海上新型復(fù)合完井控水技術(shù)及應(yīng)用

郭明龍，劉鵬飛，李 進(jìn)，趙克賢，陳廣新

(1.中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300459； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300459)

渤海油田開(kāi)發(fā)已進(jìn)入中后期階段，“雙高”問(wèn)題已日益嚴(yán)重，一些油田的含水率已經(jīng)超過(guò)了98%，處于高含水開(kāi)采階段[1-2]。由于地層非均質(zhì)性、邊底水錐進(jìn)等原因，部分新井的含水率迅速上升，單井低含水階段的時(shí)間顯著縮短，導(dǎo)致單井生命周期較短，大量剩余油仍然留存在油層中，進(jìn)而降低了區(qū)塊的采收率和單井的經(jīng)濟(jì)效益[3-4]。

1 水平井控水機(jī)理

1.1 油井見(jiàn)水原因

水平井見(jiàn)水后，綜合含水率通常會(huì)快速上升，造成邊底水的過(guò)早錐進(jìn)，很大程度上制約了應(yīng)有的開(kāi)采效益。導(dǎo)致底水過(guò)早錐進(jìn)的因素很多，既有油藏地質(zhì)等方面的自然因素，也有生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)制度和措施不當(dāng)?shù)娜藶橐蛩?，總體上主要包括以下四個(gè)方面：

1)油氣藏的非均質(zhì)性

如圖1所示，同一水平段內(nèi)，油藏孔隙度、滲透率等參數(shù)也存在較大差異，邊底水很容易在壓降最小的地方形成指進(jìn)。隨著開(kāi)采進(jìn)度的不斷推進(jìn)，油井含水率迅速上升，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致油井關(guān)停，甚至報(bào)廢。

圖1 儲(chǔ)層非均質(zhì)性與水錐突進(jìn)動(dòng)態(tài)模擬

2)夾層

夾層會(huì)影響地層水的錐進(jìn)路徑，從而減緩水體的錐進(jìn)速度。當(dāng)儲(chǔ)層中存在夾層時(shí)，水體錐進(jìn)速度明顯變慢。數(shù)值模擬表明，在物性較好、原油黏度高的油藏中，無(wú)夾層儲(chǔ)層無(wú)水采油期多為3～6個(gè)月；而當(dāng)油藏存在 100 m 規(guī)模的夾層時(shí)，無(wú)水期將延遲1年，并且無(wú)水采出程度可以大幅度提高，如圖2所示。

圖2 夾層與無(wú)夾層條件下水錐形成物理模擬

3)跟趾效應(yīng)

水平井見(jiàn)水后，隨著高滲流體的突進(jìn)，跟趾效應(yīng)日益明顯。跟趾效應(yīng)的本質(zhì)是井筒內(nèi)的流體產(chǎn)生的摩阻、流體撞擊井壁產(chǎn)生回壓力等綜合效應(yīng)造成井筒內(nèi)根部、趾部壓力不一致而形成根部水錐的現(xiàn)象，從而影響水平井開(kāi)采效益[5]。

4)人為因素

①各種工作液造成儲(chǔ)層污染；②酸化、壓裂等措施造成油層裂縫從而發(fā)生的后期水串；③開(kāi)發(fā)方案和開(kāi)采措施不當(dāng)，如采油速度過(guò)快等；④鉆井軌跡控制不當(dāng)，造成的井筒圍巖物性或與油水界面距離不均。

1.2 水平井出水類(lèi)型及相應(yīng)控水思路

水平井由于油藏地質(zhì)等方面的自然因素，以及生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)制度和措施不當(dāng)?shù)娜藶橐蛩?，從而出水?dòng)態(tài)的差異，總體上水平井出水類(lèi)型可歸納為四種：

1)點(diǎn)狀高產(chǎn)水型：個(gè)別井段高產(chǎn)水，導(dǎo)致單井綜合含水率高，多出現(xiàn)與裂縫發(fā)育成熟的地層?？厮y度相對(duì)不大，控水對(duì)策為單點(diǎn)壓制。

2)段狀高產(chǎn)水型：局部井段高產(chǎn)水，導(dǎo)致單井綜合含水率高?？厮y度相對(duì)大，控水對(duì)策為高產(chǎn)水段壓制。

3)線(xiàn)狀式低產(chǎn)水型：個(gè)別井段高產(chǎn)油，其余段均產(chǎn)水，導(dǎo)致單井綜合含水率高?？厮y度相對(duì)較大，控水對(duì)策為高產(chǎn)油段挖潛。

4)整體性混合型：各段含水量相差不大，控水難度大。

2 新型復(fù)合型完井控水技術(shù)介紹

2.1 常規(guī)控水技術(shù)

水平井控水完井技術(shù)已經(jīng)成為水平井開(kāi)發(fā)中極其重要的技術(shù)手段之一。在鉆井階段，由于客觀地質(zhì)及技術(shù)條件的限制，現(xiàn)有手段在控水方面存在較大限制。而在完井階段，根據(jù)油藏驅(qū)動(dòng)機(jī)理，可以對(duì)管柱進(jìn)行相應(yīng)的處理控制，延緩見(jiàn)水生產(chǎn)時(shí)間，最大程度的保證水平井各個(gè)井段能夠均衡生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)效益最大化。目前常規(guī)控水工藝如圖3所示。

1)分段變密度射孔控水技術(shù)

1)分段變密度射孔控水技術(shù)

分段變密度射孔控水技術(shù)可根據(jù)油藏非均質(zhì)性的變化，通過(guò)理論模型并結(jié)合射孔優(yōu)化軟件，優(yōu)化射孔孔密，平衡不同單元段的入井流量，延緩見(jiàn)水生產(chǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)效益最大化[6]。

2)中心管控水技術(shù)

中心管控水技術(shù)通過(guò)在插入在生產(chǎn)管柱中的中心管，將原水平段內(nèi)的井眼流動(dòng)形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哿鲃?dòng)、環(huán)空流動(dòng)和中心管流動(dòng)3個(gè)流動(dòng)狀態(tài)，從而增加水平段局部摩阻，從而達(dá)到平衡局部生產(chǎn)壓差的目的，降低主產(chǎn)液井段產(chǎn)液能力，增加低產(chǎn)液井段產(chǎn)液能力，還可通過(guò)分倉(cāng)處理對(duì)不同井段進(jìn)行精細(xì)化管理，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)控水目標(biāo)[7-8]。

3)ICD/AICD控水技術(shù)

ICD/AICD控水技術(shù)通過(guò)對(duì)其內(nèi)部流道進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，使井底流體通過(guò)時(shí)低黏度流體的摩阻增大，減少低黏度流體進(jìn)入生產(chǎn)管柱，從而達(dá)到規(guī)范流體流動(dòng)、平衡水平井水平段流量的目的[9]，進(jìn)而延遲水平井中水錐或氣錐的發(fā)生時(shí)間，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水的目的。

以上控水工藝均在海上得到應(yīng)用實(shí)踐，但后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分井的控水效果未達(dá)到預(yù)期效果。通過(guò)對(duì)不同控水工藝的原理及應(yīng)用效果進(jìn)行整理總結(jié)，發(fā)現(xiàn)單項(xiàng)工藝的控水效果有限。例如，控水周期有限、后期控水調(diào)整困難等缺陷，不能滿(mǎn)足生產(chǎn)控水需求。

2.2 新型復(fù)合型完井控水技術(shù)

綜合考慮現(xiàn)有控水工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)海上現(xiàn)有控水措施及管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性?xún)?yōu)化，推出了新型復(fù)合型完井控水技術(shù)。該技術(shù)集成了現(xiàn)有多種完井控水工藝技術(shù)，通過(guò)采用優(yōu)質(zhì)控水工具與分隔技術(shù)來(lái)提高水平井的生產(chǎn)壽命，較單一控水工藝具有更好的控水效果。

結(jié)合油藏?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)水平井出水機(jī)理進(jìn)行分析，以“二次分段”與“增油減水”為主要控水思路，最終形成了一套以“封隔器+變密度篩管/ICD篩管+盲管+密封筒+中心管”為基礎(chǔ)的新型復(fù)合型完井控水方案，如圖4所示。該工藝具有如下特點(diǎn)。

圖4 新型復(fù)合型完井控水工藝

1)變密度篩管/ICD分段完井可以平衡地層非均質(zhì)性，壓制水錐；2)中心管改變井筒壓差分布，降低跟趾效應(yīng)；3)中心管帶孔點(diǎn)放置于高井軌跡點(diǎn)，延遲水淹時(shí)間；4)盲管起到人造“泥巖夾層”作用，改變水運(yùn)移線(xiàn)路，延緩水淹時(shí)間；5)內(nèi)層預(yù)留密封筒，一層控水失效后啟用二層封隔控水。

2.3 控水工具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

新型復(fù)合型完井控水技術(shù)不僅體現(xiàn)于工藝上的創(chuàng)新，其所采用的控水工具結(jié)構(gòu)、性能也同樣突出。正基于功能可靠、應(yīng)用成熟的控水裝置，為生產(chǎn)井造穩(wěn)油控水提供了基礎(chǔ)條件。

1)變密度星孔篩管

分段變密度射孔具有良好的控水效果，但渤海水平井多為裸眼井，不需要射孔作業(yè)，根據(jù)變密度射孔控水原理，水平井裸眼中采用變密度篩管，通過(guò)調(diào)整篩管孔眼孔密(如圖5所示)，達(dá)到相同用的控水效果[10]。

圖5 優(yōu)質(zhì)星孔變密度篩管變密度分布

星孔篩管節(jié)流機(jī)理主要是利用積砂原理，流體流動(dòng)為滲流和徑向流狀態(tài)，同時(shí)能夠在較小流量狀態(tài)下產(chǎn)生較大附加壓降，適宜于低產(chǎn)能低流量出砂油井穩(wěn)油控水。不同孔密的星孔篩管，可根據(jù)油藏非均質(zhì)性的變化，優(yōu)選水平段篩管孔密，利用來(lái)調(diào)節(jié)不同部位的壓差節(jié)流，調(diào)整井產(chǎn)液剖面。

2)STARSE-ICD控水工具

ICD控水機(jī)理主要是通過(guò)節(jié)流孔調(diào)節(jié)流體流動(dòng)為管流狀態(tài)，需要較大流量才能下產(chǎn)生一定附加壓降，適宜于較高產(chǎn)能流量油井穩(wěn)油控水。STARSE-ICD工具在常規(guī)ICD工具基礎(chǔ)上做出了針對(duì)流道規(guī)劃及限流機(jī)理進(jìn)行了升級(jí)優(yōu)化。

如圖6所示，STARSE-ICD主要由支撐導(dǎo)流盤(pán)、可旋轉(zhuǎn)的均衡盤(pán)、鎖緊及密封裝置組成。其中，內(nèi)部流通路徑結(jié)構(gòu)可分為環(huán)形過(guò)流槽、長(zhǎng)導(dǎo)管以及節(jié)流孔。流體先通過(guò)導(dǎo)流盤(pán)交錯(cuò)排列的環(huán)形過(guò)流槽產(chǎn)生1級(jí)壓降，再通過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)管產(chǎn)生2級(jí)壓降，最后通過(guò)流動(dòng)孔口的開(kāi)啟個(gè)數(shù)來(lái)產(chǎn)生3級(jí)壓降，從而產(chǎn)生三級(jí)附加流動(dòng)阻力，從而實(shí)現(xiàn)控水目標(biāo)。

圖6 STARSE-ICD流量控制三級(jí)壓降結(jié)構(gòu)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 選井標(biāo)準(zhǔn)與基本境況

為驗(yàn)證新型復(fù)合型完井控水技術(shù)在的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，選取了D45H井進(jìn)行控水效果評(píng)價(jià)。該井開(kāi)發(fā)層位均位于館陶組，油層平均含水率92.3%，設(shè)計(jì)垂深為 1497 m，水平段長(zhǎng)度為 356 m；井位位于油藏邊部，水平段底部有夾層分布，避水高度 11 m，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，滲透率為1～4000 mD，屬中高孔、中高滲儲(chǔ)層；水平段含油飽和度不均，且單砂層厚度較小，井眼軌跡靠近油水界面，易造成的底水錐進(jìn)底，水淹概率較大。

D45H井水平段隨鉆測(cè)井結(jié)果如圖7所示，水平段油藏孔隙度為3%～38%，平均26%，滲透率為10～880 mD，平均 131 mD，儲(chǔ)層物性為中孔中滲儲(chǔ)層。同時(shí)，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性較強(qiáng)，其中水平段前段及中后段為相對(duì)高滲透段，且水平段前段為低井軌跡段，水淹可能性較大。

圖7 D45H井測(cè)井解釋與物性特征

對(duì)水平段出水主控因素分析：

1)儲(chǔ)層非均質(zhì)性。水平段前段與中后段為相對(duì)高滲透段，水錐易形成段。

2)井眼軌跡。水平段中前段井軌跡較低，避水高度相對(duì)較低，容易發(fā)生水淹。

3)跟趾效應(yīng)造成水平井根部易先見(jiàn)水。

3.2 新型復(fù)合型完井控水工藝設(shè)計(jì)

D45H井新型復(fù)合型ICD完井控水思路及措施：

1)防砂管柱中設(shè)計(jì)下入2個(gè)遇油膨脹封隔器，建立三個(gè)壓力倉(cāng)，通過(guò)ICD控制不同壓力倉(cāng)流量，平衡地層非均質(zhì)性，同時(shí)下入2個(gè)密封筒為采油后期分段控水提供預(yù)留手段。

2)水平段前段2095～2130 m 井軌跡低且滲透率高，是重點(diǎn)控制的井段；水平段中后段2320～2400 m，滲透率高，但同時(shí)井軌跡也較高，應(yīng)適當(dāng)壓制。

3)改變井筒壓力分布，將中心管的帶孔管位置前移至中部高井軌跡+低滲透段，避開(kāi)跟部易見(jiàn)水區(qū)域，降低前后壓差，延緩水淹時(shí)間，減少帶孔管附近抽吸力大的危害。

4)帶孔管位置設(shè)置盲管，人為制造“夾層”效應(yīng)，減緩水錐，同時(shí)降低了流體對(duì)帶孔管位置沖蝕，降低孔管抽吸力大的危害。

綜合以上因素分析，D45H井采用“封隔器+ICD+盲管+密封筒+中心管”復(fù)合控水方案，如圖8所示。油藏?cái)?shù)值模擬顯示，采用該控水方案后，可以在滿(mǎn)足產(chǎn)能要求同時(shí)，使不均質(zhì)儲(chǔ)層水平井段流量趨于相對(duì)平衡，從而達(dá)到有效控制水錐局部突進(jìn)的目的。

圖8 D45H井井身結(jié)構(gòu)及復(fù)合控水方案設(shè)計(jì)圖

3.3 生產(chǎn)及控水效果分析

D45H井按如上設(shè)計(jì)完成復(fù)合控水完井作業(yè)后開(kāi)始投產(chǎn)，投產(chǎn)第一年內(nèi)平均日產(chǎn)液為 60 m3/d，日產(chǎn)油 48 m3/d，達(dá)到了鉆前配產(chǎn)目標(biāo)；投產(chǎn)4個(gè)月內(nèi)平均含水率為18%，低于鉆前設(shè)計(jì)含水率20%～60%；投產(chǎn)一年內(nèi)平均含水率僅為21%，且長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。

D15H井為D45H同層位鄰井，且投產(chǎn)時(shí)間較D45H井提前7年，如圖9所示。D15H井油藏條件優(yōu)秀，初期產(chǎn)量較高且含水率低于1%，但由于未考慮防水措施，含水率在一年內(nèi)迅速突破至80%，導(dǎo)致后期油井水淹，產(chǎn)量下降。相較于D15H井，D45H井在應(yīng)用復(fù)合控水完井技術(shù)后，含水率能長(zhǎng)時(shí)間維持低水平，在側(cè)面印證了該技術(shù)的實(shí)用性。

圖9 D45H與D15H井投產(chǎn)一年內(nèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

1)通過(guò)研究現(xiàn)有控水技術(shù)及出水原理，結(jié)合油藏具體情況進(jìn)行針對(duì)性?xún)?yōu)化，形成了一套集成多種控水方式及工具的新型復(fù)合完井控水技術(shù)，可以滿(mǎn)足海上控水作業(yè)需求。

2)復(fù)合型完井控水技術(shù)具有非同單一常規(guī)控水工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)變密度篩管、中心管、ICD/AICD、分層分倉(cāng)等工藝，從早期平衡各段產(chǎn)液及優(yōu)化井筒壓降，到后期的抑制高含水段產(chǎn)液量，實(shí)現(xiàn)了控水工藝突破和全壽命控水的理念。

3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果，結(jié)合鄰井生產(chǎn)數(shù)據(jù)比對(duì)，證明了復(fù)合型完井控水技術(shù)可以有效延緩水錐突進(jìn)，降低跟趾效應(yīng)，為“雙高”油田的持續(xù)性開(kāi)發(fā)提供了新思路。