水平井分段智能控水采油技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

王艷麗

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院，山東 東營(yíng) 257000)

水平井是實(shí)現(xiàn)底水油藏開發(fā)的有效手段，能夠滿足生產(chǎn)井泄油面積大的需求。但是，由于油藏的不均質(zhì)性和井筒進(jìn)液的非均衡性，底水錐進(jìn)、見水后產(chǎn)量下降快仍然是當(dāng)前面臨的一個(gè)難題[1]。ICD(流入控制閥)技術(shù)作為較為先進(jìn)的采油方法之一，已成為國(guó)外水平井完井的主要技術(shù)[2]，例如貝克休斯Spiral ICD、哈里伯頓EquiFlow ICD和威德福FloReg ICD等。為提高水平井各段的采收率，通過地面預(yù)設(shè)控水參數(shù)的ICD技術(shù)已經(jīng)不能夠滿足復(fù)雜井下生產(chǎn)調(diào)節(jié)的要求[3]，因此研究水平井分段智能控水采油技術(shù)顯得特別重要。水平井分段智能控水采油技術(shù)利用AICD(智能控水閥)和分段封隔器實(shí)現(xiàn)水平井各段產(chǎn)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。在科學(xué)分段的基礎(chǔ)上，封隔器實(shí)現(xiàn)各射孔點(diǎn)油套環(huán)空的有效分隔；每一個(gè)射孔段安放特定規(guī)格的AICD閥，自動(dòng)調(diào)整該段的進(jìn)液量；通過各段進(jìn)液量的改變，有效減緩或避免高含水影響水平井的正常生產(chǎn)。在闡述AICD智能控水閥和控水采油工藝管柱的基礎(chǔ)上，介紹了水平井分段智能控水采油技術(shù)在勝利油田DXX68-P8井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明，該井采用4級(jí)智能控水閥，在保證產(chǎn)液量穩(wěn)定的前提下，油井含水量呈現(xiàn)出逐步下降趨勢(shì)。

1 AICD智能控水閥

AICD智能控水閥利用伯努利原理(式1)，即靜壓、動(dòng)壓和摩阻的和是一個(gè)常數(shù)。

(1)

當(dāng)?shù)宛ざ人驓怏w流過時(shí)降低摩阻壓力，形成較高流速，將浮盤吸附到閥嘴，限制水或氣體流過；當(dāng)高黏度油流過時(shí)增加摩阻壓力，推動(dòng)浮盤遠(yuǎn)離閥嘴，提高油流量,如圖1所示。

圖1 AICD智能控水閥示意圖

將AICD智能控水閥鑲嵌于篩管上，外面覆上防砂網(wǎng)、支撐層和保護(hù)套(圖2)，可有效防止地層砂、微小顆粒進(jìn)入控水裝置內(nèi)部形成堵塞?？讖礁鶕?jù)目標(biāo)井原油黏度、地層水黏度、產(chǎn)油量及產(chǎn)水量等參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖2 智能控水篩管示意圖

2 分段控水采油管柱設(shè)計(jì)

根據(jù)油藏水平段物性特點(diǎn)，使用封隔器將水平段進(jìn)行分隔，封隔器之間安裝不同參數(shù)配置的AICD智能控水閥，其可以根據(jù)地層液體黏度、流速自動(dòng)調(diào)整控制流量。

2.1 分段設(shè)計(jì)

由于油藏的非均質(zhì)性，水平井鉆遇地層的物性條件通常不盡相同。根據(jù)Darcy定律可知，在油藏流體滲流過程中，物性好的儲(chǔ)層滲流阻力小，同一生產(chǎn)壓差下，物性好的產(chǎn)液速度較物性差的部位快，底水脊進(jìn)的速度也會(huì)更快。因此，水平井分段原理利用油藏描述成果、水平井錄井資料，根據(jù)已經(jīng)取得的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，分析水平井所在油藏儲(chǔ)層展布特征、儲(chǔ)層巖性特征、油藏構(gòu)造特征、壓力系統(tǒng)特點(diǎn)，綜合評(píng)判確定完井須卡封的井段。

2.2 控水閥參數(shù)設(shè)計(jì)

合理的控水閥參數(shù)是實(shí)現(xiàn)各段優(yōu)化生產(chǎn)的前提和關(guān)鍵。一是油、水通過AICD閥時(shí)的壓降變化；二是AICD控水閥孔徑，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為控流壓降與進(jìn)液通道孔徑有關(guān)[4-6]，隨著孔徑的增大而降低，但是兩者之間不是簡(jiǎn)單的對(duì)比關(guān)系。

2.2.1 油、水介質(zhì)流動(dòng)壓降

為了驗(yàn)證AICD智能控水閥的效果，筆者采用Fluent軟件對(duì)結(jié)構(gòu)流道內(nèi)的流體流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬。假設(shè)固壁邊界為無滑移邊界條件、采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法處理邊界湍流；定流量生產(chǎn)，求得對(duì)應(yīng)流量條件下的壓降變化，計(jì)算結(jié)果見圖3所示。

圖3中2條曲線代表流量5、10、15、20、25、30、35 m3/d條件下計(jì)算的油、水在結(jié)構(gòu)內(nèi)流動(dòng)壓降的情況。結(jié)果表明結(jié)構(gòu)對(duì)水產(chǎn)生壓降呈現(xiàn)指數(shù)遞增規(guī)律，對(duì)油產(chǎn)生壓降遞增趨勢(shì)相對(duì)緩慢?？梢娺@兩種流體在AICD智能控水閥中均受到流動(dòng)阻力影響，水的流動(dòng)阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油，除非流量很小(如僅為1.5 m3/d)，否則AICD智能控水閥對(duì)油、水產(chǎn)生的附加流動(dòng)阻力不可忽略。

圖3 AICD智能控水閥油水流動(dòng)壓降計(jì)算結(jié)果

2.2.2 孔 徑

利用油、氣、水混合流體綜合分析AICD智能控水閥孔眼直徑2.5、3、5、7.5 mm 4種情況下的壓降隨流量的變化情況，如圖4所示。

圖4 AICD智能控水閥孔徑與流動(dòng)壓降計(jì)算結(jié)果

圖4中曲線代表不同流量下4種孔徑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的流動(dòng)壓降情況。結(jié)果表明，隨著孔徑的減小，附加流動(dòng)壓降大大增加，這主要是因?yàn)樾】讖焦?jié)流作用更加明顯；2.5、5、7.5 mm三種孔徑流動(dòng)壓降增加呈現(xiàn)非正比關(guān)系，前者要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后兩種結(jié)構(gòu)。實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)流量較小時(shí)，可考慮選用小尺寸孔徑控水閥(如2.5或3 mm)；當(dāng)流量較大時(shí)，可考慮選用較大尺寸孔徑的控水閥，這種情況下的流動(dòng)壓降達(dá)到了節(jié)流的目的。

3 施工工藝

控水采油管柱總成自上而下依次為：引鞋+可關(guān)滑套+1#AICD智能控水閥+封隔器+2#AICD智能控水閥+封隔器+……+N#AICD智能控水閥+Y445封隔器+校深短節(jié)+2-7/8″油管至井口。

管柱入井到位后經(jīng)校深、反循環(huán)洗井，利用水泥車環(huán)空注入洗井液，油管內(nèi)返出液，然后投入Φ38 mm空心鋼球并泵入，記錄井口懸重；空心鋼球到位后，正向打壓，穩(wěn)壓，坐封封隔器。觀察懸重驗(yàn)證懸掛情況。液壓丟手，下泵投產(chǎn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前，水平井分段智能控水采油技術(shù)在勝利油田已經(jīng)完成DXX68-P8井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

4.1 基本數(shù)據(jù)

DXX68-P8井在2015年11月完井，油藏埋深2 300 m，有效滲透率230×10-3μm2，以中高滲透層為主。地面原油密度0.956 3 g/cm3，89 ℃、25 MPa下原油密度0.904 6 g/cm3；地面原油黏度4 691.8 mPa·s，89 ℃、25 MPa下黏度為258 mPa·s；原油體積系數(shù)1.06；地下水密度為1.14 g/cm3，黏度為1.0 mPa·s；氣體密度為0.04 g/cm3，黏度為0.026 mPa·s。

4.2 參數(shù)優(yōu)化

目前射孔生產(chǎn)段只有4段，分別為：2 381.2～2 390 m、2 463.0～2 490 m、2 500～2 540 m、2 550～2 572 m。采用分段封隔器將4個(gè)射孔段卡封，就可以達(dá)到分段控制進(jìn)水量的目的，如圖5所示，每段均安放4個(gè)智能控水閥。

圖5 依據(jù)射孔情況分段示意圖

由圖3可知，當(dāng)流量大于1.5 m3/d時(shí)，AICD智能控水閥對(duì)油、水產(chǎn)生的附加流動(dòng)阻力才能顯現(xiàn)出來，因此該井單個(gè)射孔段排量需要大于6 m3/d，為達(dá)到應(yīng)用目的，可通過調(diào)節(jié)沖刺提升產(chǎn)液量。

4.3 油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)

DXX68-P8井于2015年12月實(shí)施水平井分段智能控水采油工藝，作業(yè)前生產(chǎn)制度為Φ44 mm×1 600 m×6 m×2次/min，日產(chǎn)液23.3 m3，含水率94.5%；作業(yè)后生產(chǎn)制度為Φ44 mm×1 800 m×6 m×2次/min，日產(chǎn)液21.4 m3，含水率波動(dòng)較大(93%～97.5%)，分析原因?yàn)橹悄芸厮y的開關(guān)動(dòng)作影響了各段進(jìn)液。后期提液將生產(chǎn)制度改為Φ44 mm×1 800 m×6 m×2.5次/min，含水率波動(dòng)幅度降低，平均含水率下降至93.9%，呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)(圖6)。

圖6 DXX68-P8井作業(yè)前后含水量對(duì)比

5 結(jié) 論

(1)水平井分段智能控水采油技術(shù)能夠根據(jù)各射孔段含水量自動(dòng)調(diào)整進(jìn)液，對(duì)底水油藏的開發(fā)具有至關(guān)重要的作用。

(2)DXX68-P8井的施工情況表明，分段智能控水采油工具可靠、工藝簡(jiǎn)單，能夠調(diào)整油井含水量，油井含水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

(3)鑒于水平井分段智能控水采油技術(shù)在延緩底水錐進(jìn)方面的作用，將在智能控水閥安放數(shù)量、生產(chǎn)制度優(yōu)化方面進(jìn)一步研究。