綜合防堵新技術(shù)海上油田應(yīng)用實(shí)踐

李 凡，熊書權(quán)，楊天笑，吳斯佳

（中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，深圳 518000）

疏松砂巖油藏在生產(chǎn)時(shí)受流體拖拽力影響，油井出砂易造成砂堵、砂卡，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起井壁或油層坍塌損壞套管甚至躺井。同時(shí)，高泥質(zhì)含量合并稠油的黏滯作用，隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)在近井地帶易形成泥餅從而堵塞滲流通道，導(dǎo)致油井產(chǎn)能急速下降[1-2]；出砂的同時(shí)造成地層中流體運(yùn)移孔道增大，加速油井含水上升和油水界面推進(jìn)，降低油田開發(fā)效果，縮短經(jīng)濟(jì)年限，因而防堵、維持產(chǎn)能和控水是高泥質(zhì)含量疏松砂巖稠油油藏開發(fā)亟待解決的難題[3-6]。

1 研究目的

M油田位于中國(guó)南海東部珠江口盆地，三角洲前緣沉積[7]，埋深約1 200 m，邊底水交互稠油油藏，非均質(zhì)性強(qiáng)，泥質(zhì)含量高。油田內(nèi)90%以上水平井采用ICD優(yōu)質(zhì)篩管防砂完井，投產(chǎn)半個(gè)月產(chǎn)能驟降2/3左右，隨后遞減趨勢(shì)減緩，產(chǎn)能逐漸降至初產(chǎn)的1/6至1/8。截至2018年年底，油田采出程度僅2.3%，綜合含水達(dá)63.6%，采油速度1.1%。

目標(biāo)井即為采用ICD優(yōu)質(zhì)篩管的水平井，投產(chǎn)2個(gè)月后，在壓差基本不變的情況下產(chǎn)液量下降為投產(chǎn)初期的1/3，一年半后產(chǎn)能下降了4/5（圖1），經(jīng)分析認(rèn)為近井地帶堵塞是造成該井產(chǎn)能下降的主要原因。

本文介紹的綜合防堵技術(shù)克服了國(guó)內(nèi)外防砂控水技術(shù)的弊端，針對(duì)砂泥堵塞油井，能有效實(shí)現(xiàn)防堵、穩(wěn)產(chǎn)并兼顧控水的目標(biāo)，既可作為稠油油田的有效治理措施，也可指導(dǎo)同類油田開發(fā)實(shí)踐。

圖 1 篩管完井油井產(chǎn)能變化圖Fig. 1 Production capacity diagram of screen completion oil well

2 CPI綜合防堵技術(shù)適用性分析

CPI綜合防堵技術(shù)是在井筒和近井筒地帶充填與儲(chǔ)層條件相適配的封隔體顆粒，設(shè)定流體“天花板流量”，利用封隔體顆粒粒間孔毛管張力的“人工井壁”作用以及ICD控流裝置，有效抑制流體徑向和軸向竄流，減少流體運(yùn)移過程中對(duì)砂巖和泥巖的攜帶；結(jié)合控水篩管結(jié)構(gòu)中的過濾網(wǎng)，達(dá)到雙重防砂控水功能。

噴嘴型ICD篩管目前已是海上油田廣泛使用的成熟技術(shù)，可根據(jù)不同噴嘴數(shù)量與孔徑尺寸調(diào)節(jié)裝置性能，形成ICD節(jié)流閥系統(tǒng)，在此不做贅述，而重點(diǎn)介紹的是封隔體顆粒的技術(shù)原理。

2.1 物理性能

封隔體顆粒為白色透明或半透明球體高分子混合物，視密度接近海水，具有很強(qiáng)的可充填性，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)流速為6 L/min。與常規(guī)充填陶粒相比，其破碎率、酸溶蝕度、圓球度等基本性質(zhì)均更優(yōu)（表1）。

2.2 軸向封隔作用分析

封隔體的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)為：7″套管井壁，內(nèi)徑157 mm；下入3-1/2″ICD篩管（外徑120 mm），ICD篩管長(zhǎng)度設(shè)定10 m，包含過濾段長(zhǎng)8 m，盲管段2 m。

假設(shè)充填顆粒軸向、徑向滲流阻力相同，根據(jù)假設(shè)：

表 1 封隔體顆粒基礎(chǔ)物理性能對(duì)照表Table 1 Comparison table of basic physical properties of CPI

利用ICD篩管的幾何特征，徑向和軸向滲流阻力比為：

式中：Lradial為徑向過流長(zhǎng)度，cm；Aradial為徑向過流面積，cm2；Laxial為軸向過流長(zhǎng)度，cm；Aaxial為軸向過流面積，cm2；fradial為徑向滲流阻力，無因次；faxial為軸向滲流阻力，無因次。

2.3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)理論分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置為：外部5-1/2″套管，內(nèi)徑122 mm；內(nèi)部2-7/8″篩管，外徑73 mm；設(shè)計(jì)裝置總長(zhǎng)2 m，實(shí)驗(yàn)裝置入口、出口處分別設(shè)計(jì)測(cè)壓點(diǎn)，壓耗 ΔP由兩點(diǎn)間差值計(jì)算得出，實(shí)驗(yàn)裝置流量恒定，在流體出口處進(jìn)行流量測(cè)量。

對(duì)于20 mPa·s的真空泵油，徑向阻力測(cè)量結(jié)果為：

式中：ΔP為 流體出入口壓差，MPa；Q為測(cè)量流量，m3/d。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軸向上滲流阻力是徑向上滲流阻力的260倍以上。

2.4 封隔體顆粒充填性能

設(shè)計(jì)5-1/2″套管井筒內(nèi)裝有10個(gè)2-7/8″控水篩管的模擬井筒，總長(zhǎng)度100 m，選擇石英砂和封隔體顆粒分別對(duì)井筒進(jìn)行循環(huán)充填。

在0.3 MPa下，充填流量35 L/min，攜砂液通過注入裝置進(jìn)入控水篩管與模擬井筒所在的環(huán)空，當(dāng)流量降至攜帶充填物的臨界流量時(shí)，充填物在井筒環(huán)空中開始堆積，觀察充填物堆積環(huán)空所覆蓋的控水篩管根數(shù)。

實(shí)驗(yàn)顯示，封隔體顆?？商顫M10根ICD篩管，石英砂僅填滿2根，性能遠(yuǎn)遜于封隔體顆粒。

3 方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

3.1 目標(biāo)井井況概述

目標(biāo)井所在儲(chǔ)層為邊水稠油油藏，砂巖儲(chǔ)層，油藏壓力13.766 MPa，油藏溫度75.0 ℃，地層原油黏度約110 mPa·s。目標(biāo)井完井結(jié)構(gòu)圖見圖2。

2017年2月5日投產(chǎn)后，1個(gè)月內(nèi)產(chǎn)能由18.4 m3/（d·MPa）降至6.9 m3/（d·MPa），2018年9月產(chǎn)能繼續(xù)下降至4.0 m3/（d·MPa）。

圖 2 目標(biāo)井ICD優(yōu)質(zhì)篩管完井結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 ICD high-quality screen completion structure

3.2 封隔體充填方案設(shè)計(jì)

分析認(rèn)為水平段非均質(zhì)性強(qiáng)、儲(chǔ)層物差、邊水驅(qū)動(dòng)地層缺少有效能量補(bǔ)充、稠油與泥砂包裹堵塞篩管等是該井低產(chǎn)的主要原因。計(jì)劃開展后效射孔改造差儲(chǔ)層，同時(shí)使用連續(xù)封隔體充填技術(shù)以起到控水防砂的作用。

本井完井方式為8-1/2″裸眼內(nèi)下入5-1/2″ICD篩管，下入2-7/8″充填篩管，單邊間隙9.65 mm，保證篩管入井安全。原井5-1/2″ICD篩管懸掛在 9-5/8″套管內(nèi)，頂深1734.57 m，底深2254.55 m，其下部連接密封短節(jié)，內(nèi)徑2.875″（73 mm），充填篩管完井以2254.55 m為井底，定充填篩管深為2 250 m[8-9]。

3.2.1 充填篩管擋砂精度及封隔體規(guī)格選擇

對(duì)于目標(biāo)井所處油層，根據(jù)Saucier公式：

式中： D50為 充填封隔體的粒度中值，mm；d50為地層砂粒度中值，mm。

對(duì)應(yīng)的封隔體目數(shù)介于16～30目，考慮到本區(qū)地層為稠油充填篩管擋砂精度選擇為200 μm。

3.2.2 封隔體顆粒用量計(jì)算

環(huán)空1: 5-1/2＂原篩管和充填篩管之間

環(huán)空2: 8-1/2″裸眼與5-1/2″原篩管之間

射孔段長(zhǎng)度=433 m;

環(huán)空截面積2=(216.02-166.72)×

環(huán)空容積2=433×0.014 8=6.4 m3;

總環(huán)空容積=環(huán)空容積1+環(huán)空容積2=8.1 m3;

考慮地層漏失等情況發(fā)生，封隔體顆粒用量附加50%左右安全系數(shù)，總設(shè)計(jì)用量12.9 m3。原井ICD篩管外環(huán)空井壁無坍塌或出砂堆積的情況時(shí)，充填率達(dá)到理論用量的80%即可起到防泥砂作用[10-11]。

3.3 封隔體充填作業(yè)簡(jiǎn)況

首先通井刮管沖砂；下入充填篩管和充填工具，頂部封隔器驗(yàn)封；進(jìn)行充填作業(yè)，最高排量800 L/min、泵注壓力6 MPa；反洗井，滑套驗(yàn)封，組合跨接管柱，提出服務(wù)管柱。圖3為目標(biāo)井CPI充填曲線圖。

圖 3 目標(biāo)井CPI充填曲線圖Fig. 3 CPI filling curve of target well

4 效果評(píng)價(jià)

目標(biāo)井措施實(shí)施順利，工具及篩管下入即定設(shè)計(jì)位置，封隔器下入1 820.5 m，篩管下至2 250 m；通井過程中沖出地層砂4.8 m3，實(shí)際充填13.3 m3，充填率為103%，環(huán)空完全充滿（圖4）。

措施實(shí)施后目標(biāo)井于2018年10月13日復(fù)產(chǎn)，日產(chǎn)液由14.9 m3/d上升到46.3 m3/d，日產(chǎn)油由11.4 m3/d逐步上升到32.6 m3/d，采液指數(shù)由2.7 m3/（d·MPa）增到20.2 m3/（d·MPa），生產(chǎn)動(dòng)態(tài)保持穩(wěn)定（圖5）。截至2019年年底，目標(biāo)井累計(jì)增油量6 040 m3，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)較措施前均明顯提高，產(chǎn)能得到有效恢復(fù)[12]。

圖 4 目標(biāo)井CPI充填后井身結(jié)構(gòu)圖Fig. 4 Well structure diagram after CPI filling

圖 5 目標(biāo)井產(chǎn)能變化對(duì)比圖Fig. 5 Comparison of target well productivity changes

5 結(jié)論及建議

（1）封隔體顆粒的物理性能和化學(xué)性能優(yōu)于常規(guī)陶粒，作為新型防砂材料，經(jīng)井場(chǎng)實(shí)踐效果明顯，能夠較好解決高含泥質(zhì)常規(guī)稠油油田的完井防砂問題，提高油田生產(chǎn)效果。同時(shí)，綜合防堵技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施可操作性強(qiáng)，不僅能夠?qū)τ谐錾艾F(xiàn)象的油井進(jìn)行治理，更可大范圍推廣到需要充填防砂的新井中，提高措施的效果和有效期。

（2）綜合防堵新技術(shù)利用封隔體顆粒緊實(shí)的充填作用，極大程度限制了流體的軸向竄流，配合ICD篩管的幾何特征，可形成封隔器效應(yīng)。通過預(yù)設(shè)的“天花板流量”，對(duì)于局部見水、需要放大生產(chǎn)壓差、水平井段較長(zhǎng)的生產(chǎn)井，可起到明顯的控水作用。

（3）在大漏失無法建立沖砂循環(huán)的情況下，泵注封隔體顆粒建立循環(huán)，相較于傳統(tǒng)的化學(xué)暫堵技術(shù)，儲(chǔ)層保護(hù)優(yōu)勢(shì)明顯。

（4）對(duì)于套損、管外竄流井，可嘗試采用封隔體泵注封堵，有效降低漏失量，維持油井的正常生產(chǎn)。

（5）綜合防堵技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)、防堵效果顯著，但也需要改進(jìn)，即ICD閾值需要預(yù)設(shè)。ICD篩管一旦入井，節(jié)流閥無法調(diào)節(jié)，預(yù)設(shè)的閾值可能與實(shí)際的地質(zhì)油藏情況不匹配，建議嘗試自適應(yīng)的節(jié)流裝置進(jìn)行優(yōu)化。