縫，降低近井地帶的非均質性，因此顆粒粒徑應與地層巖石骨架顆粒粒徑吻合。通過對該井鉆井巖屑的粒度分析(表1)，優選高分子顆粒的粒徑為0.225～0.45 mm。

3.3 微粒充填施工參數設計

充填施工參數是保證充填效果的關鍵，其主要包括地面泵入壓力、泵入流量、加砂比。針對油藏地質特征，微粒充填主要分為3個階段。

(2)中期充填近井地帶地層階段。該階段的充填流量降低到早期充填流量的一半，加砂比逐漸提高到6%，微粒顆粒隨著充填流量的降低在近井地帶迅速堆積，保證近井地帶的高分子顆粒的濃度，提高微粒顆粒對近井地帶優勢滲流通道的封堵性。

(3)晚期充填篩管外環空階段。該階段的充填流量降低到原始充填流量的1/4，加砂比逐漸提高到12%，微粒顆粒隨著充填流量的降低在篩管外環空迅速堆積，自趾端逐步向跟端埋沒篩管［7］，流量降低，壓力升高［8］。待井口充填壓力升高到4 MPa，流量下降到150 L/min時充填完畢。

表1 X5 井水平段巖屑粒徑分析結果Table 1 Analysis results on the particle sizes of cuttings in the horizontal section of Well X5

4 現場試驗及效果分析

4.1 清水注入試驗

為了確定合理的充填壓力，準確計算地層摩阻，顆粒充填之前需要進行清水注入試驗［9］。通過逐步調整注入壓力，確定注入壓力不穩定的起始點，作為微粒充填的起始壓力，以達到最大程度提高充填顆粒量的目的。圖2為流花油田清水注入試驗施工曲線，當地面注入壓力高于8 MPa時，壓力在穩定注入流量下存在明顯波動，與地漏試驗對比后確定該壓力為地層破裂臨界壓力，即顆粒充填起始壓力。

圖2 X5井清水注入試驗施工曲線Fig.2 Construction curve of fresh water injection experiment of Well X5

4.2 現場壓裂充填施工及曲線分析

該井水平段平均實測井徑0.165 m，控水篩管外徑為 0.12 m，需要充填的井筒環空體積為 9.67 m3，充填壓差高于地層破裂壓差5.5 MPa，實際充填體積為 22.6 m3。充填初期采用 1 200 L/min 的高流量注入，地面注入壓力逐漸上升，擴大近井地帶優勢滲流通道孔徑，細粒高分子顆粒(直徑 0.225～0.45 mm)進入大孔隙和優勢滲流通道，有效均衡近井地帶孔隙度和滲透率。充填中后期逐漸降低充填壓力，增大加砂比，保證水平井段環空有效充填，減少水平井段橫向竄流，X5井顆粒充填壓力與排量變化如圖3所示。根據微粒實際充填量與環空容積計算得到充填到近井地帶地層裂縫的微粒體積V為12.93 m3，計算方法如下：水平段井徑d1為 0.165 m，水平段實鉆長度850 m，地層孔隙度φ為24.3%，根據試井資料確定水平段有效動用長度h1為實鉆長度的35.9%，即h1為305.15 m，假定優勢滲流通道占儲層總孔隙度的比例A為10%，則根據體積公式計算得到充填顆粒進入地層深度約0.67 m，形成以水平井為圓心、直徑1.5 m的均質幾何體。

圖3 X5井微粒充填壓力與排量變化Fig.3 Filling pressure and displacement change of particles in Well X5

4.3 效果分析

X5井投產后無水采油期10 d，投產第3個月測試含水16.9%，產油228 m3/d；投產第6個月測試含水 75.3%，產油 159 m3/d(圖4)，根據 X5 井附近 300 m范圍內的鄰井不同含水的累產油數據表(表2)可知，使用微粒充填ICD均衡控水技術后，X5井和X4井的投產初期的含水明顯低于周圍3口井，與2013年調整井X3相比，含水降低62%，初期累增油超過2.5×104m3，開發效果明顯好于周圍3口鄰井。

圖4 X5井產量測試曲線Fig.4 Production test curve of Well X5

表2 X5 井鄰井不同含水率下累產油數據Table 2 Cumulative oil production of Well X5 neighboring well at different water cuts

5 結論及建議

(1)該技術能夠降低高產能段的產液貢獻，提高低產能段的動用程度，均衡水平段液量分布，對水平井控水具有一定的效果。現場實施證明，微粒充填能夠有效封堵水平段的溶蝕孔洞和控水管外空間，降低溶孔溶洞和控水管外空間的滲透率，最終起到降低高含水段產液貢獻的作用，達到提高流花油田水平井開發效果的目的。

(2)微粒充填時需要合理的充填壓力，充填壓力過大可能導致溶蝕孔洞延展溝通底水；充填壓力過小可能引起微粒顆粒僅充填篩管外環空，無法進入地層封堵溶蝕孔洞，導致控水效果減弱。