曾顯磊 羅東紅 陶 彬 高曉飛 陳維華

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司； 2.中海石油（中國）有限公司番禺作業(yè)公司）

井下流量平衡器完井技術在疏松砂巖底水油藏水平井開發(fā)中的應用

曾顯磊1羅東紅1陶 彬2高曉飛1陳維華1

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司； 2.中海石油（中國）有限公司番禺作業(yè)公司）

針對南海珠江口盆地疏松砂巖底水油藏水平井開發(fā)中底水快速錐進問題，采用了新型完井工具，即井下流量平衡器（簡稱ICD）完井。闡述了ICD延緩底水錐進的原理以及應用中ICD下入長度、水平段分隔段數(shù)、ICD用量和開孔數(shù)等參數(shù)基本設計及其優(yōu)化。XJG231油田應用效果表明，ICD完井可明顯延緩底水錐進，挖潛效果明顯，可為類似油田開發(fā)提供借鑒。

ICD完井技術 疏松砂巖底水油藏 水平井 XJG231油田

水平井技術以其能夠提高油氣井產能、增加泄油面積等優(yōu)越性已在油氣田開發(fā)中越來越受到重視[13]。對于海上油氣田來說，由于受平臺設施的限制，水平井開發(fā)方式更具有無可比擬的優(yōu)勢，已受到國內外油田作業(yè)者的青睞，但對于埋深較淺的疏松砂巖底水油藏（尤其是油藏比較?。﹣碚f，水平井開發(fā)方式也遇到了新的挑戰(zhàn)。

因壓實和成巖作用不足，埋深較淺的疏松砂巖油藏，儲層膠結強度低、巖性疏松、砂巖均質性強、滲透性良好，在利用水平井開發(fā)時，不僅會出現(xiàn)油井出砂的現(xiàn)象，而且由于流體沿水平段產生的摩擦損失，使得水平井跟端生產壓差較大，很容易引起水平井過早、過快見水，造成油井產量迅速降低，而采取提液增產措施又會加劇油井出砂程度。因此，油井出砂和底水快速錐進一直是困擾疏松砂巖底水油藏水平井開發(fā)的難題[4－5]。

近幾年隨著完井技術的發(fā)展，一種新型的完井工具——井 下 流 量 平 衡 器[6]（Inflow Control Device，以下簡稱ICD）已受到越來越多油田作業(yè)者的關注，它不但能起到防砂的作用，而且可以降低水平井跟端的生產壓差，并且可以控制高水飽區(qū)或裂縫的產能來延緩底水的過快錐進，最終達到平衡水平段生產壓差的效果。本文是在ICD理論分析的基礎上，對2009年底在南海珠江口盆地XJG231油田18H井中下入ICD的設計內容、優(yōu)化過程和應用效果進行總結，旨在為其他類似油田開發(fā)提供借鑒。

1 ICD延緩底水錐進的原理

ICD通常與封隔器配合使用，將水平段分為若干部分，通過調節(jié)各部分的液量來調節(jié)水平段的壓降，實現(xiàn)均衡開采。ICD控制壓降是通過2種方式來實現(xiàn)的，即控制流動面積（噴嘴或孔眼型）和增長流體過道（流道型），也有把這2種方式結合使用的，本文主要分析孔眼型ICD。ICD完井和普通篩管完井時，沿水平段壓降的分布特征如圖1所示。

在使用ICD完井時，流體從地層流入井壁與ICD之間的環(huán)空，然后經過ICD流入到井筒內部。流體在通過ICD時會產生一個沿井筒逐漸變小的附加壓降ΔpICD，使得整個井筒中環(huán)空壓力（ΔpDD）保持平衡（圖1a）。這樣，ICD就起到了調整壓降變化的作用，實現(xiàn)了整個油藏向井筒供液的均衡推進。而普通篩管完井中沿水平井筒的生產壓差剖面是漸變的（圖1b），從趾端到跟端，生產壓差逐漸增大，使得底水在水平井跟端更容易快速錐進，導致油井過早見水，產油量迅速降低。

圖2為流體在某孔眼型ICD中的流動示意圖，流體流動順序可分為：①從篩管流入到篩管與基管間的間隙，由于本段基管上并無流入通道，流體只能沿著此間隙流入ICD；②流體通過ICD的孔眼進入ICD內部，產生紊流，然后紊流通過基管上的孔進入基管內部；③流體通過基管上的孔進入基管內部，最后流入井筒。

流體經過孔眼時，流量和壓差的關系可由公式（1）[8]表示

公式（1）是由伯努利方程演化而來，其中：CD是流量系數(shù)，它取決于孔板結構；Δp是壓差，Pa；ρ是流體密度，kg/m3；Q是流量，m3/s；d是孔眼直徑，m。

根據伯努利方程可知：當流體由大通道流經小孔眼時流速變快，壓力降低，壓差變大。如果每段的ICD孔眼打開數(shù)目相同，則ICD在每段產生的附加壓差應接近；但在某個特殊井段（如高滲透段）的ICD孔眼打開數(shù)目減少時，相當于該井段總的孔眼直徑在減小，這樣該井段的流速則變得更快，壓差也變得更大，但液體流過的總量在減少。這樣就實現(xiàn)了通過調節(jié)不同井段的ICD孔眼打開數(shù)目來控制生產壓差的目的。

2 ICD在珠江口盆地XJG231油田18H井的應用

2.1 18H井概況

18H井是2009年底在珠江口盆地XJG231油田部署的一口調整井，目的是挖潛HJ3B油藏剩余油。該油藏先期投產的4口水平井生產動態(tài)顯示：油井含水上升速度比較快，油井開發(fā)效果不理想。分析認為，該油田HJ3B油藏埋深田J3B m左右，儲層巖性主要為細—中粒長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，儲層膠結疏松，膠結物含量占巖石總成分的3%～5%；油藏油層最大厚度約11 m，縱向上夾層分布較少，且底水能量強。這樣的油藏條件很容易導致底水在水平井局部的快速錐進，油井開發(fā)效果差。因此，決定在18H井應用ICD完井技術。

2.2 ICD應用基本設計

ICD應用基本設計主要是確定以下參數(shù)：ICD的下入長度、水平段被分隔的段數(shù)、每段中ICD的用量和孔眼打開數(shù)目。

HJ3B油藏的具體參數(shù)如下：儲層厚度41.1 m，儲層寬度914.5 m，垂向滲透率與水平滲透率比值為0.1，油藏壓力18.61 MPa，油藏溫度82.2℃，原油密度0.849 g/cm3，原油地下粘度5.56 mPa·s，泡點壓力0.51 MPa。18 H井信息如下：水平段長度500 m，井眼尺寸φ215.9 mm，ICD外徑114.3 mm。油藏模型使用穩(wěn)態(tài)Joshi模型，最大目標產液量3180 m3/d（此液量為后期高含水期的液量，而不是初期液量），油藏和ICD之間的環(huán)空滲透率假設為1000 mD。采用NETool軟件進行模擬分析。ICD完井模型如圖3所示。

圖3 ICD完井模擬示意圖

（1）ICD設計下入長度 18H井水平段設計長度510 m（3030～3540 m），一般情況下ICD的下入長度與水平段一致，因此18H井ICD的下入長度為510 m。

（2）水平段被分隔的段數(shù) 水平段被分隔的段數(shù)與長度由滲透率各向異性決定，并根據滲透率變化曲線來決定封隔器的位置。HJ3B油藏前期已有4口水平井，因此設計時借用與18 H井距離較近的3H井作參考，用其水平滲透率來做初步設計。根據預測的18H井水平滲透率分布結果，將18H井水平段分隔為5段（封隔器下入5個，長6.1 m，膨脹后外徑304.8 mm）。圖4為18H井3000～3350 m井段預測的水平滲透率的分布結果。

圖4 XJG231油田18H井水平段預測的水平滲透率分布圖

（3）ICD的用量 每個被分隔的井段中都由若干個ICD單元（基管單根）組成，而每個ICD單元由單個ICD和篩管構成。ICD的設計用量＝（水平段長度－封隔器總長）/基管單根長。設計階段18 H井基管單根長為10 m，其中ICD長度約1 m。據此設計下入48個ICD，每段ICD的用量分別為8、10、10、10、10個。

（4）孔眼尺寸和每段ICD的開孔數(shù) 選用威德福公司生產的孔徑為φ3.175 mm的ICD下入18H井。綜合考慮摩阻、地層表皮系數(shù)、孔眼數(shù)量與尺寸等因素對壓降和流量影響，同時滿足足夠的附加壓降和最大目標產液量要求，經過模擬分析，最終確定每段ICD的10個孔全部打開（表1）。

表1 XJG231油田18H井鉆前ICD應用的基本設計結果

2.3 ICD應用基本設計優(yōu)化

18H井完鉆后，根據隨鉆測井數(shù)據對水平段進行了快速ELAN解釋，并根據實際鉆井軌跡對ICD應用的基本設計進行優(yōu)化。

（1）ICD下入長度 由于18H井水平段的尾端（3350～3501 m）軌跡控制不理想，距離油水界面比較近，因此對ICD原設計下入長度進行了調整：3350～3501 m井段用盲管封堵，其余360 m（2990～3350 m）有效井段下入ICD。

（2）水平段分隔段數(shù) 圖5為18H井2990～3350 m井段鉆后水平段滲透率分布圖，據此將水平段分為6段。圖5中淺藍色指示線示意封隔器的下入深度。

圖5 XJG231油田18H井鉆后水平段滲透率分布圖

（3）每段ICD用量 根據ICD下入長度和水平井段分隔段數(shù)優(yōu)化結果，維持基管單根長度10 m不變，對ICD用量進行優(yōu)化，共下入33個ICD，每段ICD的用量分別為5、6、6、6、6、4個。

（4）每段ICD開孔數(shù) 模擬結果顯示：在普通篩管完井條件時，18 H井第一段（跟端區(qū)域）產水量比較大，平均在3.6 m3/（d·m），是其它各段的3.5倍（圖6左），而產油量僅為其它各段的50%（圖6右），因此需要在ICD完井時調節(jié)孔眼的打開數(shù)目來限制高產水井段的貢獻。

18H井設計的最大流量為3180 m3/d。根據公式（1），在流量一定的情況下，可計算出最優(yōu)的過流面積與通過每節(jié)ICD的壓降值。單節(jié)ICD的過流面積除以每孔的孔眼面積，就可得出開孔數(shù)。

通過模擬優(yōu)選得出如下孔眼打開方案：第1段ICD的孔眼打開數(shù)為1，其余各段孔眼全部打開（表2）。模擬結果顯示：第1段產水量約為1.5 m3/（d·m），同比降低60%（普通篩管完井方式），與其它各段的產水量基本相同；從產油量上看，雖然第1段的貢獻降低了30%，但其它各段的產油量增加約30%，水平井總體產油量增加28%左右，效果明顯得到改善（圖7）。

圖6 XJG231油田18H井普通篩管完井水平段產油、產水量貢獻圖

表2 XJG231油田18H井鉆后ICD應用基本設計優(yōu)化結果

圖7 XJG231油田18H井ICD完井水平段產油、產水量貢獻圖

2.4 應用效果評價

（1）生產動態(tài)描述 2009年12月5日，18H井自噴投產，在投產后的前70天中，平均日產油量330 m3，含水率穩(wěn)定在3%左右，初期效果已明顯優(yōu)于其它老井。2010年2月10日后，該井含水率才開始緩慢上升，啟泵前含水率僅為27.7%。2010年5月25日，該井啟泵生產，日產油量從230 m3上升到650 m3，含水并沒有大幅增加；2010年10月底，該井平均日產油量508 m3，含水64%。截至2010年10月底，該井已累計生產原油13萬m3。

（2）開發(fā)效果對比 18 H井位于1 H井和3 H井的尾端中部，與2口鄰井的平面距離大約180 m。18H井投產時，1 H井和3H井已連續(xù)生產約600天，分別采出原油14.1萬m3和24.0萬m3，含水率達到94%和88%。

圖8為HJ3B油藏各生產井累積產油量與含水率對比圖，可以明顯看到，5口井在達到相同累積產油量時，18 H井含水率較低。如累積產油量為8萬m3時，18 H井（圖8中綠線）的含水率為45%，而其余4口井則達到70%或90%（圖8中3 H、4 H井的部分點含水率突然大幅度降低是因為臺風關停后測試的數(shù)據異常）。

圖8 XJG231油田HJ3B油藏各生產井累積產油與含水率對比圖

同時應注意到，在HJ3B油藏目前的5口生產井中，1H—4H井分別于2008年4月投產，而18H井則是2009年12月投產；因此，當18H井投產時，已不具備優(yōu)勢，此時該油藏的采出程度已達23%。但就是在這種情況下，18H井投產后效果能超過前期投產的開發(fā)井，更體現(xiàn)了該井使用ICD的優(yōu)越性。

（3）開發(fā)效果預測 目前18H井電潛泵的運行頻率為42 Hz，而電泵最大頻率60 Hz，因此仍有較大提液空間。由于該井還未真正進入遞減階段，生產預測時只是借助于油藏數(shù)模軟件。

為了真實體現(xiàn)ICD在油藏模擬軟件（Eclipse）中的效果，研究人員在油藏模型中引入了多段井和分支井技術，使得模型能在結構上反映ICD的特征。結果證明，用這種手段很好地實現(xiàn)了與18 H井的歷史擬合（如圖9中實際含水率與數(shù)模含水率基本吻合）。在歷史擬合比較合理基礎上，模型預測到2017年，18H井能累計采出原油49萬m3。

圖9 XJG231油田18H井數(shù)模歷史擬合分析圖

3 結束語

ICD完井技術在XJG231油田的成功應用表明，在利用水平井開采疏松砂巖底水油藏時，ICD不但能起到防砂的作用，更重要的可以平衡水平段的生產壓差、降低水平井跟端或其它高滲帶的產水量、改善油井的生產動態(tài)。當然，在使用ICD完井時，不但應在鉆前進行認真的論證，還要根據實鉆軌跡形狀和測井解釋結果對ICD應用基本設計進行優(yōu)化，使其更具有針對性。

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Application of ICD completion technique in horizontal well for developing unconsolidated sand reservoir with bottom water

Zeng Xianlei1Luo Donghong1Tao Bin2Gao Xiaofei1Chen Weihua1
（1.Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.，Guangdong，518067；2.Pan Yu Operation Company of CNOOC Ltd.，Guangdong，518067）

As for the rapid coning of bottom water while the horizontal well is used to develop the unconsolidated sand reservoir，a new type of completion tool（ICD）is introduced.Included are the explanations of principle of delaying the bottom water coning as well as the design parameters and their optimization，such as the length of ICD in use，the number of compartmentation of horizontal section，the usage of ICD and the number of orifice openings.The application of inflow control device （ICD）in XJG2 3－1 Field demonstrates that the completion technology can effectively delay the bottom water coning，so that it provides the experience for developing the other similar fields.

inflow control device；completion technique；unconsolidated sand reservoir with bottom water；horizontal well；XJG23－1 oilfield

曾顯磊，男，高級工程師，1997年畢業(yè)于原江漢石油學院石油地質專業(yè)，目前從事油氣田開發(fā)工作。地址：廣東省深圳市蛇口工業(yè)二路1號海洋石油大廈（郵編：518067）。E－mail：zengxl2＠cnooc.com.cn。

2010－12－10改回日期：2011－07－25

（編輯：孫豐成）