連續(xù)封隔體控水工藝技術在海上油田的應用

吳紹偉， 萬小進， 周泓宇， 袁 輝， 李清濤

1中海石油(中國)有限公司湛江分公司 2中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司

0 引言

海上油田依靠石油平臺開采，空間有限，需要以少井高產(chǎn)的策略進行開發(fā)，能夠增大油井泄油面積的水平井被大量采用。水平井易出水，水平井段局部的出水就會導致整口井含水率的急劇上升，嚴重時將導致井筒報廢；同時，鑒于平臺污水處理設備及相應的污水處理量相對有限，因此要盡可能降低產(chǎn)出液的含水率，穩(wěn)油控水意義重大[1-3]。

目前，常用的變密度射孔及常規(guī)調(diào)流控水技術存在適用范圍受限、控水效果不佳的缺陷，以化學籠統(tǒng)堵控水為主要治理方式的完修井措施效果持續(xù)變差；采用機械封隔器進行分段控水，由于水平井機械封隔施工難度大、費用高、后續(xù)維修困難的問題，導致水平段分段級數(shù)受限、使得控水效果不佳[4-9]。2016年，海油引進連續(xù)封隔體控水技術以適應海上油田對控水工藝技術的需求。

1 連續(xù)封隔體控水工藝技術介紹

1.1 連續(xù)封隔體控水技術概況

連續(xù)封隔體控水技術是在常規(guī)ICD控水技術的基礎上，用由輕質(zhì)顆粒組成的連續(xù)封隔體充填至井筒與完井管柱的環(huán)空，用以取代封隔器，地層流體沿井筒與完井管柱之間環(huán)空的軸向流動通過連續(xù)封隔體進行限制，核心部件主要包括控流過濾器、封隔體顆粒和頂部封隔器及充填工具。連續(xù)封隔體控水技術示意圖如圖1所示。其中：控流過濾器是具有對流體的流量進行調(diào)節(jié)、控制或開關功能的油氣井井下過濾器，可用于控制徑向進入井筒的介質(zhì)流量；封隔體顆粒充填于井筒與完井管柱的環(huán)空，可用于限制流體軸向竄流的流量；頂部封隔器及充填工具起到輔助充填封隔體顆粒的作用。

圖1 連續(xù)封隔體控水技術示意圖

1.2 連續(xù)封隔體控水技術控水原理

連續(xù)封隔體控水技術主要通過安裝于控水篩管上的控流過濾器及充填于控水篩管與井壁環(huán)空中的封隔器體顆粒來平衡水平井段沿程壓力損失和流入量的方式實現(xiàn)控水功能。通過連續(xù)封隔體顆粒起到封隔器作用，把水平井段分隔成若干個彼此獨立的流動單元，軸向限流；每個單元通過安裝控流過濾器產(chǎn)生額外附加摩阻，壓力降自動調(diào)節(jié)各段生產(chǎn)流動壓差趨于平衡，徑向限流，從而解決水平井段供液不均衡的問題。控流過濾器通過增加高含水段流動阻力(控流過濾器附加壓差)來限制該段的產(chǎn)水量以實現(xiàn)控水，即是在犧牲小部分產(chǎn)量的基礎上降低產(chǎn)水，從而達到油井的控水目的。

1.2.1 控流過濾器

流體的流動遵循伯努利原理，可通過伯努利方程表述為：

(1)

式中：p—流體中某點的壓強,Pa;v—流體該點的流速，m/s;ρ—流體密度，kg/m3;g—重力加速度，m/s2;h—該點所在高度,m;C— 一個常量。

式(1)可以被表述為式(2)：

(2)

由伯努力方程式(1)可知，流體動態(tài)壓力與靜態(tài)壓力之和為一個恒定的值。當流經(jīng)平板兩側的流體速度存在差異時，則平板兩側的壓力也將存在差值Δp，這個壓力差可促使平板做上下直線運動。

鑒于地層原油及地層水的黏度存在較大差異，則它們流經(jīng)某一孔眼時的流速也將存在不同，以此為依據(jù)設計了浮板式的控流過濾器，如圖2所示。通過流經(jīng)控流過濾器的不同流體黏度的變化控制控流過濾器內(nèi)浮板的上下浮動空間，調(diào)節(jié)控流過濾器的開度大小，起到控水增油的目的。

圖2 控流過濾器結構圖

當高黏度油流經(jīng)控流過濾器時，由于流速較低，增加了浮板上部壓力推動浮板向下移動，增加流道空間，提升油的流量；低黏度水流經(jīng)控流過濾器時，由于流速較高，降低浮板上部壓力，浮板上浮，減小流道空間，阻止水的流過。

為驗證浮板式控流過濾器的流體流量控制效果，開展了不同黏度流體流經(jīng)控流過濾器的油水通過性試驗，得到了流量與壓力損失的實驗數(shù)據(jù)，如表1所示。在相同壓力損失的條件下，油的黏度越高，排量越大，與純水排量比最高達8.5倍。

表1 不同黏度流體的流量與壓力損失關系數(shù)據(jù)表

1.2.2 封隔體顆粒

封隔體顆粒是一種人工合成的低密度陶粒，其表面存在大量活性羥基基團，可通過特殊的表面改性技術改變顆粒表面潤濕性，使顆粒表面獲得疏水親油基團，以達到充填于井筒與完井管柱環(huán)空中的封隔體顆粒孔喉中的毛管力從水相流動的動力變?yōu)樗嗔鲃拥淖枇ΓM一步提高控水增油的效果。

連續(xù)封隔體軸向阻流原理圖如圖3所示。

圖3 連續(xù)封隔體軸向阻流原理圖

連續(xù)封隔體控水技術原理是封隔體顆粒充填于水平段后,產(chǎn)生各向同性的流動阻力，據(jù)達西定律：

(3)

式中：K—滲透率，D；Q—流量,m3/d；L—巖石長度,m；A—巖石截面積,m2；Δp—兩端壓差,MPa；μ—流體黏度,mPa·s。

當高滲出水段的大量地層水沿徑向進入井筒時，流體由地層至篩管距離短、接觸面積大，徑向流動阻力小。但當?shù)貙铀髦梁Y管上安裝的控流過濾器時，由于流速較高，控流過濾器中的浮板結構自適應調(diào)小控流過濾器的開度，增加徑向流動阻力，控制地層水的流量，從而控制井筒的徑向進水[10]，此時大量的水會沿井筒軸向竄流，由于水平段流動單元間距離長、環(huán)空橫截面積小，流體軸向流動阻力大，使得地層流體單元內(nèi)流動得到控制、單元間流動受到抑制，使大量地層水被控制在地層中。通過井下控流過濾器的控流和管柱外顆粒堆積體軸向限制竄流相結合，達到油井控水的目的。

1.3 連續(xù)封隔體控水技術優(yōu)勢

連續(xù)封隔體控水技術相對其他控水技術具有如下優(yōu)勢：

(1)在井筒中建立控水的井身結構過程中，ICD控水篩管可盲配，不需要前期的找水作業(yè)，控水管柱不受出水點個數(shù)的制約。

(2)封隔體顆粒密度低，能充填至管外所有竄槽，實現(xiàn)封隔，取代封隔器，避免封隔器膠筒在高壓條件下刺穿風險的發(fā)生。

(3)在生產(chǎn)過程中，由于連續(xù)封隔體為全水平段充填，當部分水平段出水時，可實現(xiàn)盲堵，不必擔心水平井筒何時出水或出水點個數(shù)的問題。

連續(xù)封隔體控水技術大大減少平臺上的控水防砂修井次數(shù)，降低了開發(fā)生產(chǎn)的成本。

2 砂巖油藏應用及效果評價

2.1 目標井基本情況

N小層是某砂巖油田底水油藏，含油面積2.64 km2，油層厚度10 m左右，該小層孔隙度在24%～29%之間，平均孔隙度26%，滲透率在1 200～3 900 mD之間，平均滲透率2 386 mD，原油密度0.944 t/m3(61 ℃)，油藏地下原油黏度為74 mPa·s。

2019年6月投產(chǎn)1口水平井A，完井方式為在?152.4 mm裸眼中下入?101.6 mm篩管進行礫石充填完井，水平段長度321 m，距離油水界面最近為13.3 m。該井投產(chǎn)后含水率上升較快，2個月后含水上升到99.3%，產(chǎn)液量1 097 m3/d，產(chǎn)油量7 m3/d。

2.2 出水原因分析及對策實施

該井無水采油期短、含水率上升速度快，反映了底水稠油油藏底水錐進的生產(chǎn)特征(油水黏度比200倍左右)，地層非均質(zhì)性較強，導致了A井底水錐進水平段，局部快速見水的問題。

連續(xù)封隔體工藝技術措施：在原有?101.6 mm篩管礫石充填完井管柱中下入?60.3 mm ICD控水篩管26根(含控流過濾器26個)，并在?60.3 mm控水篩管與原有?101.6 mm篩管的環(huán)空充填30～50目的連續(xù)封隔體顆粒，充填排量493 L/min，返出排量360 L/min，充填起始壓力4.1 MPa，充填最高壓力5 MPa，充填結束壓力4 MPa。理論計算環(huán)空容積1.35 m3，實際充填砂量2.28 m3，多充填量0.93 m3，充填率168%。

2.3 控水效果分析

A井連續(xù)封隔體控水措施前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2。A井于2019年9月24日21∶00啟井，無顆粒產(chǎn)出，生產(chǎn)穩(wěn)定。排液5 d后見油，排液7 d后(10月2日)含水率降低到75%，日產(chǎn)油44 m3，截至12月2日，日產(chǎn)液384 m3，日產(chǎn)油21 m3，增加到控水前的3倍，含水率為94.5%，采液指數(shù)降為原來的1/14，相比措施前具有一定的控水增油效果。

表2 A井連續(xù)封隔體控水措施前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3 裂縫性油藏應用及效果評價

南海某油田為典型臺地邊緣礁灰?guī)r油田，底水油藏，地層原油黏度為46.5～29.8 mPa·s，油田內(nèi)部斷層、裂縫發(fā)育，非均質(zhì)性強，表現(xiàn)出明顯的裂縫孔隙雙重介質(zhì)特征，儲集層巖性及儲集空間發(fā)育情況復雜，油水運動規(guī)律也十分復雜。

3.1 目標井基本情況

B井為一口側鉆水平井，完鉆斜深2 015 m、垂深1 235.6 m，采用?215.9 mm井眼裸眼完井，裸眼井段為1 440～2 015 m，共計575 m，生產(chǎn)層位B1/B3層。該井于2013年8月5日投產(chǎn)，初始計量產(chǎn)液1 638 m3/d、產(chǎn)油230 m3/d、含水率為86%。

B井2015年12月24日因高含水關停，關停前計量產(chǎn)液1 410 m3/d，含水99.44%，產(chǎn)油量僅有8 m3/d，開井生產(chǎn)已不具有經(jīng)濟性，該井主要生產(chǎn)層位為B3層，剩余可采儲量大，其井位附近剩余油飽和度高。該井水平井段非均質(zhì)性強，且裂縫集中發(fā)育，存在部分井段見水，抑制原油產(chǎn)出的可能。

3.2 出水原因分析及對策實施

B井生產(chǎn)的B1/B3層為裂縫-基質(zhì)雙重介質(zhì)，裂縫尺寸差異較大，產(chǎn)液能力以裂縫導流為主、基質(zhì)導流為輔。在無水采油期，由于寬縫流量高，窄縫流量低，導致油水前緣推進速度存在較大差異；生產(chǎn)一段時間后，油井見水，由于寬縫流量高，油水前緣推進速度快，已到井筒，導致寬縫產(chǎn)水，窄縫流量低，油水前緣推進速度慢，距井筒仍有一段距離，導致窄縫仍然產(chǎn)油，油井見水后，地層水沿流動阻力小的寬縫大量流入井筒，造成該井的含水率迅速升高。

連續(xù)封隔體工藝技術措施：主要針對1 440～2 015 m裸眼生產(chǎn)層段。下入?139.7 mm ICD控水篩管48根(含控流過濾器48個)，泵入30～50目的封隔體顆粒12.7 m3。當封隔體顆粒進入裂縫，將滲流類型由裂縫導流變?yōu)轭w粒的達西流，使得寬縫流量下降倍數(shù)遠大于窄縫流量下降倍數(shù)，對寬縫產(chǎn)水段的高流量抑制作用強，對窄縫產(chǎn)油段的低流量抑制作用弱，最終導致含水率降低。

3.3 控水效果分析

B井連續(xù)封隔體控水措施前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表3所示。2017年1月8日至19日對B井進行了連續(xù)封隔體技術控水完井作業(yè)，1月21日修井復產(chǎn)，產(chǎn)油量由8 m3/d增加到19 m3/d，增加到控水前的2.38倍，含水率由之前的99.44%降低為98.13%，相比措施前仍然具有一定的控水增油效果。

表3 B井連續(xù)封隔體控水措施前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

由于封隔體進入裂縫，導致地層對油和水的流動阻力存在不同程度的提高。措施后，裂縫被顆粒充填，導致滲流由裂縫縫流變成了封隔體顆粒孔隙中的達西流，封隔體的孔隙流的流量較裂縫流小很多。封隔體進入裂縫和控水篩管的回壓作用對產(chǎn)油段和產(chǎn)水段產(chǎn)生不同的流動阻力，導致油、水生產(chǎn)指數(shù)趨勢發(fā)生不同程度的變化，起到控水增油的效果。

3.4 連續(xù)封隔體控水技術統(tǒng)計

連續(xù)封隔體控水作業(yè)統(tǒng)計如表4所示。2017年至今，封隔體控水技術在海上油田新增調(diào)整井應用12井次，累計增油10×104m3以上，降水超過10×106m3，投入產(chǎn)出比高達1∶10以上，工藝實施成功率100%，增油成功率和降水成功率均高于90%，總體控水增油效果好。針對裂縫性油藏，連續(xù)封隔體充填至地層裂縫，導致地層對油和對水的流動阻力存在不同程度的提高，實現(xiàn)封隔體多層次雙維度控水工藝；針對砂巖油藏，連續(xù)封隔體充填至井筒與完井管柱的環(huán)空，實現(xiàn)控水防砂多目標一次性完成。

表4 連續(xù)封隔體控水作業(yè)統(tǒng)計表

4 結論

(1)浮板式控流過濾器可根據(jù)地層流體的實際流入情況，自適應調(diào)節(jié)其開度的大小;通過產(chǎn)生額外附加壓力降，自動調(diào)節(jié)各段產(chǎn)出剖面，從而解決水平井段供液不均衡的問題。

(2)封隔體顆粒充填于水平段后產(chǎn)生各向同性的流動阻力，可通過特殊的表面改性技術改變顆粒表面潤濕性，使封隔體顆粒孔喉中的毛管力從水相流動的動力變?yōu)樗嗔鲃拥淖枇ΓM一步提高控水增油的效果。

(3)采用ICD控水篩管和連續(xù)封隔體控水技術對地層出水進行動態(tài)控制，任何位置出水都可自動控水，可實現(xiàn)盲堵，不必擔心水平井筒何時出水或出水點個數(shù)的問題，具有更高的控水增油效率。

(4)現(xiàn)場應用結果表明，連續(xù)封隔體控水技術在裂縫性油藏和砂巖油藏中具有較好的控水增油效果；在海上油田降本增效需求日益增加的情況下，連續(xù)封隔體控水技術為海上油田的穩(wěn)油控水提供新的技術支持，具有廣闊的應用前景。