提高低速低效高含水油田采收率的水平井配套新技術

陳 捷

中國石油遼河油田分公司 多種經營處 （遼寧 盤錦 124010）

中國石油遼河油田分公司海外河油田新海27塊（以下簡稱新海27塊）自1989年投入滾動勘探開發(fā)以來，采用一套層系、正方形井網、141m井距、注汽熱采的方式部署并實施各類開發(fā)井41口。開發(fā)初期區(qū)塊日產液1361m3，日產油321m3，綜合含水78.8%，采油速度1.57%。曾選擇27口油井注蒸汽開采，但效果極不理想，平均吞吐1輪后，轉入依靠天然能量冷采開發(fā)。

由于油水黏度比大、邊底水能量活躍、早期部分井蒸汽吞吐開采等因素影響，利用直井開采底水錐進、邊水突進和管外串槽導致油井水淹嚴重，產量遞減快，并且堵水、提液等措施均沒有明顯效果，油藏長期處于低速低效開采狀態(tài)。利用水平井開發(fā)前（即2004年4月），有油井41口，開井16口，日產液494m3，日產油 35m3，平均單井日產油 1.8m3/d，綜合含水93.6%，采油速度0.26%，采出程度13.52%。

通過采用水平井配套技術重新開發(fā)新海27塊[1-2]，探索了低含油飽和度油藏提高排液量、改善開發(fā)效果的新途徑。截止2012年3月新海27塊共有水平井43口，開井42口，日產液3735m3，日產油 295m3，含水 92.9%，累積產油 128.1×104m3，累積產水774.04×104m3，采油速度 1.57%，采出程度17.14%。

1 區(qū)塊地質概況

新海27塊位于遼寧省盤錦市大洼縣城西南14km的渤海海灘，地勢平坦，海拔2～4m。構造上位于遼河斷陷盆地中央凸起南部傾沒帶南端。該塊主要開發(fā)目的層東營組東一段，油藏埋深1397～1409 m，地面（50℃）原油黏度為 1934～3715mPa·s，原油性質屬普通稠油，油藏類型為層邊底水構造油藏。

新海27塊整體構造形態(tài)為短軸背斜構造，南北分別被大洼斷層和海35斷層切割，儲層特征見表1，流體性質見表2。

2 水平井開采配套工藝技術

2.1 優(yōu)化篩管參數(shù)，提高油層利用率

新海27塊泥質膠結疏松，易出砂，為此采用了下井阻力小、成本低、能夠達到防砂效果要求、使用壽命較長的割縫篩管完井。割縫的大小根據(jù)油層砂粒大小的累積分布曲線和粒度中值來確定。割縫的尺寸以粒度中值的1～1.5倍進行設計。根據(jù)新海27塊的平均粒徑中值為0.3mm，因此采用TP100H鋼級，Φ177.8mm，壁厚9.19mm激光割縫篩管，縫寬為0.3mm，誤差為±0.05mm，為延長篩管使用壽命，在靠近水平段入口端前50m的篩管縫條數(shù)要適當減少。公扣以上0.5m和母扣以下0.3m不割縫，并用懸掛器坐封在Φ244.5mm技術套管內[3]，完井管柱結構見圖1。

表1 新海27塊東一段儲層物性表

表2 新海27塊原油物性表（地面）

2.2 利用油層保護措施實現(xiàn)油井有效投產

新海27塊儲層泥質含量較高，最大時37.2%，平均泥質含量在6.2%以上（表1）。為防止油井投產前外來作業(yè)流體對儲層造成傷害，引起黏土膨脹，導致油井出砂，經室內實驗及現(xiàn)場應用證明，對泥質含量超過6%的新井、新層在投產前采取防膨措施，可減輕外來流體對儲層的傷害，保證油井正常生產，達到保護油層的目的。

采用具有長效性的陽離子聚合物進行黏土防膨處理。油層保護劑的主要成份由乙二胺、HCl、NH4Cl、穩(wěn)定劑組成。它能離解出高正電價的交換能力強的陽離子，代替黏土表面結合力弱的陽離子，抑制黏土的水化作用，同時離解出來的陽離子很好的中和黏土表面的負電性，消除分子斥力，使晶層間距離縮小，從而改善水敏性地層的滲透性。另外，黏土穩(wěn)定劑分子鏈上帶有許多吸附基團，可與黏土表面發(fā)生多點吸咐，形成一種牢固的膜，從而達到穩(wěn)定黏土、抑制顆粒運移的目的。

2.3 水平井高效注汽提高油井產能

新海27塊的d1I1砂巖組整體采用蒸汽吞吐開發(fā)方式，d1I3砂巖組局部原油黏度較高地區(qū)亦采用熱采開發(fā)方式。

2.3.1 水平井籠統(tǒng)注汽

注汽前3輪均采用籠統(tǒng)注汽方式，實施 “隔熱管+伸縮管+封隔器+油管”注汽管柱（圖2），其中隔熱管選用真空隔熱管，內外材質均為N80管材以提高隔熱和抗溫能力，隔熱管內外管間采用 “多層鋁箔+真空+吸氫劑”的隔熱方式[4]，303℃時視導熱系數(shù)為0.007W/m·℃；封隔器采用RY361-210雙作用注汽封隔器。注汽前采用氮氣替換出套管環(huán)空的液體，同時對熱敏式封隔器以下部分環(huán)空進行隔熱保護。水平井第一輪注汽增油效果明顯，平均單井日產液量104.5m3/d，日產油量25m3/d，綜合含水下降到78.5%，平均生產3.68個月，含水升至93.2%，月含水上升速度3.98%。水平井第二、三輪注汽后，液量大幅上升而含水降幅小或不降。綜合分析，由于注汽過程中采用籠統(tǒng)方式注汽，受油層非均質及周邊油井生產影響，造成蒸汽局部突進、水平段動用不均。

2.3.2 水平井多點注汽

生產實際表明，蒸汽吞吐水平井的動用程度一般在50%～70%，絕大多數(shù)水平井水平段動用不均，注汽管柱下入深度附近油層的動用程度要好于其它部位。因此根據(jù)水平段物性采取針對性的多點注汽方式（圖3）使水平段均勻受熱，注汽閥的位置由井溫測試曲線參考得出。新海27塊共實施15井次，平均周期注汽量為2905m3，周期產油量為2679m3，油汽比為0.83，對比常規(guī)籠統(tǒng)注汽實施的46井次，周期注汽量為3423m3，周期產油量為2587m3，油汽比為0.68，多點注汽效果明顯好于常規(guī)注汽。2009年開始水平井注汽均采用多點注汽方式并降低注汽量，開井后控液生產，取得了較好的生產效果。

2.4 合理的機泵配套舉升工藝技術

在進行合理排液量研究的基礎上，綜合考慮地層壓力、油層供液能力、儲層物性、地層溫度等各種因素，進行“16、20型”機泵舉升工藝的優(yōu)化設計。在考慮現(xiàn)有抽油設備的前提下，選用70mm抽油泵、配套D級空心桿組合、76mm或101mm平式油管滿足了新海27塊水平井開發(fā)生產需要。同時為盡量減少造斜段的磨擦負荷影響，造斜段以下油管和抽油桿進行防偏磨處理。

2.4.1 水平井強抽強閉泵采油技術

針對新海27塊水平井開發(fā)過程中存在著原油黏度大、舉升摩阻大、生產井段斜度大、普通泵生產泵效低及鉆井泥漿污染嚴重等問題，采用強開強閉抽油泵生產。

水平井強開強閉抽油泵外型尺寸與常規(guī)泵相同（圖4），技術關鍵在于閥總成的設計(固定閥與游動閥技術原理相同，以固定閥為例進行說明)。該泵固定閥由閥罩、復位彈簧、導向座、閥球、閥座、底閥接頭6個零部件組成。其技術特點是閥罩內腔加工成數(shù)條與泵軸線平行的凸臺，在凸臺某一位置有變徑，受閥罩內壁凸臺的控制，閥球啟閉被約束在泵軸線上。閥罩內部增設了導向裝置（導向座）和預緊裝置（復位彈簧），柱塞換向時，依靠彈簧力作用強迫閥快速關閉，導向座和閥罩的變徑臺肩構成限位機構。

柱塞隨抽油桿向上運動，游動閥在上部油管液柱壓力及游動閥復位彈簧力作用下關閉，柱塞以上泵筒中的流體抽出進入地面流程，柱塞以下泵筒液體壓力降低，固定閥在泵抽力和沉沒壓力作用下，克服固定閥內復位彈簧預緊力打開。柱塞隨抽油桿向下運動，固定閥在復位彈簧力作用下快速關閉，柱塞下部泵腔內液體壓力大于上部油管液柱及井口回壓，游動閥打開，泵腔內流體進入柱塞上部泵筒。周而復始完成吸液和排液過程。

2.4.2 水平井防偏磨技術

抽油桿在上、下沖程往復運動時與油管產生桿管摩擦，不僅減少抽油桿和油管壽命，而且增加了舉升載荷，降低了舉升效率，在水平井/大斜度井舉升中這種現(xiàn)象更加明顯，尤其對供液差需加深泵掛的水平井，因抽油桿柱在斜井段與油管內壁的摩阻很大，不僅加大了光桿的負荷和能耗，還會造成桿柱受壓彎曲，使抽油桿脫扣、桿管嚴重磨損并報廢，因此配套采用有桿泵舉升防偏磨技術以降低桿管摩擦，避免管桿磨損。防偏磨工藝技術主要由抽油桿防偏磨器、抗彎防磨副、抗磨接箍等組成（圖5）。

（1）抽油桿防偏磨器。滾輪抽油桿扶正器是一種新型井下工具。該滾輪抽油桿扶正器，由于采用4排每排3個小滾輪的結構，與油管內壁形成多點接觸，大大地減小了扶正器對油管的損害，同時減少了抽油時管桿的磨損。

（2）抗彎防磨副?？箯澐滥ジ笔峭ㄟ^磁性耐磨滑套自動定位于油管內壁的合適位置處，摩擦桿在隨抽油桿柱上下往復運動中與滑套形成摩擦副，將抽油桿與油管之間的摩擦轉變?yōu)榭鼓ジ钡幕缀湍Σ翖U之間的摩擦，從根本上改善桿管磨損。而滑套內壁具有堅硬耐磨層，摩擦桿外表面經熱噴涂處理也具有較高的耐磨性，摩擦桿與滑套之間的摩擦副具有高的磨損壽命，同時摩擦桿制作成空心桿具有較高抗彎性能，防止在抽油過程中彎曲對油管造成損害。

（3）抽油桿抗磨接箍。該接箍表面采用特殊減磨和抗磨處理，比普通抽油桿接箍提高耐磨壽命數(shù)倍，其表面涂有特殊功能的合金粉末，光潔度高，可降低接箍與油管之間的摩擦系數(shù)，有效減少管桿磨損量，達到既保護接箍又保護油管的雙重目的，因此對于大斜度井段的抽油桿可有效延長桿的使用壽命。

2.4.3 電熱桿加熱降黏技術

針對新海27塊邊部水平井因原油黏度高、舉升摩阻大引起的抽油桿斷脫造成的油井作業(yè)頻繁、甚至關井的問題，采用空心桿電加熱的井筒降黏方式，不僅恢復了油井正常生產，方便了生產管理，而且提高了舉升效率。電加熱采油技術主要由地面裝置和井下裝置2部分組成。地面裝置由變壓器、電控柜、地面電纜、空心光桿、井口三通和井口密封器等組成。井下裝置由油管、空心桿、空心環(huán)流抽油泵（或普通抽油泵）、井下電纜、加長桿、特種空心桿和回路接頭等組成（圖6）。

將三相380V電壓輸入后，經三相全波整流，變成直流電壓，然后再將直流電壓經主回路和控制回路及變頻變壓器分壓，逆變成頻率為400～800Hz單相中頻電壓，由中頻變壓器輸送到油井電纜加熱，加熱功率為100～150kW，加熱深度≤1400m，井口溫度＞50℃，電纜耐溫 90～300℃。

2.5 利用酸化解堵措施有效提高油井產量

新海27塊產層疏松，易出砂，在進行水平井完井時，通常采用篩管方式完井以解決生產過程因出砂而影響油井生產、甚至停產事故的發(fā)生。為避免水平井段井壁坍塌，在實施篩管完井時，一般采用完井液壓井以穩(wěn)定井眼，由此可能會造成篩管堵塞，加之該塊邊部儲層物性差，泥質含量大于15%，導致部分水平井投產時因泥漿污染造成油井供液差。解決這一問題的有效辦法是使用酸液溶掉堵塞物，解除近井地帶污染，從而達到水平井酸化處理油層、增產的目的。

2.5.1 溶蝕率及配伍性實驗

表3 溶蝕率與配伍性實驗數(shù)據(jù)表

2.5.2 設計參數(shù)

利用現(xiàn)有的測井、錄井、鉆井等資料，應用《酸化專家系統(tǒng)》軟件篩選出酸化配方；采用《優(yōu)化酸化設計與產能預測》軟件進行模擬，確定最佳酸化半徑和增產倍數(shù)，見表4。

表4 水平井酸化設計參考表

2.6 水平井化學分段堵水工藝技術

利用新型堵水材料、堵水配套工具，根據(jù)出水情況采用相應的液體橋塞分段注入、管內封隔器分段注入等分段堵水工藝技術，實現(xiàn)水平井化學分段堵水[5-6]。

2.6.1 液體橋塞分段注入工藝

對于水平井井眼軌跡不規(guī)則、工藝管柱起下困難的復雜井利用液體橋塞的暫堵、保護作用，實現(xiàn)水平井段腳跟部位堵水（圖7）。該工藝簡單、成本低。

2.6.2 管內封隔器分段注入工藝

對于井眼軌跡規(guī)則、井筒完好的趾部出水的稠油水平井，將施工管柱下到水平段預定位置，利用管內封隔器分隔出水點，將堵劑注入趾部井段，防止堵劑回流，實現(xiàn)趾部堵水。該方法定位準確，工藝簡便。

3 試驗與推廣應用

2004年6月，在新海27塊有利部位首先部署了3口試驗水平井（海平1、海平2、海平3井），初期獲得日產油11～33m3/d的高產。2005年6月至2006年先后在該塊不同部位、不同層位陸續(xù)實施了7口試驗水平井，均取得較好的實施效果。

新海27塊利用水平井技術開發(fā)，通過采取水平井高效注汽、電熱桿加熱降黏、機采優(yōu)化設計、水平井堵水和酸化解堵等方式，在二次開發(fā)先導試驗期就取得了顯著成效[7]，平均單井日產油19.6m3/d，是同期周圍直井的10倍，綜合含水比同期周圍直井低25.1%，斷塊平均日產液1093m3，平均日產油由水平井開發(fā)前35m3/d上升至先導試驗的167m3/d（最高175m3/d），采油速度由0.26%提高到1.18%（最高1.28%），，綜合含水由93.6%下降到83%。2007年，新海27塊在水平井二次開發(fā)先導試驗成功經驗基礎上，完鉆33口基礎井網水平井，斷塊日產油量曾達到406m3一次開發(fā)的高峰水平。

新海27塊實施二次開發(fā)以來各項開發(fā)指標基本達到目標，截止2012年3月新海27塊推廣應用水平井43口,開井42口，斷塊日產液3735m3，日產油 295m3，綜合含水 92.9%，累產油 115.30×104m3，累產水774.04×104m3，采油速度 1.57%，采出程度17.14%，已持續(xù)穩(wěn)產5年，后續(xù)還有十幾口水平井待實施，預計穩(wěn)產年限將再延長2～3年。

4 結 論

（1）在長期處于瀕臨停產的低速低效高含水油田，探索了低含油飽和度油藏利用水平井新技術合理控制排液量、改善開發(fā)效果的有效途徑。

（2）通過采取水平井高效注汽、長沖程慢沖次、電熱桿加熱降黏、機采優(yōu)化設計、水平井堵水和酸化解堵等方式，以及控制生產壓差等措施，有效地抑制了底水錐進和產層出砂，實現(xiàn)了水平段均勻動用，提高了油田采油速度，實現(xiàn)了區(qū)塊控水穩(wěn)油，提高了儲量動用程度及采收率，確保了老油田重新開發(fā)的效果與持續(xù)穩(wěn)產。

[1]萬仁溥.中國不同類型油藏水平井開采技術[M].北京:石油工業(yè)出版社，1997.

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[3]劉文章.稠油油藏注蒸汽熱采工程[M].北京:石油工業(yè)出版社，1997.

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[6]任芳祥.遼河油區(qū)老油田二次開發(fā)探索與實踐[J].特種油氣藏,2007,14（6）:5-10.

[7]韓大匡.深度開發(fā)高含水油田提高采收率問題的探討[J].石油勘探與開發(fā)，1995，22（5）:47-55.