海上油田AICD智能控水工藝標準化探討

劉華偉，馮明星，劉明發(fā)

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 （天津 300452)

海上油田AICD智能控水工藝標準化探討

劉華偉，馮明星，劉明發(fā)

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 （天津 300452)

針對油田AICD的智能控水工藝應(yīng)用無技術(shù)標準情況，結(jié)合海上油田的工藝管柱、地質(zhì)油藏及生產(chǎn)制度特點，對AICD控水工藝及效果評價標準進行探討分析。首先，研究工藝設(shè)計規(guī)范，對工藝中的化學(xué)封隔器堵劑、封隔器和丟手井下工具進行優(yōu)選研究，然后對工藝施工情況進行對比分析，最后對整體工藝控水效果進行綜合評價，開發(fā)一套適合海上油田的穩(wěn)油控水技術(shù)參數(shù)確定與施工規(guī)范及效果評價方法，解決海上油田高含水的問題，提高油田經(jīng)濟效益與社會效益。

智能控水；穩(wěn)油控水；標準化；效果評價

由于油藏儲集層孔隙性與滲透性的差異及油藏空間均存在著原油成分的濃度梯度與原油物性密度梯度的不均一導(dǎo)致油藏具有非均質(zhì)性，使水在縱向和橫向上推進不均勻；并且開發(fā)過程生產(chǎn)壓差過大，邊底水或注入水沿局部突進；同時，地層有裂縫存在，或鉆遇水層附近，這些因素都會造成見油井水過早，使含水率上升，產(chǎn)油量下降。目前，世界上許多油田都相繼進入中高含水期,而地下可采儲量依然較大。我國陸上石油80%以上是靠注水開發(fā)的，各大油田極為重視控水技術(shù)。

AICD（Adaptable Inflow Control Device）是一種新型控水技術(shù)，相對于目前針對新井的分段變密度篩管控水完井技術(shù)，中心管控水完井技術(shù)及ICD控水完井技術(shù)[1-4]，AICD技術(shù)無須找出具體出水位置，并且除了老井，可以用于老油井的穩(wěn)油控水。AICD技術(shù)在我國非均質(zhì)強、底水錐進快、不利流度比的油田中具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間?，F(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗表明，早期分析評估、室內(nèi)流體實驗以及數(shù)值模擬優(yōu)化等，對AICD技術(shù)的成功應(yīng)用至關(guān)重要，因此形成一套適合中國油田特點的AICD技術(shù)設(shè)計和施工行業(yè)規(guī)范是今后主要發(fā)展方向。

1 工藝設(shè)計

AICD是依據(jù)伯努利方程中流體動態(tài)壓力與局部壓力損失之和恒定的原理，通過流經(jīng)閥體的不同流體黏度的變化控制閥體內(nèi)碟片的開度和開關(guān)。如圖1所示，當相對黏度較高的油流經(jīng)閥體時，碟片處于開啟狀態(tài)，當相對黏度較低的水或氣流經(jīng)閥體時，碟片因黏度變化引起的壓降自動“關(guān)閉”，當從而達到控水、控氣、增油的目的。

圖1 不同流體流徑AICD時的碟片開度

根據(jù)海上油田生產(chǎn)管柱特點，考慮原油特性、滲透率、含油飽和度及井眼軌跡等地質(zhì)油藏參數(shù)及生產(chǎn)壓差、產(chǎn)液量及含水率等生產(chǎn)參數(shù)，綜合測井解釋數(shù)據(jù)、設(shè)計AICD智能控水管柱工藝，如圖2所示。

圖2 AICD工藝修井管柱圖

首先，方案設(shè)計時，注意高滲區(qū)與低滲區(qū)的封隔。通過安裝在篩管和井壁之間設(shè)置化學(xué)封隔器，可以防止水錐在高滲區(qū)突破后沿井筒流動造成全井水淹，造成對低滲區(qū)原油流動的抑制。然后，根據(jù)油藏參數(shù)設(shè)計分層數(shù)，最后，根據(jù)油井中的粘度及產(chǎn)液量，設(shè)計各層間的AICD的布置個數(shù)。

1.1 具體的施工工藝參數(shù)確定與規(guī)范

1）準備工作。準備包括耗料清單工具物料，采購AICD閥、堵劑、封隔器、變扣等物料。準備藥劑物料，采購前置液、堵劑、隔離液等藥劑物料。將物料進行整理，小件裝籠裝箱，大件用鋼絲繩打捆，并用鐵絲固定；吊裝和運輸過程中注意對物料保護，防磕碰，以免影響作業(yè)效果。

2）執(zhí)行《井下作業(yè)分冊》HSE/WE系列規(guī)程，進行移井架，拆井口，裝防噴哭器組，起原井生產(chǎn)管柱，通井洗井。

3）下入堵劑擠注管柱。下入擠注堵劑工具串組合，由下至上為：圓頭管鞋+油管+單流閥+扶正器+K344封隔器+節(jié)流接頭+扶正器+K344膨脹封隔器+球座+油管+扶正器+K344膨脹封隔器+油管+定位密封+油管+循環(huán)頭+定量注入裝置+軟管+酸化泵，注入管柱的配制誤差盡量控制在1m以內(nèi)。

4）所有下入油管用油管規(guī)通徑，非標準內(nèi)徑目視或者測量，保證鋼球能投入到位；試注，分別記錄泵壓值；下擠注管柱至設(shè)計深度擠注第一段塞堵劑,用插入密封定位并調(diào)整深度；依次泵注清洗液、隔離液及堵劑，壓力小于10 MPa；堵劑材料泵注結(jié)束，立即投球，然后，泵隔離液，壓力小于10 MPa；球到位后，壓力下降，將球釋放，停泵，等待15 min；低泵速反循環(huán)洗井1周，洗出殘留的堵劑堵劑；候凝6h。

5）對化學(xué)堵劑構(gòu)成的化學(xué)封隔器進行驗封，然后上提擠注管柱至第二段塞設(shè)計深度，重復(fù)上述擠注步驟，擠注第二段堵劑。

6）確定化學(xué)封隔器位置，化學(xué)封隔堵劑注入地層，由于地層壓力的影響，化學(xué)封隔器施工后的預(yù)定位置與實際位置可能有偏差，需要對位置進行確定。擠注完管柱后，利用管柱從下面的化學(xué)封器開始驗封,逐步往上提，打壓3 MPa，查看壓力減小到0 MPa的時間，時間最長的一段為有效層段，做為AICD管柱中Y341封隔器的位置。

7）下入AICD控水管柱。按照下列順序自下而上連接下入：圓堵+油管及短節(jié)+AICD控制閥+油管及短節(jié)+Y341封隔器+油管及短節(jié)+AICD控制閥+油管及短節(jié)+Y341封隔器+油管及短節(jié)+AICD控制閥+油管+變扣+RCV油層防污染閥及定位密封總成+油管。

8）下鉆至頂部封隔器以上3 m，降低下鉆速度，逐漸下入管柱至頂部封隔器，油管打壓，剪切丟手銷釘，讓丟手脫手。

9）油管內(nèi)依次打壓 5 MPa×5 min,10 MPa×5 min,16 MPa×10 min座封Y341封隔器。由于Y341具有凡爾的坐封機構(gòu)，封隔器膠筒也具有彈塑性，所以，須逐級打壓進行坐封。

10）起出丟手以上管柱，施工結(jié)束，恢復(fù)井口，進行正常生產(chǎn)。

1.2 堵水劑的特性

化學(xué)封堵劑可以在水平環(huán)空形成高強度阻流環(huán)，并且堵水劑與注入水、地層水及地層巖石具有良好的配伍性；同時，堵水劑價格合理、現(xiàn)場配液方便，實現(xiàn)對篩管外環(huán)空的有效封隔，進而為后續(xù)分段堵水提供前提，所以需要具有以下特性。

1.2.1 觸變特性

堵水劑材料須具備較好的剪切變稀特性，堵水劑在剪切停止后，受破壞的結(jié)構(gòu)須容易恢復(fù)。

1.2.2 環(huán)空充填性

建立環(huán)空充填模型，其外部采用透明材料，尺寸為 21.59 cm(821/in)，模擬裸眼尺寸，內(nèi)管采用 13.97 cm(521/in)割縫管，注入管采用 7.30 cm(2in)樹脂類，模擬油管，并開孔，開孔前后均設(shè)置O圈，O圈模擬擴張式封隔器。堵水劑注入模型后，迅速固化，固化后的堵水劑能夠充滿模型環(huán)空，須具有良好的充填性。

1.2.3 可控膠凝性

堵水劑加入引發(fā)劑后，會由觸變流體成為高強度粘彈固體，且隨著引發(fā)劑濃度的增加，堵水劑的膠凝時間會減少,可根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)需求,控制膠凝時間。

1.2.4 抗壓強度

膠凝后的堵水劑抗壓強度測試后，須具有較強的抗壓能力，在有機玻璃管內(nèi)，化學(xué)封隔器段塞在0.8 MPa/m下，不發(fā)生滑移,能夠滿足特定條件下的封堵作業(yè)。

1.2.5 熱穩(wěn)定性

堵水劑在140℃以下、礦化度為15×104~21×104mg/L的條件下有效期能夠達到半年以上。

封隔器選用得當，可以確保甚至提高井下工作效果。因此，必須對井下作業(yè)的目的進行分析。一般來說，應(yīng)當結(jié)合油氣井現(xiàn)在的和將來的情況，在預(yù)計可能要進行其他作業(yè)的情況下，選擇尺可能達到多項使用目的，而總成本又最低的封隔器類型。

壓縮式封隔器簡稱Y系列封隔器，其適用條件：①高壓或油管負荷變化大，要求長期可靠密封的井；②油管長度變化大的深井；③生產(chǎn)條件復(fù)雜，坐封的準確位置比較惡劣。

擴張式封隔器簡稱K系列封隔器，其適用條件：①井壁不規(guī)則的裸眼井或套管損壞的井；②選擇性措施和測試；③分層采油、注水。

依據(jù)穩(wěn)油控水的需要，結(jié)合封隔器的適用條件，優(yōu)選選用K系列封隔器進行施工作業(yè)。固定方式為懸掛式（代號3），坐封方式為液壓式（代號4），解封方式為提放管柱式（代號1）的封隔器(型號為Y341),用在AICD控水管柱上，滿足分層密封的要求。而解封方式（代號4）為液壓式封隔器（Y344），用在化學(xué)封隔管柱上，滿足重復(fù)坐封來擠注堵劑的要求。

2 現(xiàn)場應(yīng)用效果與分析

化學(xué)藥劑注注入篩管與井壁環(huán)空后，需要驗封化學(xué)封隔效果，查看耐壓性能。根據(jù)地面試驗測試結(jié)果，化學(xué)封隔器的耐壓性能，打壓3 MPa，下降到0 MPa時，需要15 s以上才能判斷化學(xué)封隔管柱工藝成功。

AICD管柱丟手工具成功脫手與否，用3種方法判斷丟手是否座封。首先，看懸重變化，由于是水平井，生產(chǎn)管柱中丟手以下的管柱的摩擦阻力較小，整體管柱懸重變化不大，所以需要減少0.5 t以上才能確定丟手脫手成功；其次，管柱上提1 m左右，確保定位密封有效，否則定位密封脫離密封筒，液體從AICD進入油管，無法判斷丟手脫手。從油套環(huán)空往油管進行反循環(huán)打壓，若油管有返出液，則判斷丟手成功；最后，從油管打壓，從油管環(huán)空的套管翼閥觀察有無返出液，但井口泥漿泵壓力不能高于封隔器坐封壓力，避免坐封封隔器。

AICD管柱下放到位后，環(huán)空打壓12 MPa，穩(wěn)壓30 min，壓力不降，確定定位密封工具密封性能良好，分層合格。

目前現(xiàn)有對堵水效果評價，引用的標準是SY/T 5874—2012《油井堵水效果評價方法》[5]，此標準中只計算了施工后的增油量，有效期也沒有明確規(guī)定，也未進行經(jīng)濟評價。所以，依據(jù)經(jīng)濟效益和經(jīng)濟效益進行綜合評價，有效期定義為在產(chǎn)液量里不高于措施前的條件下，含水率連續(xù)10天比以前的下降2%，視為AICD控水措施失效。原油價格、電費及水處理成本以有效期內(nèi)的現(xiàn)有標準來計算，評價系統(tǒng)計算方法如下。

K=T有效(P油×q增+P水×W降+P電×Q功-Q投)/Q投

式中：K為措施的效果評價系數(shù)；T有效為有效期，d；P油為原油價格，元/m3；q增為綜合措施的日增油量，t/d；P水為水處理價格，元/m3；W降為綜合措施中堵后日降水量，m3/d；P電為工業(yè)用電價格，元/kW；Q投為控水措施總投入，元；Q功為潛油電泵電機功率，kW。

根據(jù)公式計算方法，得到應(yīng)用的4口井的效果如表1所示。

表1 效果評價表

從表1中可以看出，1#井的評價系數(shù)為2.8，說明具有很好的控水效果。而3#井有效期僅為93天，評價系數(shù)最小，說明控水工藝失敗。4#井沒有安裝化學(xué)封隔器，與2#井的評價系數(shù)相差不多，而3#井的化學(xué)封隔器的穩(wěn)壓時間最短，說明化學(xué)封隔工藝的性能直接決定了控水效果的優(yōu)劣。

3 結(jié)論

AICD控水技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景，對工藝技術(shù)參數(shù)的確定與操作規(guī)范，能有效指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)，提高油田穩(wěn)油控水技術(shù)水平。對現(xiàn)場應(yīng)用AICD技術(shù)工藝進行綜合評價探討，對現(xiàn)有的評價標準進行有效補充，進一步增加油田經(jīng)濟效益。

[1]龐 偉,陳德春,張仲平,等.非均質(zhì)油藏水平井分段變密度射孔優(yōu)化模型[J].石油勘探與開發(fā),2012,39(2)：214-221.

[2]饒富培,董云龍,吳杰生,等.大港油田底水油藏水平井控水完井工藝[J].石油鉆采工藝,2010,32(3)：107-109.

[3]張瑞霞,王繼飛,董社霞,等.水平井控水完井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].鉆采工藝,2012,35(4)：35-37.

[4]曾泉樹,汪志明,王小秋,等.一種新型 AICD的設(shè)計及其數(shù)值模擬[J].石油鉆采工藝,2015,37(2)：101-106.

[5]國家能源局.油井堵水效果評價方法：SY/T 5874—2012[S].北京：石油工業(yè)出版社,2012.

In view of the problem that there is no technical standards for the application of AICD intelligent water control process in oilfields,the AICD water control process and the evaluation criteria of its application effect are discussed according to the characteristics of process string,reservoir geology and production system in offshore oilfield.First of all,the chemical plugging agents used for packer,packers and releasing downhole tools were selected,and then the construction processes were analyzed.Finally,the water control effect of the process was evaluated.So a set of method for the determination of the technical parameters and construction specifications of offshore oilfield oil stabilization and water control and the evaluation of offshore oilfield oil stabilization and water control effect was developed.The method solves the problem of high water cut in offshore oilfields and improves the economic and social benefits of offshore oilfields.

AICD;oil stabilization and water control;standardization;effect evaluation

劉華偉（1985-），男，碩士，工程師，主要從事油田穩(wěn)油控水工藝、井下工具設(shè)計及研究等工作。

路 萍

2017-04-21