海上新型复合完井控水技术及应用.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：海上新型复合完井控水技术及应用郭明龙，刘鹏飞，李进，赵克贤，陈广新（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 ；中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 ）摘要：“高含水”是制约渤海油田增储上产的主要因素之一。为实现控水目标，在深入了解油藏特点和出水机理的基础上，创新性地融合了多种控水工艺，形成一套全新的复合型完井控水技术。在单井的整个生产周期内，可以有效降低含水率，实现了控水工艺质的突破和全寿命控水的理念。在设计阶段，因地制宜选取适应于变密度筛管 封隔器 中心管控水或 筛管 封隔器 中心管控水两种方案，并采取低压差投产控制技术生产。现场实践证明，新型复合型完井控水技术起到了延缓水锥突进的目标并取得了良好的控水效果。关键词：边底水油藏；复合型完井；控水技术；渤海油田中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：“”，：；渤海油田开发已进入中后期阶段，“双高”问题已日益严重，一些油田的含水率已经超过了 ，处于高含水开采阶段 。由于地层非均质性、边底水锥进等原因，部分新井的含水率迅速上升，单井低含水阶段的时间显著缩短，导致单井生命周期较短，大量剩余油仍然留存在油层中，进而降低了区块的采收率和单井的经济效益 。水平井控水机理 油井见水原因水平井见水后，综合含水率通常会快速上升，造成边底水的过早锥进，很大程度上制约了应有的开采效益。导致底水过早锥进的因素很多，既有油藏地质等方面的自然因素，也有生产过程中生产制度和措施不当的人为因素，总体上主要包括以下四个方面：）油气藏的非均质性如图 所示，同一水平段内，油藏孔隙度、渗透率等参数也存在较大差异，边底水很容易在压降最小的地方形成指进。随着开采进度的不断推进，油井含水率迅速上升，严重的情况下会导致油井关停，甚至报废。）夹层夹层会影响地层水的锥进路径，从而减缓水体的锥进速度。当储层中存在夹层时，水体锥进速度明显变慢。数值模拟表明，在物性较好、原油黏度高的油藏中，无夹层储层无水采油期多为 个月；而当油藏存在 规模的夹层时，无水期将延迟 年，并且无水采出程度可以大幅度提高，如图 所示。图 储层非均质性与水锥突进动态模拟 年 月云南化工 第 卷第 期 ，图 夹层与无夹层条件下水锥形成物理模拟）跟趾效应水平井见水后，随着高渗流体的突进，跟趾效应日益明显。跟趾效应的本质是井筒内的流体产生的摩阻、流体撞击井壁产生回压力等综合效应造成井筒内根部、趾部压力不一致而形成根部水锥的现象，从而影响水平井开采效益 。）人为因素各种工作液造成储层污染；酸化、压裂等措施造成油层裂缝从而发生的后期水串；开发方案和开采措施不当，如采油速度过快等；钻井轨迹控制不当，造成的井筒围岩物性或与油水界面距离不均。水平井出水类型及相应控水思路水平井由于油藏地质等方面的自然因素，以及生产过程中生产制度和措施不当的人为因素，从而出水动态的差异，总体上水平井出水类型可归纳为四种：）点状高产水型：个别井段高产水，导致单井综合含水率高，多出现与裂缝发育成熟的地层。控水难度相对不大，控水对策为单点压制。）段状高产水型：局部井段高产水，导致单井综合含水率高。控水难度相对大，控水对策为高产水段压制。）线状式低产水型：个别井段高产油，其余段均产水，导致单井综合含水率高。控水难度相对较大，控水对策为高产油段挖潜。）整体性混合型：各段含水量相差不大，控水难度大。新型复合型完井控水技术介绍 常规控水技术水平井控水完井技术已经成为水平井开发中极其重要的技术手段之一。在钻井阶段，由于客观地质及技术条件的限制，现有手段在控水方面存在较大限制。而在完井阶段，根据油藏驱动机理，可以对管柱进行相应的处理控制，延缓见水生产时间，最大程度的保证水平井各个井段能够均衡生产，实现效益最大化。目前常规控水工艺如图 所示。）分段变密度射孔控水技术分段变密度射孔控水技术可根据油藏非均质性的变化，通过理论模型并结合射孔优化软件，优化射孔孔密，平衡不同单元段的入井流量，延缓见水生产时间，实现效益最大化 。）分段变密度射孔控水技术 井轨迹与油水界面关系 对应的中心管优化设计）中心管控水完井技术）控水完井技术图 常规控水工艺）中心管控水技术中心管控水技术通过在插入在生产管柱中的中心管，将原水平段内的井眼流动形态转变为井眼流动、环空流动和中心管流动 个流动状态，从而增加水平段局部摩阻，从而达到平衡局部生产压差的目的，降低主产液井段产液能力，增加低产液井段产液能力，还可通过分仓处理对不同井段进行精细化管理，进一步实现控水目标 。）控水技术 控水技术通过对其内部流道进行特殊设计，使井底流体通过时低黏度流体的摩阻增大，减少低黏度流体进入生产管柱，从而达到规范流体流动、平衡水平井水平段流量的目的 ，进而延迟水平井中水锥或气锥的发生时间，实现稳油控水的目的。以上控水工艺均在海上得到应用实践，但后续生产过程中发现部分井的控水效果未达到预期效果。通过对不同控水工艺的原理及应用效果进行整理总结，发现单项工艺的控水效果有限。例如，控水周期有限、后期控水调整困难等缺陷，不能满足生产控水需求。年 月云南化工 第 卷第 期 ，新型复合型完井控水技术综合考虑现有控水工艺的优缺点，针对海上现有控水措施及管柱结构进行针对性优化，推出了新型复合型完井控水技术。该技术集成了现有多种完井控水工艺技术，通过采用优质控水工具与分隔技术来提高水平井的生产寿命，较单一控水工艺具有更好的控水效果。结合油藏数据，通过对水平井出水机理进行分析，以“二次分段”与“增油减水”为主要控水思路，最终形成了一套以“封隔器 变密度筛管 筛管 盲管 密封筒 中心管”为基础的新型复合型完井控水方案，如图 所示。该工艺具有如下特点。）变密度筛管 分段完井可以平衡地层非均质性，压制水锥；）中心管改变井筒压差分布，降低跟趾效应；）中心管带孔点放置于高井轨迹点，延迟水淹时间；）盲管起到人造“泥岩夹层”作用，改变水运移线路，延缓水淹时间；）内层预留密封筒，一层控水失效后启用二层封隔控水。图 新型复合型完井控水工艺 控水工具结构特点新型复合型完井控水技术不仅体现于工艺上的创新，其所采用的控水工具结构、性能也同样突出。正基于功能可靠、应用成熟的控水装置，为生产井造稳油控水提供了基础条件。）变密度星孔筛管分段变密度射孔具有良好的控水效果，但渤海水平井多为裸眼井，不需要射孔作业，根据变密度射孔控水原理，水平井裸眼中采用变密度筛管，通过调整筛管孔眼孔密（如图 所示），达到相同用的控水效果 。图 优质星孔变密度筛管变密度分布星孔筛管节流机理主要是利用积砂原理，流体流动为渗流和径向流状态，同时能够在较小流量状态下产生较大附加压降，适宜于低产能低流量出砂油井稳油控水。不同孔密的星孔筛管，可根据油藏非均质性的变化，优选水平段筛管孔密，利用来调节不同部位的压差节流，调整井产液剖面。）控水工具 控水机理主要是通过节流孔调节流体流动为管流状态，需要较大流量才能下产生一定附加压降，适宜于较高产能流量油井稳油控水。工具在常规 工具基础上做出了针对流道规划及限流机理进行了升级优化。如图 所示，主要由支撑导流盘、可旋转的均衡盘、锁紧及密封装置组成。其中，内部流通路径结构可分为环形过流槽、长导管以及节流孔。流体先通过导流盘交错排列的环形过流槽产生 级压降，再通过长导管产生 级压降，最后通过流动孔口的开启个数来产生 级压降，从而产生三级附加流动阻力，从而实现控水目标。图 流量控制三级压降结构 现场应用 选井标准与基本境况为验证新型复合型完井控水技术在的现场应用效果，选取了 井进行控水效果评价。该井开发层位均位于馆陶组，油层平均含水率 ，设计垂深为 ，水平段长度为 ；井位位于油藏边部，水平段底部有夹层分布，避水高度 ，储层非均质性较强，渗透率为 ，属中高孔、中高渗储层；水平段含油饱和度不均，且单砂层厚度较小，井眼轨迹靠近油水界面，易造成的底水锥进底，水淹概率较大。井水平段随钻测井结果如图 所示，水平段油藏孔隙度为 ，平均 ，渗透率为 ，平均 ，储层物性为中孔中渗储层。同时，储层的非均质性较强，其中水平段前段及中后段为相对高渗透段，且水平段前段为低井轨迹段，水淹可能性较大。对水平段出水主控因素分析：）储层非均质性。水平段前段与中后段为相对高渗透段，水锥易形成段。）井眼轨迹。水平段中前段井轨迹较低，避水高度相对较低，容易发生水淹。）跟趾效应造成水平井根部易先见水。年 月云南化工 第 卷第 期 ，图 井测井解释与物性特征 新型复合型完井控水工艺设计 井新型复合型 完井控水思路及措施：）防砂管柱中设计下入 个遇油膨胀封隔器，建立三个压力仓，通过 控制不同压力仓流量，平衡地层非均质性，同时下入 个密封筒为采油后期分段控水提供预留手段。）水平段前段 井轨迹低且渗透率高，是重点控制的井段；水平段中后段 ，渗透率高，但同时井轨迹也较高，应适当压制。）改变井筒压力分布，将中心管的带孔管位置前移至中部高井轨迹 低渗透段，避开跟部易见水区域，降低前后压差，延缓水淹时间，减少带孔管附近抽吸力大的危害。）带孔管位置设置盲管，人为制造“夹层”效应，减缓水锥，同时降低了流体对带孔管位置冲蚀，降低孔管抽吸力大的危害。综合以上因素分析，井采用“封隔器 盲管 密封筒 中心管”复合控水方案，如图 所示。油藏数值模拟显示，采用该控水方案后，可以在满足产能要求同时，使不均质储层水平井段流量趋于相对平衡，从而达到有效控制水锥局部突进的目的。生产及控水效果分析 井按如上设计完成复合控水完井作业后开始投产，投产第一年内平均日产液为 ，日产油 ，达到了钻前配产目标；投产 个月内平均含水率为 ，低于钻前设计含水率 ；投产一年内平均含水率仅为 ，且长时间内保持稳定。井为 同层位邻井，且投产时间较 井提前 年，如图 所示。井油藏条件优秀，初期产量较高且含水率低于 ，但由于未考虑防水措施，含水率在一年内迅速突破至 ，导致后期油井水淹，产量下降。相较于 井，井在应用复合控水完井技术后，含水率能长时间维持低水平，在侧面印证了该技术的实用性。图 井井身结构及复合控水方案设计图图 与 井投产一年内生产数据 年 月云南化工 第 卷第 期 ，结论）通过研究现有控水技术及出水原理，结合油藏具体情况进行针对性优化，形成了一套集成多种控水方式及工具的新型复合完井控水技术，可以满足海上控水作业需求。）复合型完井控水技术具有非同单一常规控水工艺的技术优势，通过变密度筛管、中心管、分层分仓等工艺，从早期平衡各段产液及优化井筒压降，到后期的抑制高含水段产液量，实现了控水工艺突破和全寿命控水的理念。）通过现场应用结果，结合邻井生产数据比对，证明了复合型完井控水技术可以有效延缓水锥突进，降低跟趾效应，为“双高”油田的持续性开发提供了新思路。参考文献：李进，龚宁，徐刚，等 渤海油田水平井出水规律特征及影响因素 断块油气田，（）：龚宁，李进，陈娜，等 渤海油田水平井出水特征及控水效果评价方法 特种油气藏，（）：刘勇，徐蕾，刘崇 关于水平井控水装置发展现状研究 中国石油和化工标准与质量，（）：张斌斌，雷鸿，李良庆，等 海上油田水平井控水新工艺的研究与应用 石油工业技术监督，（）：刘宇凡水平井不同完井方法模拟及应用研究 重庆：西南石油大学，刘鹏，张启龙，乔中山，等 水平井变密度射孔控水技术在渤海 油田的应用 石油工业技术监督，（）：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 中国石油和化工标准与质量，（）：李进，王昆剑，张晓诚，等 基于可充填 筛管的防砂控水一体化技术 石油机械，（）：张启龙，龚宁，徐刚，等 渤海油田 分仓控水方案设计和控水效果评价方法 油气井测试，（）：收稿日期：作者简介：郭明龙（），男，工程师，主要从事与海洋油气开发工程相关的工作。：（上接第 页）结语随着管道开孔封堵技术的日趋成熟，该项技术已在世界各地的油气管道维修改造和抢险工作中得到广泛应用。在当前社会经济高速发展的大背景下，油气资源需求量不断攀升，在役油气管道普遍处于高压持续输送状态。在规定时间内高质量完成隐患管段的维修改造是保障管道安全运行和油气资源稳定供应的关键。管道开孔是油气管道维抢修中的一项关键工序，是提高封堵严密性、保障动火安全的基础。而开孔过程中面临着频繁卡刀影响施工进度、开孔刀具损坏导致开孔失败、鞍型板掉落造成施工事故、开孔质量不高而影响封堵严密性等诸多困难。为此，必须严格把控作业点选取、设备投用前检查、设备组装精度控制及现场操作等各阶段中的关键要素，对施工中的关键工序设立复核确认制度，以确保管道开孔质量，提高油气管道维抢修效率，保障能源动脉的安全、平稳运行。参考文献：周顺荣，汪嘉伟，杨利岗，等 开孔封堵技术在中缅管道上的应用 云南化工，（）：周顺荣，汪嘉伟，杨利岗，李等 盘式封堵在油气管道维抢修作业中的常见故障应对策略 化工管理，（）：张乃禄，王帅，黄建忠，等 基于蝴蝶结模型的管道不停输封堵作业风险控制 油气储运，（）：钢质管道封堵技术规范 第 部分：塞式、筒式封堵：陈裕，陈健，段雪飞，等 油气管道不停输带压封堵实施工艺 装备制造，（）：鞠世雄，谢磊，李灿 油气管道管道抢修技术 化工管理，（）：收稿日期：作者简介：周顺荣（），男，云南曲靖人，学士，工程师，主要从事油气管道维抢修专业方向的研究工作。：