几种控水技术在南海W油田水平井完井中的应用效果_刘婕.pdf

2023 年 第 4 期 化学工程与装备 2023 年 4 月 Chemical Engineering&Equipment 121 几种控水技术在南海 W 油田水平井 完井中的应用效果 几种控水技术在南海 W 油田水平井 完井中的应用效果 刘 婕，张贺举，秦圆明，程宝庆，杨 坚（中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司研究中心，广东 湛江 524057）摘 要：摘 要：针对 W 油田 Z 油组 A1H1 井进行控水措施研究，利用数值模拟技术进行了 ICD 完井、中心管完井和 DWS 油水同采等控水技术的优化研究并对控水效果进行了比较分析，分析结果表明：采用油水同采技术控水效果较其他技术更明显，更加适用于类似于 W 油田这种储层厚度薄、底水能量大的薄层底水油藏。该研究为高含水底水油藏的开发及控水技术推广提供了技术支持。关键词：关键词：控水技术；数值模拟；ICD 完井技术；中心管完井技术；DWS 油水同采技术 1 概 述 1 概 述 W 油田位于南海某盆地，是在基底隆起基础上发育的低幅披覆背斜构造，构造形态完整、幅度平缓，受张扭应力场的作用形成了一系列雁行排列的中小规模的断层，纵向上构造两翼的倾角下陡上缓，具有明显的继承性，南西西翼产状较缓，北东东翼产状较陡，圈闭自上而下闭合幅度和圈闭面积均变大。油田的含油范围内断层不发育，分布主要集中在构造西部，圈闭内部断层极少。随着 W 油田的持续开发，其综合含水率已接近 80%，主力油组均为采出程度较高，含水较高的开发现状，如何控水稳油、增储上产成为当务之急。Z 油组位于 W 油田 ZJ 组一段中下部，是以细砂岩为主的特高孔高渗储层，其地层对比性较好，为典型的薄油层底水油藏，砂体连续稳定发育，储层中局部分布钙质夹层。Z油组是一种特殊的底水油藏，其砂体厚度（5.9m19.8m）相较于数千米的延伸长度来说要小得多，整体类似于平面二维流动的几何规模，而流动形态却表现为以底水水锥为主的三维形态。其主要地质特征表现在：储层物性好，油层厚度薄，底水能量大。存在开采较困难、经济效益不好等问题。此次研究目标 A1H1 井位于 Z 油组构造高部位，采用水平井开发。2 水平井控水技术的研究应用 2 水平井控水技术的研究应用 W 油田 Z 油组为底水油藏，储层厚度薄、水体大，天然能量充足，开发中面临的最突出的问题是如何防止和抑制底水锥进。本次研究针对其特点主要采用了在国内外油田现场应用效果较好的三种完井控水技术，并根据 W 油田 Z 油组的实际地质油藏情况，结合油藏数值模拟技术，分别把这三种完井控水技术和常规完井技术的开发效果进行了对比分析，选择了最适合 W 油田实际生产情况的控水技术。2.1 ICD 控水完井技术研究 近年来，井下流量平衡器（即 ICD 控水完井技术）在全球范围内数百口井的开发过程中成功应用，这项技术主要是通过抑制高渗透段，同时提高低渗透段流量来实现水平井的流动剖面均衡生产。目前常用的 ICD 类型有孔板（喷头）型和螺线孔道型，本次研究采用的是喷嘴型。ICD 控水完井技术的基本工作原理是根据油藏条件设置各流入控制装置，使节流装置的沿程压力损失与各井段原始井底流压差相匹配，从而平衡沿水平段的压力损失使储层井筒砂面压力近似相等，剖面线平直，得到储层沿水平井井筒近似均匀的流入剖面。ICD 应用基本设计主要包括水平段被分隔的段数、ICD设计下入长度、ICD 的用量等几个方面。水平段被分隔的段数与长度由渗透率各向异性决定，封隔器位置则根据渗透率变化曲线确定，一般情况下 ICD 的下入长度与水平段一致。通过对 A1H1 井水平段渗透率分布的分析研究，决定将其分隔为 3 段，每个 ICD 单元由单个 ICD 和筛管构成，每个被分隔的井段中都由 1 个 ICD 单元（基管单根）组成，即本次研究需采用 3 个 ICD。图 1 ICD 技术完井和常规技术完井剩余油 饱和度分布对比图 图 1 ICD 技术完井和常规技术完井剩余油 饱和度分布对比图 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.008122 刘 婕：几种控水技术在南海 W 油田水平井完井中的应用效果 从数值模拟结果的剩余油饱和度分布对比图可以看出（图 1），采用常规完井技术，水平井趾部水锥突进很快，水淹程度高；采用 ICD 完井技术，控制高渗区域水锥突进时间和速度，控水效果较明显。2.2 中心管控水技术研究 Brekke&Lien（NorskHydro，挪威能源和铝业集团）于 20 世纪 90 年代初首次提出了中心管控水完井技术。此技术的实施方法是将中心管插入筛管，以达到平衡水平井段生产压差，减缓底水锥进的效果。实际应用结果表明，中心管技术可有效延长无水采油期，减缓含水上升速度，从而提高开发效果和经济效益。其控水原理是在筛管、尾管或射孔完井的基础上，将一根小口径油管下挂在水平段下，并伸入水平完井段一定长度，通过使用封隔器封堵小油管和套管之间的环形空间，从而改变水平井根端的液体流动方向。中心管把实际的入液口由跟部移至水平井中部，是常规水平井达到双分支井的流动效果，从而降低了流动摩阻，减轻了跟部的底水锥进，采用中心管控水技术后，砂面压力剖面和井筒流入剖面有明显变缓的趋势。根据数值模拟结果（图 2）来看，在油田生产中后期使用中心管控水完井技术后，含水率略有下降，控水效果一般。图 2 中心管技术完井和常规技术完井 剩余油饱和度分布对比图 图 2 中心管技术完井和常规技术完井 剩余油饱和度分布对比图 2.3 DWS 油水同采技术研究 加拿大工程师于 1991 年首先研究提出了油水同采技术，并已应用于北美和加拿大西部等地的多口油井的开发生产中。针对底水油藏，采用的主要是分采回注完井方式。现场试验结果表明，该技术的应用可使地面采水量减少 85%97%。当井底压差逐渐增大到超过极限生产压差时，水锥开始形成于井底。底水锥进的控制往往通过降低采液强度来实现，允许的极限采液强度很低。但如果在油水界面下施加一个可控流量，形成一定的压力差，从而平衡油水界面处的压降，就可以有效控制水锥的上升速度。油水同采技术就是基于这一原理，既提高了单井产量，又有效控制了底水的进一步锥进。根据不同的完井方式，油水同采技术分为三种：油套分采、双管分采以及单管同采。油套分采即油管与油套管空间分别采油采水，属于双层完井（简称 DWS）。油套分采又可分为两种：一种是用分支水平井开发油藏，用垂直主井筒开发底水层（简称 TWS）；另一种是采用同向双支水平井结构，上部水平井采油，底水层水平井采水（简称 BWS）。双层完井的具体工艺技术有两种：油水均回地表；水层产水先在井底分离，再注入水层。双管分采技术即在采油井中放置两根油管，分别采油和采水。单管同采技术则属于常规完井技术：采用一根油管同时生产油和水。双管分采在现场较难实现，因为该方法需要在套管内下入两根油管，套管尺寸要足够大。双层完井的目的是在同一口油井进行油水同时分采，从而有效抑制底水锥进，加速底水油藏开发。该技术在油、水区分开完井，中间用封隔器隔开。开井生产时，在油水界面以上采油，油从环空中采出；在油水界面以下采水，水从油管中采出。与常规完井方法相比，这种方法相当于在水区增加了一个汇，在该点水的排出改变了地层中，特别是近井带势的分布，从而改变了近井带流体的流场。考虑油水的粘度差和油区、水区厚度差等影响，根据采油速度的大小合理调节排水速度，水区产生的压降可以平衡采油造成的压降，从而使油水界面成为一个油水分流面，保持油水界面稳定。相同条件下，双层完井方法能将采油速度提高 5 倍。传统单层完井方法下，采收率提高一点需要将产量降低，延长生产时间来实现。而双层完井通过优化油水产量之比，可以在最短的时间内达到最大的采收率，减少采出水的排放是通过将采出的无油污水直接回注到地层。由于不需要地面产出水处理设备，该方法适用于海上采油。综合考虑影响水平分支井排水采油效果的几个关键因素，包括采水井井型、上下分支的采油排水量、采水分支井的井型井位及排水时机等，本次油水同采设计同时考虑了三种完井方案，一种是用分支水平井开采油层，用垂直主井筒开采底水层，分别射开水层 1 米、2 米和全部射开；第二种是采用两分支水平井结构，上方的水平井开采油层，下方的平行于油水界面的水平井开采底水层，采水水平井水平段分别位于油水界面下 1 米、2 米和 2.7 米；第三种是用分支水平井开采油层，用平行于构造的斜井开采底水层，斜井位于油水界面下 1 米、2 米和 2.7 米，排水与采油同时进行。通过对直井采水射开水层厚度、平行于油水界面的水平井分支 刘 婕：几种控水技术在南海 W 油田水平井完井中的应用效果 123 采水层位、平行于构造的水平井分支采水射开水层厚度、采水井型、排液量、排水时机的优化，可以得到投产即采用油水同采技术可在一定程度上抑制水锥的上升速度（图 3），控水效果较明显，含水上升相对缓慢，且累产油增加幅度较大。图 3 DWS 油水同采技术完井和常规技术完井 剩余油饱和度分布对比图 图 3 DWS 油水同采技术完井和常规技术完井 剩余油饱和度分布对比图 a 三种控水技术 A1H1 井累产油和含水对比曲线 b 三种控水技术 A1H1 井开发指标对比图 图 4 三种控水技术 A1H1 井开发效果对比图 图 4 三种控水技术 A1H1 井开发效果对比图 2.4 三种控水技术应用效果分析 通过对比三种技术的适应性和控水效果（图 4），可以看出在投产 2 个月内 ICD 控水效果好于 DWS 油水同采，但是半年后 DWS 油水同采的控水、增油量与其他控水技术相比效果显著。因此，推荐采用 DWS 油水同采技术作为 A1H1 井的控水方案技术。3 结 论 3 结 论（1）W 油田 Z 油组为典型的薄油层底水油藏，底水能量大，采用常规水平井开发，存在较严重的底水锥进问题，需采取合理的控水稳油措施。（2）针对 Z 油组的 A1H1 井高孔高渗的特点，利用数值模拟技术分别进行了 ICD 完井、中心管完井和 DWS 油水同采控水技术的优化研究，根据研究结果，从油田长期开发指标来看，采用 DWS 油水同采技术的控水增油效果较其他两种更为显著。参考文献 参考文献 1 帅春岗,段永刚,冉林等.水平井ICD控水方法研究J.石油钻采工艺,2012(34):86-89.2 刘艳英,张英勇,蒋维军.水平井中心管控水技术在渤海某油田的研究与应用J.中国石油和化工标准与质量,2020(40):164-165,168.