調(diào)流控水篩管配合顆粒充填控水技術(shù)研究與試驗(yàn)

萬(wàn)小進(jìn), 吳紹偉, 周泓宇, 袁 輝, 宋立志

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司)

油井控水技術(shù)主要分在井筒中開(kāi)展工作的機(jī)械控水與在近井地帶開(kāi)展工作的化學(xué)堵控水。截至目前，南海西部油田共實(shí)施機(jī)械控水3井次，成功率100%，雖然機(jī)械控堵水作業(yè)取得了較好的措施效果，但機(jī)械控堵水工藝主要存在找水難、篩管完井的老井難以建立有效的封隔單元、選井門(mén)檻高等難題，極大制約了常規(guī)機(jī)械控水的推廣應(yīng)用。南海西部油田共實(shí)施化學(xué)控堵水8井次，僅有3井次達(dá)到了預(yù)期效果，成功率僅為37.5%，且成功井的增油降水效果有限，化學(xué)控堵水主要存在用液量大、泵注風(fēng)險(xiǎn)高、儲(chǔ)層保護(hù)難度大等多種問(wèn)題[1-3]。結(jié)合目前機(jī)械和化學(xué)控堵水難題，本文提出了一種調(diào)流控水篩管配合顆粒充填的多級(jí)分段控水工藝技術(shù)。

一、技術(shù)原理

針對(duì)目前機(jī)械控堵水找水難、選井門(mén)檻高、化學(xué)控堵水儲(chǔ)層保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)大、措施成功率低等問(wèn)題，開(kāi)展了封隔體控水新工藝技術(shù)研究，該工藝?yán)贸涮罹o實(shí)的顆粒層，降低環(huán)空軸向竄流量；調(diào)流控水篩管增加儲(chǔ)層流體流入井筒內(nèi)的流動(dòng)阻力，減小高滲層的生產(chǎn)壓差，調(diào)整全井筒壓力剖面，實(shí)現(xiàn)全井段均勻產(chǎn)出；在高含水井段下入具有較大節(jié)流能力的調(diào)流控水閥，抑制高滲水層的產(chǎn)出，為其余低滲產(chǎn)油段增加生產(chǎn)壓差，從而實(shí)現(xiàn)控水增油(圖1)。

圖1 控水工藝技術(shù)原理示意圖

1. 封隔顆粒軸向防竄流機(jī)理

假設(shè)組成封隔體的技術(shù)參數(shù)如下：以?xún)?nèi)徑157 mm套管為井壁，下入內(nèi)徑76 mm控水篩管；控水篩管長(zhǎng)度為10 m，過(guò)濾段長(zhǎng)8 m，盲管段長(zhǎng)2 m(圖2)。則L徑向=1.9 cm，A徑向=80 cm2，L軸向=200 cm，A軸向=30144 cm2，根據(jù)式(1)、式(2)得滲流阻力f：

(1)

(2)

(3)

式中：f—滲流阻力，MPa；Δp—生產(chǎn)壓差，MPa；Q—產(chǎn)液量，m3；μ—流體黏度，mPa·s；K—滲透率，mD；L—篩管長(zhǎng)度，cm；A—截面積，cm2。

由于流體相同，封隔顆粒的滲透率各向相同，所以μ和K的徑向和軸向數(shù)值相同，可得：

(4)

通過(guò)理論計(jì)算，10 m篩管充填封隔顆粒后軸向滲流阻力約為徑向滲流阻力的4×104倍。

圖2 封隔體控水理論分析模型示意圖

2. 調(diào)流控水篩管技術(shù)原理

調(diào)流控水篩管可在常規(guī)防砂篩管上增加流量調(diào)節(jié)功能，通過(guò)設(shè)置不同的噴嘴大小，使水平井各段均衡產(chǎn)液，通過(guò)設(shè)置流量界限，限制高產(chǎn)水段的產(chǎn)液量。調(diào)流控水篩管與充填的封隔顆粒配合使用，取代了常規(guī)裸眼封隔器的應(yīng)用，可把水平井段分隔成多個(gè)分段，將經(jīng)過(guò)每段篩管的流體集中控制并分別配置不同大小的噴嘴，地層流體流經(jīng)噴嘴時(shí)將產(chǎn)生不同的流動(dòng)阻力，達(dá)到均衡產(chǎn)液剖面的效果[4-10]。地層流體經(jīng)過(guò)篩管的過(guò)濾層后，在基管與過(guò)濾層之間的環(huán)形空間內(nèi)橫向流動(dòng)，再通過(guò)噴嘴流到管內(nèi)，調(diào)流控水篩管結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 噴嘴型調(diào)流控水篩管示意圖

二、實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)裝置總長(zhǎng)為2 m，外部為內(nèi)徑124 mm的套管，內(nèi)部為內(nèi)徑73 mm的普通篩管，環(huán)空充填40～60目的封隔顆粒。

徑向阻力測(cè)量(圖4)時(shí)采用20 mP·s的真空油，軸向阻力測(cè)量(圖5)時(shí)采用1 mP·s的水，測(cè)試參數(shù)如表1所示。徑向阻力平均值(對(duì)于20 mP·s的真空泵油)f徑向= 0.03 MPa/(m3/d)；軸向阻力平均值(對(duì)于1 mP·s的水)f軸向=7.86 MPa/(m3/d)；由上述數(shù)據(jù)可得：在不考慮流體介質(zhì)黏度不同的情況下，軸向阻力/徑向阻力=7.86/0.03=262，若考慮測(cè)試時(shí)流體介質(zhì)黏度的差異，軸向阻力/徑向阻力為5 240，由此可見(jiàn)當(dāng)環(huán)空充填滿(mǎn)封隔顆粒介質(zhì)后：①?gòu)较蜃枇苄?，幾乎不影響流體的流動(dòng)；②軸向阻力很大，一定程度限制流體的流動(dòng)，從而大幅降低流體的軸向竄流量。

圖4 徑向滲流阻力實(shí)驗(yàn)測(cè)試示意圖

圖5 軸向滲流阻力實(shí)驗(yàn)測(cè)試示意圖

表1 滲流阻力實(shí)驗(yàn)測(cè)試參數(shù)表

三、目標(biāo)井概況

南海西部潿洲11-4油田A22井是2003年2月投產(chǎn)的一口水平井，生產(chǎn)層位為下洋組，采用內(nèi)徑157 mm的套管射孔完井，水平段長(zhǎng)160 m，其中射孔段為140 m，2016年12月由于出砂、高含水等原因?qū)е玛P(guān)停。

1. 出水原因分析

A22井無(wú)水采油期98 d，水驅(qū)方式為邊、底水共同驅(qū)動(dòng)，受油層下部鈣質(zhì)夾層影響，底水繞過(guò)夾層，從東北向推進(jìn)。水平段跟端(1 180～1 220 m)平均滲透率為205 mD，水平段(1 280～1 340 m)趾端平均滲透率為713 mD，受層間非均質(zhì)性影響，趾端水淹程度強(qiáng)于跟端，物性較差、產(chǎn)出比例少的跟端剩余潛力較大。從數(shù)值模擬結(jié)果來(lái)看，縱向上數(shù)模顯示該油組已基本水淹，水平段跟端具有一定剩余油存在(含油飽和度33%)，水平段趾端水淹嚴(yán)重(含油飽和度20.0%～24.0%)；平面上剩余油主要分布在儲(chǔ)層上部井間位置；數(shù)模擬合認(rèn)為由于邊底水共同作用，生產(chǎn)初期水平段趾端首先見(jiàn)水，后期油水界面抬升(約7 m)，整個(gè)水平段水淹嚴(yán)重，但跟端剩余油富集，具有一定的穩(wěn)油控水潛力。

2. 出砂原因分析

2016年9月該井檢泵修井后發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層出砂，完井期間未防砂。從出砂預(yù)測(cè)分析來(lái)看，產(chǎn)層段1 310～1 340 m存在局部出砂風(fēng)險(xiǎn)，但該井射孔時(shí)未避射出砂風(fēng)險(xiǎn)段，且該井泥質(zhì)含量高達(dá)20.9%，關(guān)停前含水高達(dá)96%，已開(kāi)采14年未見(jiàn)出砂，隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，地層膠結(jié)強(qiáng)度和出砂指數(shù)都在降低，超過(guò)出砂臨界點(diǎn)導(dǎo)致出砂。

四、方案設(shè)計(jì)

1. 封隔顆粒選擇

通過(guò)對(duì)該井取出砂樣進(jìn)行粒度分析，該井砂樣粒度中值為60 μm，根據(jù)索西埃方法，該井顆粒充填目數(shù)為40～60目，考慮同時(shí)解決該井防砂和控水問(wèn)題，由于調(diào)流控水篩管具有一定的節(jié)流效應(yīng)，封隔顆粒充填在調(diào)流控水篩管外環(huán)空，所以封隔顆粒必須滿(mǎn)足密度小、低排量易攜帶,才能滿(mǎn)足調(diào)流控水篩管的充填需求。綜合以上，采用了與海水密度幾乎相同的輕質(zhì)顆粒，滿(mǎn)足易攜帶、充填的性能，且為達(dá)到良好的軸向防竄流功能，封隔顆粒的圓球度等基礎(chǔ)物理性能需優(yōu)于常規(guī)陶粒(表2)。

表2 封隔顆粒與常規(guī)陶粒物理性能對(duì)比表

2. ICD篩管設(shè)計(jì)

由于該井采用?177.8 mm套管射孔完井，ICD篩管選用內(nèi)徑76 mm的基管，外徑120 mm，結(jié)合儲(chǔ)層溫度和流體性質(zhì)，選擇防硫化氫腐蝕的的L80-1Cr基管，篩管過(guò)濾精度為120 μm。由于趾端水洗程度高，屬于高產(chǎn)水段，采用強(qiáng)控流方式抑制該段地層水的產(chǎn)出。跟端水洗程度弱，含油率高，為主要產(chǎn)油段，采用弱控流方式抑制該段地層水的產(chǎn)出。結(jié)合該井地質(zhì)、油藏及生產(chǎn)情況，設(shè)計(jì)出該井不同層段的調(diào)流控水篩管參數(shù)配置(表3)。

表3 X1井方案設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

五、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

2018年2月，A22井實(shí)施了封隔體控水作業(yè)。首先對(duì)原井筒進(jìn)行沖砂，沖砂作業(yè)結(jié)束后，按照設(shè)計(jì)方案及現(xiàn)場(chǎng)情況，累計(jì)下入180 m ICD篩管。按照顆粒粒徑40～60目，砂比濃度2%，排量7.8～48 m3/h，泵壓2～7 MPa，當(dāng)實(shí)際充填顆粒量超過(guò)設(shè)計(jì)顆粒量(1.39 m3)時(shí)，通過(guò)降低充填壓力至2 MPa，此時(shí)充填排量已低于設(shè)計(jì)結(jié)束排量，停止充填作業(yè)，由于部分顆粒進(jìn)入射孔炮眼及部分虧空地層內(nèi)，實(shí)際充填顆粒累計(jì)1.6 m3，充填效率115%，充填結(jié)束后直至反洗循環(huán)無(wú)顆粒返出，結(jié)束該井顆粒充填作業(yè)。

作業(yè)后該井不出砂，測(cè)試產(chǎn)液量380 m3/d，產(chǎn)油量90 m3/d，含水76%，較措施前產(chǎn)油增加30 m3/d、含水降低20%，且提供1 100 m3/d的液量空間供該平臺(tái)其它井提液使用。

六、結(jié)論與建議

(1)利用充填緊實(shí)的輕質(zhì)顆粒充填層與ICD篩管配合，一定程度上限制了流體環(huán)空軸向竄流，取代了常規(guī)管外封隔器的使用，實(shí)現(xiàn)了量變到質(zhì)變，達(dá)到了10 m一個(gè)流動(dòng)單元，為海上長(zhǎng)井段高含水油井控水提供了新思路。

(2)建議開(kāi)發(fā)井實(shí)施階段，即可采用該工藝，進(jìn)行預(yù)防性控水，避免后期作業(yè)的復(fù)雜性。

(3)建議結(jié)合目前流體流動(dòng)自動(dòng)控制閥智能控水(AICD)、疏水覆膜砂等控水技術(shù)，對(duì)封隔顆粒及調(diào)流控水篩管開(kāi)展進(jìn)一步的攻關(guān)和研究。