篩管完井水平井梯度智能控堵水試驗研究

孟祥海 朱立國 張云寶 高建崇 代磊陽 高立寧 鄒明華

1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300452;2. 中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司, 天津 300452;3. 中國石油集團渤海鉆探工程有限公司， 天津 300467

0 前言

水平井由于生產井段長、泄油面積大、單井產能高等優勢[1-4],近年來,逐步得到推廣與應用,以渤海油田為例,現有水平井888口,對產量貢獻超過40%。這些水平井多采用礫石充填篩管完井方式進行防砂[5-6],篩管與井壁之間存在30 mm左右的環空,存在軸向竄流,導致此類水平井在找水、分段堵水等方面難度較大[7-9]。目前,水平井堵控水主要集中在智能找水開關井筒控水、基于橋塞的化學分段堵水、化學暫堵—強堵劑聯合堵水、AICD自動控水等技術研究[10-16]。電控閥作為一種新型找控水工具,能夠在地面通過控制柜、電纜對井下電控閥的開度進行無限調節,適用于射孔完井或存在篩管外封隔器的水平井,目前已在部分油田進行了先導性試驗,取得了成功[17],但該技術還不能解決篩管外無封隔器的水平井找控水問題。

本文針對上述問題,提出篩管完井水平井梯度智能控堵水技術,即:通過ACP對篩管外環空進行化學封隔,實現水平井篩管外分段[18-19],在此基礎上,通過電控閥找控水管柱,確定出水位置,然后根據生產需要,調整各段電控閥的開度,進而實現井筒控水目標,如果井筒控水效果理想,可按此制度進行生產,如果控水效果不理想或控水一段時間后效果變差,可打開對應出水段的電控閥,關閉其它段電控閥,將化學堵劑從電控閥注入出水地層,實施地層的定位深部封堵,進一步增強堵水效果[20-21],進而實現梯度智能堵控水目標。室內試驗研究表明:ACP每米篩管外軸向封隔強度p>2 MPa,借助電控閥找控水管柱作為定位注入管柱,凝膠堵劑對高滲出水管封堵率f為95.79%,封堵后,高、低滲透管出現“剖面反轉現象”,低滲透管得到了較好動用。

1 試驗條件

1.1 試驗材料及條件

1.1.1 試驗材料

管外化學封隔器(ACP):由中國石油勘探開發研究院提供,引發劑為過硫酸鹽,實驗室自備。

凝膠堵劑:聚合物,有效含量C1為88%,由北京恒聚化工集團有限責任公司提供,交聯劑固含量C2為30%,由山東豐泰化工科技有限公司提供。

陶粒:由河南天祥新材料股份有限公司提供。

1.1.2 試驗條件

試驗用水:渤海某平臺注入水,礦化度6 223 mg/L,水型NaHCO3型。

試驗溫度:60 ℃,電加熱帶控制。

1.2 試驗設備

全尺寸篩管外環空抗壓模擬裝置:自主設計,由天津萬鈞海洋工程技術有限公司試制。其中,外管管徑D外為215.9 mm,篩管管徑D篩為139.7 mm,篩管縫寬d為120 μm,注入管管徑D注為73.00 mm,模型有效長度L模為1.5 m,見圖1。

圖1 全尺寸篩管外環空抗壓模擬裝置示意圖

其它設備:氮氣瓶(出口壓力p出為≤20 MPa)、中間容器(容積V為12 L)、填砂管(端面通徑d端×長度L管=2.5 cm×80 cm)、電加熱套及配套管閥、平流泵(waters 515型)、電控閥(自主設計)、簡易膨脹式封隔器及配套液控管線(自主設計)。

1.3 試驗方案

1.3.1 ACP篩管外封隔試驗

ACP篩管外封隔試驗過程見圖2。

圖2 ACP篩管外封隔試驗過程圖

1)組裝試壓工裝及驗封,確認工裝合格。

2)將篩管與外管之間的環空裝入陶粒,模擬礫石充填篩管完井。

3)連接電控閥控堵水管柱,并連同注入系統一起連入工裝中,調整開關,確保電控閥2關閉,電控閥1打開。

4)依次將氮氣瓶、盛有工作液的中間容器與電控閥控堵水管柱連接。

5)按照0.3%的聚合物濃度配制40 L前置液。

6)先將自來水、前置液依次通過注入裝置,對工裝進行預處理至4個閥門均有水、前置液流出為止,然后根據50 cm長ACP膠塞需要的藥劑量,將14.95 L ACP與29.88 g引發劑混勻后,注入工裝,最后用平臺水將電控閥控堵水管柱中的ACP驅替干凈,工裝套上加熱套,設定溫度60 ℃,保溫10 h,待其固化,待用。

1.3.2 定位注入堵劑試驗

定位注入堵劑試驗過程見圖3。

圖3 定位注入堵劑試驗過程圖

1)取兩根填砂管,高滲透管水相滲透率K高為4 941×10-3μm2、低滲透管水相滲透率K低為776×10-3μm2,并用平臺注入水、原油進行飽和,模擬高、低滲透地層。按照并聯方式,進行水驅至產出液含水不變時,停止水驅,關閉前后閥門,待用。

2)調整電控閥控堵水管柱開關,確保電控閥1關閉,電控閥2打開。

3)按照堵劑配方,采用現場平臺注入水配制凝膠堵劑。

4)將閥1、閥2連接壓力表,閥3、閥4打開,開始注入凝膠堵劑,待閥3、閥4見到凝膠堵劑后,關閉閥門。

5)將高、低滲透巖心管按照圖示位置,連接到閥4、閥3上,模擬高、低滲透地層,將閥3、閥4、閥5、閥6全部調至打開狀態。

6)采用電控閥控水管柱,繼續定位注入4.51 mL堵劑后,關閉閥3、閥4、閥5、閥6。

7)將高、低滲透管置于60 ℃烘箱中,保持3 d,待其成膠,待用。

1.3.3 堵劑封堵測試試驗

采用平流泵,通過六通閥控制,單獨測試高、低滲透管封堵后的滲透率,計算堵劑對高、低滲管的封堵率,同時,測試封堵前后高、低滲透管的分流量。

2 結果分析

2.1 ACP篩管外封隔試驗

關閉閥1,打開閥2、閥4,采用試壓泵與閥3連接,進行注水,對篩管外環空50 cm長度的ACP膠塞進行試壓,當壓力p達到1 MPa時,壓力5 min保持不降,閥2、閥4沒有刺漏現象,說明ACP膠塞耐壓p在1 MPa以上,按理論計算,ACP在礫石充填篩管完井水平井環空中軸向每米抗壓強度p>2 MPa。

對全尺寸篩管外環空抗壓模擬裝置進行切割,截面見圖4。可以看出,切割面整齊、完整,說明ACP在礫石充填的篩管外環空中形成了堅硬的膠塞環。

2.2 定位注入堵劑試驗

將高、低滲透管依次接入閥4、閥3,打開電控閥2,關閉電控閥1,實現堵劑對高滲管的定位注入。閥1、閥2對應壓力見表1。可以看出,高滲段注入凝膠堵劑壓力p凝膠為0.5 MPa,而低滲段沒有壓力顯示,說明ACP管外封隔效果好,電控閥1完全關閉。電控閥控水管柱能夠實現堵劑的定位注入。

表1 堵劑注入過程中的壓力變化

注入量Q注/mL閥1處壓力p閥1/MPa閥2處壓力p閥2/MPa0004.5100.5

2.3 堵劑封堵測試試驗

封堵率測試結果見表2。高滲透管滲透率K高由封堵前的4 941×10-3μm2降至封堵后的208×10-3μm2,封堵率為95.79%,低滲透管封堵前后滲透率基本保持不變,說明電控閥控水管柱具有較好的定位注入效果,并且進入高滲透管的凝膠堵劑起到了明顯的封堵作用。

表2 高、低滲透管的封堵率

滲透管巖心管長L管/m端面直徑d端/m注入排量V/(mL·min-1)注入壓力p/MPa滲透率K/(×10-3 μm2)封堵率f/(%)高滲透管封堵前0.80.02520.0114 941封堵后0.80.02520.26120895.79低滲透管封堵前0.80.02520.07776封堵后0.80.02520.0717661.41

高、低滲透管封堵前后的分流量見圖5。由圖5可以看出,封堵前,91%以上的產出液由高滲透管產出,封堵后出現“產液剖面反轉”現象,即:原來產液少的低滲透管產出也由封堵前的9%大幅上升至80%,超過了高滲透管的產出,這種“產液剖面反轉”現象促使了原來低滲透管得到更大程度的動用,進而使采出程度得到有效提高。

圖5 高、低滲透管封堵前后的分流量變化圖

3 結論

1)ACP具有較好的篩管外封隔作用,電控閥具有找水、井筒控水功能,還可以作為定位注入管柱,進行定位化學堵水。

2)基于ACP、電控閥控水管柱、凝膠堵劑各自特點,形成的梯度智能控堵水技術具有可行性,該工藝具有找水、井筒控水、地層定位深部堵水的多重優點,且可以根據實際措施效果,梯度開展,具有較強的可操作性。