海上新型復合完井控水技術及應用

郭明龍，劉鵬飛，李 進，趙克賢，陳廣新

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

渤海油田開發已進入中后期階段，“雙高”問題已日益嚴重，一些油田的含水率已經超過了98%，處于高含水開采階段[1-2]。由于地層非均質性、邊底水錐進等原因，部分新井的含水率迅速上升，單井低含水階段的時間顯著縮短，導致單井生命周期較短，大量剩余油仍然留存在油層中，進而降低了區塊的采收率和單井的經濟效益[3-4]。

1 水平井控水機理

1.1 油井見水原因

水平井見水后，綜合含水率通常會快速上升，造成邊底水的過早錐進，很大程度上制約了應有的開采效益。導致底水過早錐進的因素很多，既有油藏地質等方面的自然因素，也有生產過程中生產制度和措施不當的人為因素，總體上主要包括以下四個方面：

1)油氣藏的非均質性

如圖1所示，同一水平段內，油藏孔隙度、滲透率等參數也存在較大差異，邊底水很容易在壓降最小的地方形成指進。隨著開采進度的不斷推進，油井含水率迅速上升，嚴重的情況下會導致油井關停，甚至報廢。

圖1 儲層非均質性與水錐突進動態模擬

2)夾層

夾層會影響地層水的錐進路徑，從而減緩水體的錐進速度。當儲層中存在夾層時，水體錐進速度明顯變慢。數值模擬表明，在物性較好、原油黏度高的油藏中，無夾層儲層無水采油期多為3～6個月；而當油藏存在 100 m 規模的夾層時，無水期將延遲1年，并且無水采出程度可以大幅度提高，如圖2所示。

圖2 夾層與無夾層條件下水錐形成物理模擬

3)跟趾效應

水平井見水后，隨著高滲流體的突進，跟趾效應日益明顯。跟趾效應的本質是井筒內的流體產生的摩阻、流體撞擊井壁產生回壓力等綜合效應造成井筒內根部、趾部壓力不一致而形成根部水錐的現象，從而影響水平井開采效益[5]。

4)人為因素

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

1.2 水平井出水類型及相應控水思路

水平井由于油藏地質等方面的自然因素，以及生產過程中生產制度和措施不當的人為因素，從而出水動態的差異，總體上水平井出水類型可歸納為四種：

1)點狀高產水型：個別井段高產水，導致單井綜合含水率高，多出現與裂縫發育成熟的地層。控水難度相對不大，控水對策為單點壓制。

2)段狀高產水型：局部井段高產水，導致單井綜合含水率高。控水難度相對大，控水對策為高產水段壓制。

3)線狀式低產水型：個別井段高產油，其余段均產水，導致單井綜合含水率高。控水難度相對較大，控水對策為高產油段挖潛。

4)整體性混合型：各段含水量相差不大，控水難度大。

2 新型復合型完井控水技術介紹

2.1 常規控水技術

水平井控水完井技術已經成為水平井開發中極其重要的技術手段之一。在鉆井階段，由于客觀地質及技術條件的限制，現有手段在控水方面存在較大限制。而在完井階段，根據油藏驅動機理，可以對管柱進行相應的處理控制，延緩見水生產時間，最大程度的保證水平井各個井段能夠均衡生產，實現效益最大化。目前常規控水工藝如圖3所示。

1)分段變密度射孔控水技術

1)分段變密度射孔控水技術

分段變密度射孔控水技術可根據油藏非均質性的變化，通過理論模型并結合射孔優化軟件，優化射孔孔密，平衡不同單元段的入井流量，延緩見水生產時間，實現效益最大化[6]。

2)中心管控水技術

中心管控水技術通過在插入在生產管柱中的中心管，將原水平段內的井眼流動形態轉變為井眼流動、環空流動和中心管流動3個流動狀態，從而增加水平段局部摩阻，從而達到平衡局部生產壓差的目的，降低主產液井段產液能力，增加低產液井段產液能力，還可通過分倉處理對不同井段進行精細化管理，進一步實現控水目標[7-8]。

3)ICD/AICD控水技術

ICD/AICD控水技術通過對其內部流道進行特殊設計，使井底流體通過時低黏度流體的摩阻增大，減少低黏度流體進入生產管柱，從而達到規范流體流動、平衡水平井水平段流量的目的[9]，進而延遲水平井中水錐或氣錐的發生時間，實現穩油控水的目的。

以上控水工藝均在海上得到應用實踐，但后續生產過程中發現部分井的控水效果未達到預期效果。通過對不同控水工藝的原理及應用效果進行整理總結，發現單項工藝的控水效果有限。例如，控水周期有限、后期控水調整困難等缺陷，不能滿足生產控水需求。

2.2 新型復合型完井控水技術

綜合考慮現有控水工藝的優缺點，針對海上現有控水措施及管柱結構進行針對性優化，推出了新型復合型完井控水技術。該技術集成了現有多種完井控水工藝技術，通過采用優質控水工具與分隔技術來提高水平井的生產壽命，較單一控水工藝具有更好的控水效果。

結合油藏數據，通過對水平井出水機理進行分析，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”為基礎的新型復合型完井控水方案，如圖4所示。該工藝具有如下特點。

圖4 新型復合型完井控水工藝

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

2.3 控水工具結構特點

新型復合型完井控水技術不僅體現于工藝上的創新，其所采用的控水工具結構、性能也同樣突出。正基于功能可靠、應用成熟的控水裝置，為生產井造穩油控水提供了基礎條件。

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，根據變密度射孔控水原理，水平井裸眼中采用變密度篩管，通過調整篩管孔眼孔密(如圖5所示)，達到相同用的控水效果[10]。

圖5 優質星孔變密度篩管變密度分布

星孔篩管節流機理主要是利用積砂原理，流體流動為滲流和徑向流狀態，同時能夠在較小流量狀態下產生較大附加壓降，適宜于低產能低流量出砂油井穩油控水。不同孔密的星孔篩管，可根據油藏非均質性的變化，優選水平段篩管孔密，利用來調節不同部位的壓差節流，調整井產液剖面。

2)STARSE-ICD控水工具

ICD控水機理主要是通過節流孔調節流體流動為管流狀態，需要較大流量才能下產生一定附加壓降，適宜于較高產能流量油井穩油控水。STARSE-ICD工具在常規ICD工具基礎上做出了針對流道規劃及限流機理進行了升級優化。

如圖6所示，STARSE-ICD主要由支撐導流盤、可旋轉的均衡盤、鎖緊及密封裝置組成。其中，內部流通路徑結構可分為環形過流槽、長導管以及節流孔。流體先通過導流盤交錯排列的環形過流槽產生1級壓降，再通過長導管產生2級壓降，最后通過流動孔口的開啟個數來產生3級壓降，從而產生三級附加流動阻力，從而實現控水目標。

圖6 STARSE-ICD流量控制三級壓降結構

3 現場應用

3.1 選井標準與基本境況

為驗證新型復合型完井控水技術在的現場應用效果，選取了D45H井進行控水效果評價。該井開發層位均位于館陶組，油層平均含水率92.3%，設計垂深為 1497 m，水平段長度為 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，儲層非均質性較強，滲透率為1～4000 mD，屬中高孔、中高滲儲層；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，易造成的底水錐進底，水淹概率較大。

D45H井水平段隨鉆測井結果如圖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，儲層物性為中孔中滲儲層。同時，儲層的非均質性較強，其中水平段前段及中后段為相對高滲透段，且水平段前段為低井軌跡段，水淹可能性較大。

圖7 D45H井測井解釋與物性特征

對水平段出水主控因素分析：

1)儲層非均質性。水平段前段與中后段為相對高滲透段，水錐易形成段。

2)井眼軌跡。水平段中前段井軌跡較低，避水高度相對較低，容易發生水淹。

3)跟趾效應造成水平井根部易先見水。

3.2 新型復合型完井控水工藝設計

D45H井新型復合型ICD完井控水思路及措施：

1)防砂管柱中設計下入2個遇油膨脹封隔器，建立三個壓力倉，通過ICD控制不同壓力倉流量，平衡地層非均質性，同時下入2個密封筒為采油后期分段控水提供預留手段。

2)水平段前段2095～2130 m 井軌跡低且滲透率高，是重點控制的井段；水平段中后段2320～2400 m，滲透率高，但同時井軌跡也較高，應適當壓制。

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，避開跟部易見水區域，降低前后壓差，延緩水淹時間，減少帶孔管附近抽吸力大的危害。

4)帶孔管位置設置盲管，人為制造“夾層”效應，減緩水錐，同時降低了流體對帶孔管位置沖蝕，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”復合控水方案，如圖8所示。油藏數值模擬顯示，采用該控水方案后，可以在滿足產能要求同時，使不均質儲層水平井段流量趨于相對平衡，從而達到有效控制水錐局部突進的目的。

圖8 D45H井井身結構及復合控水方案設計圖

3.3 生產及控水效果分析

D45H井按如上設計完成復合控水完井作業后開始投產，投產第一年內平均日產液為 60 m3/d，日產油 48 m3/d，達到了鉆前配產目標；投產4個月內平均含水率為18%，低于鉆前設計含水率20%～60%；投產一年內平均含水率僅為21%，且長時間內保持穩定。

D15H井為D45H同層位鄰井，且投產時間較D45H井提前7年，如圖9所示。D15H井油藏條件優秀，初期產量較高且含水率低于1%，但由于未考慮防水措施，含水率在一年內迅速突破至80%，導致后期油井水淹，產量下降。相較于D15H井，D45H井在應用復合控水完井技術后，含水率能長時間維持低水平，在側面印證了該技術的實用性。

圖9 D45H與D15H井投產一年內生產數據

4 結論

1)通過研究現有控水技術及出水原理，結合油藏具體情況進行針對性優化，形成了一套集成多種控水方式及工具的新型復合完井控水技術，可以滿足海上控水作業需求。

2)復合型完井控水技術具有非同單一常規控水工藝的技術優勢，通過變密度篩管、中心管、ICD/AICD、分層分倉等工藝，從早期平衡各段產液及優化井筒壓降，到后期的抑制高含水段產液量，實現了控水工藝突破和全壽命控水的理念。

3)通過現場應用結果，結合鄰井生產數據比對，證明了復合型完井控水技術可以有效延緩水錐突進，降低跟趾效應，為“雙高”油田的持續性開發提供了新思路。