勝利海上疏松砂巖油藏分層防砂分層采油技術(shù)

何海峰

（中國石化勝利油田分公司孤東采油廠，山東東營 257237）

勝利海上油田主力層系館陶組為疏松砂巖油藏，具有油層多、井段長、夾層厚、層間非均質(zhì)性強(qiáng)和易出砂等特點，開發(fā)過程中因油井出砂和滲透率差異大造成的層間矛盾是影響其生產(chǎn)的主要因素[1-3]。特別是經(jīng)過多年強(qiáng)注強(qiáng)采，層間矛盾更加突出，注入水單層突進(jìn)或局部突進(jìn)比較嚴(yán)重，開發(fā)效果變差。目前，勝利油田98%的海上油井采用電動潛油泵合采[4]，在海上8口油井進(jìn)行了分層產(chǎn)液測試，測試發(fā)現(xiàn)，合采產(chǎn)液量為579.8 t/d，分層采產(chǎn)液量合計為1 256.2 t/d，合采產(chǎn)液量為分層采累計產(chǎn)液量的46.2%。測試結(jié)果表明，多層合采對油井產(chǎn)量產(chǎn)生了較大影響。因此，為使各油層均衡生產(chǎn)，充分發(fā)揮中低滲透層的產(chǎn)能，有必要進(jìn)行分層采油。針對海上疏松砂巖油藏，目前國內(nèi)外僅有中國海油應(yīng)用了分層防砂分層采油技術(shù)[5-6]。中國海油應(yīng)用分層防砂分層采油技術(shù)井的生產(chǎn)套管為φ244.5 mm套管，防砂后通徑達(dá)120.7 mm，滿足分層采油管柱下入要求。而勝利油田海上油井的生產(chǎn)套管主要為φ177.8 mm套管，防砂后通徑僅76.0 mm，無法直接應(yīng)用中國海油分層防砂分層采油技術(shù)。國內(nèi)陸上成熟的分層采油技術(shù)采用機(jī)械或液壓滑套控制各層的開關(guān)，主要針對的是有桿泵采油井，且不能在線調(diào)節(jié)流量[7-14]。因此，為滿足勝利海上電動潛油泵井分采要求，筆者研究了φ177.8 mm生產(chǎn)套管大通徑一步法分層充填防砂技術(shù)，確保防砂后通徑在90.0 mm以上，并下入具有自膨脹封隔功能的在線調(diào)節(jié)分層采油管柱，實現(xiàn)了在φ177.8 mm生產(chǎn)套管內(nèi)分層防砂分層采油。

1 大通徑分層充填防砂技術(shù)

目前勝利海上油田主要采用分層擠壓充填+全井循環(huán)充填防砂技術(shù)[15-17]，需要分2步完成，留井管柱為籠統(tǒng)防砂完井管柱，無法實現(xiàn)分層采油，同時該技術(shù)還存在以下問題：1）完成分層擠壓充填、起出分層充填管柱后，再次下入全井循環(huán)充填防砂管柱過程中地層易吐砂，導(dǎo)致近井地帶充填不密實；2）環(huán)空和炮眼采用籠統(tǒng)充填，由于層間差異大，易形成砂橋，造成環(huán)空充填不密實；3）留井防砂管柱通徑小，僅為76.0 mm，無法滿足后期分層采油管柱下入要求。因此，研發(fā)了大通徑分層充填防砂管柱，一趟管柱可實現(xiàn)3層以上的擠壓充填與循環(huán)充填施工，確保各層充填密實，同時留井管柱通徑達(dá)到98.6 mm，為后期分層采油提供了空間。

1.1 大通徑分層充填防砂管柱

大通徑分層充填防砂管柱由內(nèi)外服務(wù)管柱構(gòu)成（見圖1）：外服務(wù)管柱主要包括分層封隔器、外充填工具、反洗工具及防砂篩管等工具；內(nèi)服務(wù)管柱包括擠充轉(zhuǎn)換工具、開關(guān)控制裝置及內(nèi)充填工具等。通過拖動內(nèi)服務(wù)管柱，依次實現(xiàn)各層差異化防砂（壓裂、擠壓、循環(huán)或擠壓循環(huán)一體化），具備不動管柱快速充填及反洗井等功能，安全可靠。

圖1 大通徑分層充填防砂管柱Fig.1 Separate layer packing sand control pipe string with large diameter

1.2 分層充填防砂流程

在井口將內(nèi)外服務(wù)管柱連接好，下至設(shè)計位置，通過油管加壓至8 MPa坐封頂部封隔器，繼續(xù)加壓至18 MPa打開內(nèi)充填滑套，正轉(zhuǎn)油管實現(xiàn)丟手；上提內(nèi)服務(wù)管柱至定位裝置處，通過油管加壓至18 MPa坐封層間封隔器；下放管柱至外充填口位置進(jìn)行充填，充填結(jié)束后，不動管柱反洗井至出口處的洗井液不含砂，上提管柱充填上層，起出內(nèi)服務(wù)管柱，即可下入分層采油管柱。

1.3 分層充填防砂技術(shù)的特點

1）采用高承壓強(qiáng)懸掛分層封隔系統(tǒng)，解決了海上大排量地層充填過程中產(chǎn)生的25 MPa以上的工作壓差、500 kN上頂力。

2）采用不動管柱快速反洗井系統(tǒng)，解決了海上大斜度井施工過程中出現(xiàn)砂堵導(dǎo)致的反洗井困難等問題，確保了施工安全可靠。

3）采用擠壓循環(huán)充填一體化裝置。針對國內(nèi)外分層防砂管柱采用拖動內(nèi)管方式實現(xiàn)擠壓循環(huán)轉(zhuǎn)換時施工過程復(fù)雜、施工風(fēng)險高的問題，優(yōu)化設(shè)計了柔性擠充轉(zhuǎn)換工具，實現(xiàn)了原位擠壓、循環(huán)充填工序轉(zhuǎn)換。

1.4 分層充填防砂技術(shù)參數(shù)

分層充填防砂管柱適用于φ177.8 mm生產(chǎn)套管，可實現(xiàn)2～4層分層充填防砂，層間封隔密封壓力達(dá)到35 MPa，施工排量3～5 m3/min，最高砂比可達(dá)80%以上，留井管柱通徑達(dá)98.0 mm，為后期下入分層采油管柱提供了空間。

2 在線調(diào)節(jié)分層采油技術(shù)

該技術(shù)利用機(jī)電一體化原理[18-24]，采用電控方式在線調(diào)控井下流量閥。首先，將井下分層采油管柱下入留井分層防砂管柱內(nèi)，利用自膨脹封隔器實現(xiàn)層間封隔，實現(xiàn)油層分層；其次，在地面利用生產(chǎn)管柱攜帶的信號電纜控制井下流量閥的開關(guān)，實現(xiàn)分層采油，生產(chǎn)過程中還可以根據(jù)需要調(diào)整井下流量閥的開度，從而調(diào)節(jié)對應(yīng)油層的產(chǎn)液量，或直接關(guān)閉任一油層暫停生產(chǎn)，而單獨生產(chǎn)另一油層，實現(xiàn)選擇性換層（調(diào)節(jié)）采油。

2.1 在線調(diào)節(jié)分層采油管柱

在線調(diào)節(jié)分層采油管柱主要由安全閥、過電纜封隔器、電動潛油泵機(jī)組、電動潛油泵加強(qiáng)裝置、井下線纜分接器、測試儀、在線調(diào)節(jié)閥、開啟滑套、分層膨脹封隔器及配套的安全接頭和其他管柱輔助工具組成，如圖2所示。

圖2 電動潛油泵井分層采油管柱Fig.2 Separate layer oil production pipe string of a well with electric submersible pump

2.2 工作原理

采用遇油遇水膨脹封隔器分隔不同生產(chǎn)層位，實現(xiàn)分層，上遇油遇水膨脹封隔器在防砂管柱以上位置；下遇油遇水膨脹封隔器及配套安全接頭在防砂管柱內(nèi)腔，便于起出采油管柱遇阻時采取措施。分層采油管柱下至設(shè)計位置后，無需加壓坐封封隔器就能實現(xiàn)分層生產(chǎn)。

安裝在分層采油管柱上的井下在線調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)不同層位液流通道大小，實現(xiàn)流量在線調(diào)節(jié)功能。調(diào)節(jié)時，地面測控系統(tǒng)硬件模塊（控制箱）在地面通過信號電纜將控制指令發(fā)送給井下微型電機(jī)，通過井下微型電機(jī)調(diào)整井下流量閥的開度，并對操作過程進(jìn)行記錄和存儲。

2.3 主要技術(shù)特點

1）采用遇油遇水膨脹封隔器進(jìn)行分層，完井作業(yè)相關(guān)工具下至設(shè)計位置后無需加壓坐封，施工工藝簡便；

2）采用在線電動調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)了單層液量通道的實時在線調(diào)節(jié)；

3）管柱配套安全接頭具有安全拔斷功能，確保后期處理安全可靠；

4）采用電動潛油泵加強(qiáng)裝置，提高了電動潛油泵機(jī)組尾管的承重能力；

5）采用液壓式同心雙管液控安全開啟滑套，地面加壓后油層與油套環(huán)空同時提供備用液流通道，確保管柱無隱患正常生產(chǎn)。

2.4 技術(shù)指標(biāo)

分層采油管柱適用于φ177.8 mm生產(chǎn)套管，承壓壓力達(dá)到35 MPa，耐溫達(dá)120 ℃，適用于井斜角不大于60°的油井。

2.5 關(guān)鍵工具研制

2.5.1 遇油遇水膨脹封隔器

對于需要重新進(jìn)行防砂的井，可以在防砂管柱中配套密插筒，利用密插密封方式分隔油層，實現(xiàn)分層采油。但大部分已防砂油井在檢修電動潛油泵時由于底部防砂管柱下入時間短，仍然有效，無須重新防砂，因此研制了遇油遇水膨脹封隔器，以充分利用現(xiàn)有防砂管柱實現(xiàn)分層采油。

遇油遇水膨脹膠筒封隔器主要由上接頭、中心管、上擋帽、下?lián)趺焙凸潭ㄤN釘?shù)冉M成，如圖3所示。

油井實施分層采油時，可充分利用現(xiàn)有防砂管柱，在防砂管柱內(nèi)上下層中間無節(jié)箍位置下入小型遇油遇水膨脹封隔器，生產(chǎn)后遇油遇水膨脹膠筒與井內(nèi)液體充分接觸，可自行膨脹，形成分層密封。

采用遇油遇水膨脹封隔器分層時，封隔器不需加壓坐封即可膨脹實現(xiàn)密封分層，施工工藝簡單；遇油遇水膨脹膠筒與井內(nèi)液體充分接觸7 d即可達(dá)到要求的分隔效果。

圖3 遇油遇水膨脹封隔器的結(jié)構(gòu)Fig. 3 Structure of oil and water swelling packer

遇油遇水膨脹封隔器的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 遇油遇水膨脹封隔器的技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of oil and water swelling packer

2.5.2 在線電動調(diào)節(jié)閥

在線電動調(diào)節(jié)閥主要由壓環(huán)、上接頭、連接頭、電機(jī)管、電動機(jī)、轉(zhuǎn)動軸、彈簧、外管、滑套、限位套、活塞、T形盤根和下接頭等組成，如圖4所示。

圖4 在線電動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of online electric regulating valve

在線電動調(diào)節(jié)閥連接于分層采油管柱需控制產(chǎn)液量油層的位置，關(guān)閉生產(chǎn)油層時，地面控制儀發(fā)出控制信號，控制信號通過信號電纜輸送至井下在線電動調(diào)節(jié)閥，控制井下在線電動調(diào)節(jié)閥電動機(jī)正反轉(zhuǎn)動，電動機(jī)帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，限位套在傳動軸轉(zhuǎn)動過程中與滑套發(fā)生相對移動，同時帶動活塞移動，活塞與滑套相互配合，實現(xiàn)在線電動調(diào)節(jié)閥連通與關(guān)閉狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，在線電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行打開動作；電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，在線電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行關(guān)閉動作。通過電動機(jī)正反旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)控制電動調(diào)節(jié)閥打開和關(guān)閉的程度。

在線電動調(diào)節(jié)閥內(nèi)部無復(fù)雜電路元器件，可靠性較高；其內(nèi)部設(shè)計有限位防卡堵機(jī)構(gòu)，活塞軸向運(yùn)動到達(dá)全開或全關(guān)位置時不會發(fā)生卡堵現(xiàn)象；在線電動調(diào)節(jié)閥的開度可調(diào)，可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)，以改變對應(yīng)油層的產(chǎn)液量。

在線電動調(diào)節(jié)閥的最大外徑139.0 mm，最小通徑62.0 mm，額定壓力25 MPa，連接螺紋為φ48.3 mm TBG，最高耐溫125 ℃。

3 現(xiàn)場試驗

在勝利埕島油田埕北20C-A井進(jìn)行了分層防砂試驗，該井共鉆遇油層33.60 m/12層，于2012年

10月采用電動潛油泵投產(chǎn)，防砂方式為精密復(fù)合濾砂管循環(huán)充填防砂。2015年7月由于砂埋油層躺井，躺井前日產(chǎn)液量148 t，日產(chǎn)油量7.3 t，含水率95.1%。為提高不同油層的開發(fā)效果，采用大通徑分層充填防砂管柱進(jìn)行分層防砂，通過差異化充填防砂，改造近井地帶的地層，釋放油層潛能，同時提高近井地帶滲流能力及擋砂屏障強(qiáng)度，以滿足油井生產(chǎn)需求，延長防砂有效期。根據(jù)地質(zhì)要求及測井解釋結(jié)果，將8#、13#等5個小層（1 816.30～2 019.40 m井段）作為1個層（以下簡稱為下層）進(jìn)行循環(huán)充填防砂，將6#、7#作為1個層（1 742.50～1 755.00 m井段）（以下簡稱為上層）進(jìn)行擠壓充填防砂。

下層循環(huán)充填陶粒2.8 m3，上層擠壓充填陶粒22.4 m3。分層防砂施工后3個月平均日產(chǎn)液量130 t，日產(chǎn)油量26 t，含水率80%，比分層防砂前日增油18.7 t，含水率降低15.1百分點，較大程度地發(fā)揮了各層的產(chǎn)能。分層防砂在海上油井的成功實施，驗證了分層防砂技術(shù)的可靠性。

此后，又在陸上2口井進(jìn)行了分層采油試驗。之所以選擇在陸上油井進(jìn)行現(xiàn)場試驗，是為了降低試驗成本。但選擇的試驗井（GO2-17-A井和GO4-19-B井），其所鉆遇的儲層與勝利海上疏松砂巖油藏儲層物性相近，完井工具尺寸也相同。以GO4-19-A井為例介紹試驗情況，其生產(chǎn)層位情況見表2。

表2 GO4-19-A井生產(chǎn)層位Table 2 Production layer of Well GO4-19-A

該井2個生產(chǎn)層位的滲透率分別為1 116和1 498 mD，在該井進(jìn)行分層采油和分層測試，驗證電動潛油泵井分層采油技術(shù)的可行性。該井完井生產(chǎn)初期對52層進(jìn)行了單采，日產(chǎn)液42.5 t，日產(chǎn)油0.5 t，含水率98.8%。52層單采完成后，關(guān)閉52層，對32層進(jìn)行了單采，日產(chǎn)液量38.7 t，日產(chǎn)油量0.8 t，含水率97.9%。地面控制逐層單采生產(chǎn)，利用逐層單采生產(chǎn)資料，優(yōu)化52層和32層的產(chǎn)液量，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果調(diào)節(jié)52層流量閥開度，將該層產(chǎn)液量控制在37.5 t，32層流量閥全部打開。優(yōu)化后52層含水率由98.8%降至96.0%，32層含水率不變，兩層分采合計日產(chǎn)油量2.3 t，比兩層合采平均日增油1.0 t，取得了較好的控水增油效果。

4 結(jié) 論

1）針對勝利海上疏松砂巖油藏現(xiàn)有籠統(tǒng)充填防砂不密實、防砂通徑小的問題，研發(fā)了內(nèi)通徑為98.0 mm的分層充填防砂管柱，增大了防砂后的通徑，實現(xiàn)了分層防砂，便于后期實施分層采油。

2）研制了遇水遇油膨脹封隔器，其膨脹膠筒與井內(nèi)液體充分接觸后可自行膨脹，實現(xiàn)密封。

3）研制了井下在線電動調(diào)節(jié)閥，通過地面控制儀控制井下在線電動調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)控油井各層段產(chǎn)液量。

4）現(xiàn)場試驗表明，采用分層防砂分層采油技術(shù)可解決層間矛盾，充分發(fā)揮各油層的作用，提高產(chǎn)油量，降低含水率。