礁灰岩油藏水平井过饱和充填自适应控水技术.pdf

第41卷第4期OIL&GASEXPLORATIONANDDEVELOPMENT|油气勘探与开发81礁灰岩油藏水平井过饱和充填自适应控水技术张宁1彭作如曹曹波波邓?晗?霍润世31中海石油（中国)有限公司深圳分公司，广东深圳518054;2中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452;3中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京10 2 2 49摘要：针对底水能量充足、裂缝高度发育的礁灰岩油藏，在使用水平井开发的过程中出现含水上升快、开发效果差的问题。在现有控水工艺适应性和应用效果分析基础上，研究形成了包括采用配套研发的充填管柱实现裂缝过饱和充填、优选选择性控水颗粒对水平井筒与井眼之间环空进行封隔和使用电动流入控制装置（AutomaticInflowControlDevice，A IC D）控水工具实现水平井分段自适应控水的水平井过饱和充填自适应控水技术。通过数值模拟软件形成控水工具优化设计方案并进行现场试验，现场试验表明该技术控水效果明显。该控水技术对裂缝型底水油藏的高效开发具有借鉴意义。关键词：礁灰岩油藏；水平井；过饱和充填；选择性控水颗粒；自适应控水D0I:10.3969/j.issn.1006-5539.2023.04.012Adaptive water control technology for supersaturated fillingof horizontal wells in reef tuff reservoirsZHANG Ning,PENG Zuoru,CAO Bobo,DENG Han,HUO Runshi31.CNOOC China Ltd.,Shenzhen Branch,Shenzhen,Guangdong,518054,China;2.Engineering Technology Company,CNOOC Energy Technology&Services Limited,Tianjin,300452,China;3.MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering(China University of Petroleum),Beijing,102249,ChinaAbstract:In the process of developing the reef tuff reservoir using horizontal wells,there is an issueof rapid water content rise and poor development effect,especially when the reservoir has sufficient bottomwater energy and highly developed fractures.After analyzing the adaptability and application effect of theexisting water control process,this study has developed an adaptive water control technology.Thetechnology includes the use of the developed filling pipe column to achieve fracture supersaturated filling,the selection of selective water control particles to seal the annulus between the horizontal wellbore andborehole,and the use of AICD(Automatic Inflow Control Device)water control tool to achieve adaptivewater control in horizontal well segments.An optimized design scheme for water control tools is developedand field experiments are conducted using numerical simulation software.The field experiments demonstrate收稿日期：2 0 2 3-0 1-12基金项目：中国海洋石油集团有限公司重大科技专项“南海东部油田上产2 0 0 0 万吨关键技术研究”（CNO0C-KJ135ZDXM37SZ)作者简介：张宁（197 8-），女，山东烟台人，高级工程师，硕士，主要从事海上石油钻完井技术管理与研究工作。E-mail：35296105 通信作者：霍润世（1998-），男，北京人，硕士研究生，研究方向为油气田开发。E-mail:天然气与石油822023年8 月NATURALGAS AND OILa significant water control effect.This water control technology provides valuable reference for the efficientdevelopment of fractured bottom-water reservoirs.Keywords:Reef tuff reservoirs;Horizontal wells;Supersaturated fills;Selective water controlparticles;Adaptive water control0前言南海东部某油田是一种典型的礁灰岩稠油油田，具有高孔、高渗和强底水特点，天然裂缝发育且底水能量强，平均孔隙度2 1.3%，平均渗透率6 51mD，原油黏度46.5102.1mPas。为了提高经济效益，控制底水锥进，该油田广泛采用水平井进行开发，但仍然受到含水率上升过快的影响，导致开发效果极差，采出程度仅为17.3%，迫切需要专门的控水技术延缓含水率上升速度，提高开发效果。本文提出了一种新的水平井过饱和充填自适应控水技术，采用“水平井过饱和充填管柱+选择性控水颗粒+自动流人控制装置（Automatic InflowControlDevice，AICD)控水工具”的方式,从天然裂缝封堵、水平井筒与井眼环空充填、自适应控水工具等三个方面控制底水的锥进。通过现场实施该控水技术表明，其控水效果良好,有效抑制了底水锥进，为礁灰岩油藏水平井提供了一种全新的控水技术。1南海东部某油田控水工艺现状南海东部某油田1996 年投人开发，投产初期大多采用打孔管完井的常规完井方式，无颗粒充填、无控流装置，由于油水的黏度差异导致不利流度比，水在裂缝中易突进，井筒内易水窜，导致含水上升速度快2 。2013一2 0 14年，该油田实施2 井次的“封隔器+流人控制装置(InflowControl Device,ICD）控水工具”完井，由于储层发育微裂缝，认识难度大，控水效果受到限制。2 0 17年,该油田开始采用“环空充填轻质颗粒+ICD控水工具”控水完井，控水效果对比之前的控水方式，轻质颗粒均衡了油水的推进速度,抑制了井筒内轴向窜流,ICD控水工具限制了局部的出水量，在轴向封隔和径向控流方面均起到了一定的作用,取得了一定的控水效果3-4。无论是“封隔器+ICD控水工具”控水完井，还是“环空充填轻质颗粒+ICD控水工具”控水完井，所采用的ICD控水工具均属于被动式控水装置5-6 ,在生产初期利用流体通过狭小空间或沿程摩阻的瞬时压降形成附加阻力,能够延缓底水锥进,但一旦发生了锥进,ICD控水工具极易失效,从而显著降低产油量,同时礁灰岩油藏普遍发育大量天然裂缝，使得生产初期含水率上升过快，导致该类油田大部分水平井采收率总体上仍然不理想。2水平井过饱和充填自适应控水技术针对礁灰岩油藏底水锥进快、水平井分段难、ICD控水工具入井后无法针对油水动态变化进行实时调整等控水难题，本文提出一种新型的水平井过饱和充填自适应控水技术：一是采用选择性控水颗粒进行过饱和充填，实现对储层天然裂缝的部分封堵，同时实现对水平井井筒和钻井井眼环形空间的轴向封堵；二是在分段控流方面，采用AICD代替ICD,起到自适应控水作用，实现从早期低含水到后期高含水的全生命周期控水效果。2.1水平井过饱和充填管柱本文设计了一种水平井过饱和充填管柱,该管柱由顶部封隔器、充填滑套总成、循环密封筒、盲管、控水工具、裸眼循环阀等构成，筛管串由基管、AICD控水工具、过滤筛网、筛网保护套组成，AICD控水工具均匀安装在基管上7 。防砂管柱下人时，将控水工具、裸眼充填工具及封隔器组配成防砂控水管柱，用钻杆送入，坐封封隔器,利用封隔器封隔产层，地面防砂泵将一定浓度的砂浆从钻杆泵入井内，通过充填工具使控水颗粒进人水平井井筒与钻井井眼环空，直至覆盖整个水平井裸眼段8 ,见图1。AICD筛管图1水平井过饱和充填管柱示意图Fig.1 Schematic diagram of supersaturated fillingstring in horizontal well为了达到同时封堵裂缝和水平井环空的目的，在使用水平井过饱和充填管柱进行充填的过程中，采取“裂缝井筒双阶段过饱和充填技术”，高压充填裂缝、低压充填井筒环空，达到一次封堵储层天然裂缝和水平井环空轴向流动的目的，充填作业流程图见图2。选择性控水颗粒第41卷第4期OIL&GASEXPLORATIONANDDEVELOPMENT油气勘探与开发83循环测试裂缝充填达到裂缝充填设计量出现压力，回流量陡降！清水测试安全范围内未出现提高压力充填压力陡降！图2 过饱和充填作业流程图Fig.2 Flow chart of supersaturated filling operation2.2自适应控水工具AICD控水工具是一种基于伯努利方程能量守恒原则进行动态调控的自适应控水工具9,该装置内部装有一个自由浮动盘，它可以根据不同的流体黏度自动调节自由浮动圆盘的开度从而达到控水效果。当较低含水的原油流经装置时，由于流体黏度较高，流经人口时流速较小，人口压力变大，自由浮动盘向下移动，形成较大开度；当较高含水原油流经装置时，由于流体黏度较低，流经入口时流速较大，入口压力变小，自由浮动盘向上移动,形成较小开度，从而实现智能化自动控水、增油10-1,见图 3。圆盘藏流人图3AICD控水工具示意图Fig.3 Schematic diagram of AICD water control tools2.3水平井过饱和充填自适应控水特点本文提出的水平井过饱和充填自适应控水技术从裂缝封堵、环空充填、自适应控水16-17 等多个角度实现控水效果，该技术具有以下突出特点。1)在循环充填选择性控水颗粒时，通过裂缝与井筒双阶段过饱和充填设计，部分颗粒会进人礁灰岩油藏的裂缝中，提高裂缝中水相流动阻力，起到一定的堵水作用。2)选择性控水颗粒可以提高井筒内水相的轴向流动阻力，在防轴向窜流及抑制径向出水能力方面明显优于普通充填颗粒。井筒充填低压环空充填微扩张后降低排量，提加砂充填达到设计充填量，未起压达到裂缝充填设计量未达到颗粒设计量3）A ICD 控水工具【18 基于油水黏度自适应调节径向流动阻力,对生产过程中的油水界面的动态变化具有更好的适应性,进一步提高了控水增油效果，将选择性控水颗粒与AICD控水工具有机结合，可进一步改善控水工艺效果并延长其寿命。4)“AICD控水工具+选择性控水颗粒”控水工艺在控流装置和充填颗粒两方面对现有“ICD控水工具+轻质颗粒”控水工艺进行了升级，控水增油效果明显，将该工艺应用于目标油田,可进一步改善控水增油效果。3过饱和充填自适应控水工艺设计A1井为南海东部某油田主开发区的一口井间加密水平井,其靶区与加密井A2井位置接近,A2井GVR成像测井显示全井段发育裂缝6 0 条，裂缝角度集中在30 90 预计A1井靶区内有较大可能发育高角度裂缝，受邻井干出口：流人井筒入口：从油结束充填高砂比，填备结束充填用颗粒井筒填满低压环空充填带压环空结束充填流量扰及裂缝出水影响,投产初期将有高含水风险,函需在完井阶段采取合适的控水措施,改善开发效果。3.1总体设计思路A1井水平段钻遇深度范围2 6 7 6 337 3m，测井解释结果为油层。本井根部高、趾部低，高程差异2 0 m左右,趾部更容易见水。随钻测井解释数据，水平段有效孔隙度分布范围14%33%，平均2 7.5%；含油饱和度分布范围38%58%，平均49%，渗透率分布范围17.11092.0mD,平均38 1.1mD。总体来看,该井的物性沿井段物性差异不是很大，在设计过程中重点考虑构造引起的井轨迹高程上的差异变化，以及对低部位靠近底水位置的加强控制19。3.2控水工具分布设计通过数值模拟方法对不同的控水工具分布进行优化设计2 0】,确定本次控水工艺方案采用4个封隔器和99个7.5mm的AICD控水工具+选择性控水颗粒,其中尾天然气与石油842023年8 月NATURALGAS AND OIL部为低部位，更容易见水，需提高控水强度，因此布置了较少的AICD控水工具。利用数值模拟软件对采用水平井过饱和充填自适应控水技术与裸眼完井方式的控水表1控水效果模拟结果表Tab.1 Simulation results of water control effect井底流产油量产水量产液量完井方式压/(MPa)(m.d-）(m.d ）（m.d-)裸眼完井7.41水平井过饱和4.00充填自适应控水效果进行模拟,结果见表1。从表1可以看出,相比于不采取控水措施的裸眼完井情况，含水率可以下降1.52%,可增油35m/d。产油指数/含水率(m.d-.MPa-）（m.d-l.M Pa-）下降110.702155.022.265.7395.11%145.282 120.452.265.7293.59%产水指数/21.61423.3021.25420.52含水率1.52%术探索了新思路。4现场实施效果2022年9月15日，水平井过饱和充填自适应控水技术在该油田A1井作业成功。该水平段井共下入AICD控水工具9 9 个，选用了海上油田常用的40/7 0 目视密度为1.0 5g/cm的超轻陶粒，按照裂缝井筒双阶段过饱和充填技术的流程进行充填作业，充填亲油疏水颗粒30 m，充填率达2 36.7%。该井于2 0 2 2 年10 月9日投产，含水率8 6.9%、产油量153m/d,与临井的含水率上升情况见图4。100%98%96%94%92%90%88%86%84%82%80%0图4A1井控水效果预测图Fig.4Prediction of water control effect of Well A1从图1可以看出，采用过饱和充填自适应控水技术的A1井控水效果远好于临井控水效果,该技术的应用为礁灰岩裂缝型底水油藏水平井的控水技术探索了新思路。5结论1)针对礁灰岩油藏水平井底水锥进、采出程度低的现状，提出了适用于天然裂缝发育底水油藏的过饱和充填自适应控水技术，设计了水平井过饱和充填管柱和AICD控水工具，通过裂缝封堵、环空充填和自适应控水等不同方式进行组合，可以均衡裂缝中油水推进速度，封堵水平段环空轴向流动，达到均衡分段精细化自适应控水的目的，为礁灰岩裂缝型底水油藏水平井的控水技2)针对南海东部某油田主开发区的A1水平井进行了控水方案设计,选用了常用的40/7 0 目的超轻陶粒,按照裂缝井筒双阶段过饱和充填技术的流程进行充填作业。现场试验证明，目标井采用过饱和充填自适应控水技术后,相比临井在控水增油方面取得了显著效果，有效控制了底水锥进，对该油田二次开发具有良好的借鉴和指导意义。3)过饱和充填自适应控水技术方法从天然裂缝封堵、水平井筒与井眼环空充填、自适应控水工具等三个方面控制底水锥进现象，适用性广，为开发具有高孔、高渗、天然裂缝发育且底水能量强的油田提供了指导意义。参考文献：1宁玉萍,王峻峰，罗东红，等.流花油田礁灰岩储层微观性AA1#临井一50100生产时间/d质及驱替特征研究J.西南石油大学学报（自然科学版),2 0 17,39(6):34-44.150NING Yuping,WANG Junfeng,LUO Donghong,et al.Studyon the displacement characteristics and microscopic propertiesof the reef limestone reservoir in Liuhua Oilfield J.Journalof Southwest Petroleum University（Sc i e n c e&T e c h n o l o g yEdition),2017,39（6):34-44.2罗东红,唐海雄,熊友明，等.南海流花11-1礁灰岩油田储层敏感性评价J.中国海上油气,2 0 0 7,19（5）：315-318.LUO Donghong,TANG Haixiong,XIONG Youming,et al.Asensitivity evaluation of reef limestone reservoirs in Liuhua11-1 oilfield,South China Sea J.China Offshore Oil andGas,2007,19(5):315-318.3罗启源,代玲，陈维华，等.ICD控水工艺技术在南海礁灰岩油田的应用与思考J.长江大学学报（自然科学版),2 0 16,13(32):6 8-7 3.LUO Qiyuan,DAI Ling,CHEN Weihua,et al.Application andthought of water control with Inflow Control 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