綜合防堵新技術海上油田應用實踐

李 凡，熊書權，楊天笑，吳斯佳

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，深圳 518000）

疏松砂巖油藏在生產時受流體拖拽力影響，油井出砂易造成砂堵、砂卡，嚴重時還會引起井壁或油層坍塌損壞套管甚至躺井。同時，高泥質含量合并稠油的黏滯作用，隨著生產時間的延長在近井地帶易形成泥餅從而堵塞滲流通道，導致油井產能急速下降[1-2]；出砂的同時造成地層中流體運移孔道增大，加速油井含水上升和油水界面推進，降低油田開發效果，縮短經濟年限，因而防堵、維持產能和控水是高泥質含量疏松砂巖稠油油藏開發亟待解決的難題[3-6]。

1 研究目的

M油田位于中國南海東部珠江口盆地，三角洲前緣沉積[7]，埋深約1 200 m，邊底水交互稠油油藏，非均質性強，泥質含量高。油田內90%以上水平井采用ICD優質篩管防砂完井，投產半個月產能驟降2/3左右，隨后遞減趨勢減緩，產能逐漸降至初產的1/6至1/8。截至2018年年底，油田采出程度僅2.3%，綜合含水達63.6%，采油速度1.1%。

目標井即為采用ICD優質篩管的水平井，投產2個月后，在壓差基本不變的情況下產液量下降為投產初期的1/3，一年半后產能下降了4/5（圖1），經分析認為近井地帶堵塞是造成該井產能下降的主要原因。

本文介紹的綜合防堵技術克服了國內外防砂控水技術的弊端，針對砂泥堵塞油井，能有效實現防堵、穩產并兼顧控水的目標，既可作為稠油油田的有效治理措施，也可指導同類油田開發實踐。

圖 1 篩管完井油井產能變化圖Fig. 1 Production capacity diagram of screen completion oil well

2 CPI綜合防堵技術適用性分析

CPI綜合防堵技術是在井筒和近井筒地帶充填與儲層條件相適配的封隔體顆粒，設定流體“天花板流量”，利用封隔體顆粒粒間孔毛管張力的“人工井壁”作用以及ICD控流裝置，有效抑制流體徑向和軸向竄流，減少流體運移過程中對砂巖和泥巖的攜帶；結合控水篩管結構中的過濾網，達到雙重防砂控水功能。

噴嘴型ICD篩管目前已是海上油田廣泛使用的成熟技術，可根據不同噴嘴數量與孔徑尺寸調節裝置性能，形成ICD節流閥系統，在此不做贅述，而重點介紹的是封隔體顆粒的技術原理。

2.1 物理性能

封隔體顆粒為白色透明或半透明球體高分子混合物，視密度接近海水，具有很強的可充填性，室內實驗流速為6 L/min。與常規充填陶粒相比，其破碎率、酸溶蝕度、圓球度等基本性質均更優（表1）。

2.2 軸向封隔作用分析

封隔體的設計技術參數為：7″套管井壁，內徑157 mm；下入3-1/2″ICD篩管（外徑120 mm），ICD篩管長度設定10 m，包含過濾段長8 m，盲管段2 m。

假設充填顆粒軸向、徑向滲流阻力相同，根據假設：

表 1 封隔體顆粒基礎物理性能對照表Table 1 Comparison table of basic physical properties of CPI

利用ICD篩管的幾何特征，徑向和軸向滲流阻力比為：

式中：Lradial為徑向過流長度，cm；Aradial為徑向過流面積，cm2；Laxial為軸向過流長度，cm；Aaxial為軸向過流面積，cm2；fradial為徑向滲流阻力，無因次；faxial為軸向滲流阻力，無因次。

2.3 室內實驗分析

根據理論分析，設計實驗裝置為：外部5-1/2″套管，內徑122 mm；內部2-7/8″篩管，外徑73 mm；設計裝置總長2 m，實驗裝置入口、出口處分別設計測壓點，壓耗 ΔP由兩點間差值計算得出，實驗裝置流量恒定，在流體出口處進行流量測量。

對于20 mPa·s的真空泵油，徑向阻力測量結果為：

式中：ΔP為 流體出入口壓差，MPa；Q為測量流量，m3/d。

實驗結果表明，軸向上滲流阻力是徑向上滲流阻力的260倍以上。

2.4 封隔體顆粒充填性能

設計5-1/2″套管井筒內裝有10個2-7/8″控水篩管的模擬井筒，總長度100 m，選擇石英砂和封隔體顆粒分別對井筒進行循環充填。

在0.3 MPa下，充填流量35 L/min，攜砂液通過注入裝置進入控水篩管與模擬井筒所在的環空，當流量降至攜帶充填物的臨界流量時，充填物在井筒環空中開始堆積，觀察充填物堆積環空所覆蓋的控水篩管根數。

實驗顯示，封隔體顆粒可填滿10根ICD篩管，石英砂僅填滿2根，性能遠遜于封隔體顆粒。

3 方案設計及實施

3.1 目標井井況概述

目標井所在儲層為邊水稠油油藏，砂巖儲層，油藏壓力13.766 MPa，油藏溫度75.0 ℃，地層原油黏度約110 mPa·s。目標井完井結構圖見圖2。

2017年2月5日投產后，1個月內產能由18.4 m3/（d·MPa）降至6.9 m3/（d·MPa），2018年9月產能繼續下降至4.0 m3/（d·MPa）。

圖 2 目標井ICD優質篩管完井結構圖Fig. 2 ICD high-quality screen completion structure

3.2 封隔體充填方案設計

分析認為水平段非均質性強、儲層物差、邊水驅動地層缺少有效能量補充、稠油與泥砂包裹堵塞篩管等是該井低產的主要原因。計劃開展后效射孔改造差儲層，同時使用連續封隔體充填技術以起到控水防砂的作用。

本井完井方式為8-1/2″裸眼內下入5-1/2″ICD篩管，下入2-7/8″充填篩管，單邊間隙9.65 mm，保證篩管入井安全。原井5-1/2″ICD篩管懸掛在 9-5/8″套管內，頂深1734.57 m，底深2254.55 m，其下部連接密封短節，內徑2.875″（73 mm），充填篩管完井以2254.55 m為井底，定充填篩管深為2 250 m[8-9]。

3.2.1 充填篩管擋砂精度及封隔體規格選擇

對于目標井所處油層，根據Saucier公式：

式中： D50為 充填封隔體的粒度中值，mm；d50為地層砂粒度中值，mm。

對應的封隔體目數介于16～30目，考慮到本區地層為稠油充填篩管擋砂精度選擇為200 μm。

3.2.2 封隔體顆粒用量計算

環空1: 5-1/2＂原篩管和充填篩管之間

環空2: 8-1/2″裸眼與5-1/2″原篩管之間

射孔段長度=433 m;

環空截面積2=(216.02-166.72)×

環空容積2=433×0.014 8=6.4 m3;

總環空容積=環空容積1+環空容積2=8.1 m3;

考慮地層漏失等情況發生，封隔體顆粒用量附加50%左右安全系數，總設計用量12.9 m3。原井ICD篩管外環空井壁無坍塌或出砂堆積的情況時，充填率達到理論用量的80%即可起到防泥砂作用[10-11]。

3.3 封隔體充填作業簡況

首先通井刮管沖砂；下入充填篩管和充填工具，頂部封隔器驗封；進行充填作業，最高排量800 L/min、泵注壓力6 MPa；反洗井，滑套驗封，組合跨接管柱，提出服務管柱。圖3為目標井CPI充填曲線圖。

圖 3 目標井CPI充填曲線圖Fig. 3 CPI filling curve of target well

4 效果評價

目標井措施實施順利，工具及篩管下入即定設計位置，封隔器下入1 820.5 m，篩管下至2 250 m；通井過程中沖出地層砂4.8 m3，實際充填13.3 m3，充填率為103%，環空完全充滿（圖4）。

措施實施后目標井于2018年10月13日復產，日產液由14.9 m3/d上升到46.3 m3/d，日產油由11.4 m3/d逐步上升到32.6 m3/d，采液指數由2.7 m3/（d·MPa）增到20.2 m3/（d·MPa），生產動態保持穩定（圖5）。截至2019年年底，目標井累計增油量6 040 m3，各項生產指標較措施前均明顯提高，產能得到有效恢復[12]。

圖 4 目標井CPI充填后井身結構圖Fig. 4 Well structure diagram after CPI filling

圖 5 目標井產能變化對比圖Fig. 5 Comparison of target well productivity changes

5 結論及建議

（1）封隔體顆粒的物理性能和化學性能優于常規陶粒，作為新型防砂材料，經井場實踐效果明顯，能夠較好解決高含泥質常規稠油油田的完井防砂問題，提高油田生產效果。同時，綜合防堵技術在現場實施可操作性強，不僅能夠對有出砂現象的油井進行治理，更可大范圍推廣到需要充填防砂的新井中，提高措施的效果和有效期。

（2）綜合防堵新技術利用封隔體顆粒緊實的充填作用，極大程度限制了流體的軸向竄流，配合ICD篩管的幾何特征，可形成封隔器效應。通過預設的“天花板流量”，對于局部見水、需要放大生產壓差、水平井段較長的生產井，可起到明顯的控水作用。

（3）在大漏失無法建立沖砂循環的情況下，泵注封隔體顆粒建立循環，相較于傳統的化學暫堵技術，儲層保護優勢明顯。

（4）對于套損、管外竄流井，可嘗試采用封隔體泵注封堵，有效降低漏失量，維持油井的正常生產。

（5）綜合防堵技術適應性強、防堵效果顯著，但也需要改進，即ICD閾值需要預設。ICD篩管一旦入井，節流閥無法調節，預設的閾值可能與實際的地質油藏情況不匹配，建議嘗試自適應的節流裝置進行優化。