羅啟源，代玲，陳維華，朱迎輝，孫維

(中海油深圳分公司研究院，廣東 深圳 518054)

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ICD控水工藝技術(shù)在南海礁灰?guī)r油田的應(yīng)用與思考

羅啟源，代玲，陳維華，朱迎輝，孫維

(中海油深圳分公司研究院，廣東 深圳 518054)

南海礁灰?guī)rA油田因其原油黏度高、儲集層裂縫發(fā)育等不利因素，整體開發(fā)效果不理想，采收率低。為改善開發(fā)效果，油田部分調(diào)整井應(yīng)用了流入控制閥(ICD)控水工藝技術(shù)，但效果不明顯，未從根本上實現(xiàn)穩(wěn)油控水和提高采收率的目的。分析了ICD控水工藝的原理及其在A油田的應(yīng)用效果，認為油田發(fā)育微裂縫導(dǎo)致的網(wǎng)狀水淹嚴重以及ICD對于裂縫性礁灰?guī)r油田的適應(yīng)局限性是影響應(yīng)用效果的主要因素。提出了應(yīng)用自主式流入控制閥(AICD)實現(xiàn)裂縫性油藏控水的措施，對比分析了ICD和AICD的優(yōu)缺點，模擬結(jié)果也表明該工藝技術(shù)能增加單井累計產(chǎn)油量，改善開發(fā)效果，對南海礁灰?guī)rA油田具有較好的應(yīng)用前景。

ICD控水；AICD控水；裂縫；礁灰?guī)r；水平井

流入控制閥(ICD，inflow control device)控水工藝技術(shù)作為油氣田開發(fā)的一項先進技術(shù)，已應(yīng)用于大多數(shù)類型的油氣藏。該技術(shù)通過延緩和控制底水錐進來實現(xiàn)提高最終采收率的目的，并在油田開采中取得了良好的效果[1]。南海東部海域以海相砂巖油田為主，該類型油田普遍具有物性好、水體能量充足的特點，原油性質(zhì)以低黏度、低密度為主。目前，多數(shù)油田已進入高含水、特高含水開發(fā)階段，為改善油田開發(fā)效果，先后有4個油田嘗試采用ICD控水工藝技術(shù)，累計實施28井次，控水有效率達到83%。

鑒于ICD控水工藝技術(shù)在南海東部海域海相砂巖油田開發(fā)中有了較為成功的應(yīng)用，礁灰?guī)rA油田在近年實施的2口調(diào)整井中也采用了ICD完井，但效果不甚理想，未從根本上實現(xiàn)穩(wěn)油控水和提高采收率的目的。

目前，已有較多的學(xué)者對天然裂縫性油藏的儲集層描述、水驅(qū)油機理和剩余油分布規(guī)律做過研究，并取得了一定的研究成果[2～5]，但對于裂縫性礁灰?guī)r油田穩(wěn)油控水技術(shù)的研究還較少，而礁灰?guī)r油田的穩(wěn)油控水措施將對后期調(diào)整井開發(fā)效果產(chǎn)生直接的影響。因此，研究裂縫性礁灰?guī)r油田穩(wěn)油控水技術(shù)的應(yīng)用對指導(dǎo)油田挖潛、提高采收率具有重要的意義。

1 應(yīng)用情況

1.1 礁灰?guī)rA油田的地質(zhì)油藏概況

南海東部海域A油田為典型臺地邊緣礁灰?guī)r油田，該油田為稠油底水油藏，地層原油黏度為46.5～129.8mPa·s，油田內(nèi)部斷層、裂縫發(fā)育，非均質(zhì)性強，表現(xiàn)出明顯的裂縫-孔隙雙重介質(zhì)特征，儲集層巖性及儲集空間發(fā)育情況復(fù)雜[6]，油水運動規(guī)律也十分復(fù)雜(圖1)。

由于油田發(fā)育裂縫，其裂縫系統(tǒng)的水驅(qū)油效率很高。因此，裂縫性驅(qū)油模式下的掃油面積非常有限，導(dǎo)致裂縫水竄和網(wǎng)狀水淹，多數(shù)井投產(chǎn)后初期含水率在90%以上；調(diào)整井生產(chǎn)效果普遍較差，油田經(jīng)過20年的開采，采出程度僅為9%。

圖1 A油田R2層構(gòu)造圖

1.2 ICD在礁灰?guī)rA油田的應(yīng)用

為了改善后期調(diào)整井的開發(fā)效果，A油田進行了多方面的嘗試和探索，包括應(yīng)用定向井開采、開發(fā)新層位等，效果均差于預(yù)期，投產(chǎn)后含水率快速上升。近年實施的2口調(diào)整井嘗試了ICD完井(表1)。

表1 礁灰?guī)rA油田ICD完井統(tǒng)計表

W1井開發(fā)層位為R1層，水平段鉆遇儲集層孔隙度為25%～30%，含油飽和度為55%～65%。實時成像結(jié)果顯示，水平段在該層鉆遇約53條裂縫和5條斷層，裂縫傾角為高角度，集中在60～90°之間。根據(jù)隨鉆測井解釋的結(jié)果，該井生產(chǎn)井段下入24個ICD，被7個封隔器分隔為6個壓力倉，根據(jù)物性設(shè)置每個ICD的孔密度(圖2)。

該井于2013年9月16日投產(chǎn)，初產(chǎn)油量190m3/d(低于設(shè)計初產(chǎn)油192m3/d)，日產(chǎn)液量1147m3，含水率83.5%，隨后含水率快速上升至95%，ICD穩(wěn)油控水效果不明顯(圖3)。

W2井開發(fā)層位為R2層，該井成像測井結(jié)果顯示，水平段在該層鉆遇約107條裂縫，裂縫傾角集中在北東和南西2個方向，裂縫傾角主要為中-高角度，集中在40～90°之間，該井約有180m的水平段鉆進斷層破碎帶。根據(jù)隨鉆測井解釋的結(jié)果，該井生產(chǎn)井段下入7個封隔器，被分隔為8個壓力倉，根據(jù)物性設(shè)置每個ICD的孔密度(圖4)。

該井于2014年5月6日投產(chǎn)，初產(chǎn)油量70m3/d(低于設(shè)計的127.2m3/d)，日產(chǎn)液量935m3，含水率92.6%。截止到10月底，日產(chǎn)油水平42.8m3，含水率95%，ICD穩(wěn)油控水效果未達預(yù)期(圖5)。

從礁灰?guī)rA油田2口調(diào)整井的ICD控水工藝技術(shù)應(yīng)用效果來看，油井投產(chǎn)高含水，日產(chǎn)油量低于設(shè)計，其生產(chǎn)效果未明顯好于鄰井，均未實現(xiàn)穩(wěn)油控水的目的。

圖2 W1井ICD管柱結(jié)構(gòu)

圖3 W1井生產(chǎn)動態(tài)曲線

圖4 W2井完井工程設(shè)計

圖5 W2井生產(chǎn)動態(tài)曲線

2 效果分析

2.1 ICD控水工藝技術(shù)的原理

ICD的類型包括：螺線孔道型、噴頭型、孔板型、孔板和螺線孔道的混合型。不同類型的ICD 產(chǎn)生壓降的方式不一樣，但其控水原理基本相同，即：平衡水平井段沿程的壓力和流入量。其工作原理是通過很多封隔器把水平井段分成若干彼此獨立的流動單元(圖6)，每個單元通過額外附加壓力Δp(該阻力與該單元的流量大小成正比)，自動調(diào)節(jié)各段流量趨于平衡，從而解決水平井段供液不均衡的問題[7]。

圖6 水平井中ICD對儲集層分段控水示意圖

ICD對水平井進行分段，段與段之間通過封隔器隔開，形成彼此獨立的流動單元、壓力單元，每段的總壓差ΔpTOT由2部分組成，一個是ICD產(chǎn)生的流量調(diào)節(jié)摩阻ΔpICD，另一個是實際流動壓差ΔpFLW，ΔpFLW越大則該段流量越大，反之越小。

ΔpTOT=ΔpICD+ΔpFLW

(1)

(2)

式中：ΔpTOT為各段的總壓差，大小等于油藏壓力與水井井筒內(nèi)部壓力之差,MPa；ΔpICD為某段ICD產(chǎn)生的附加摩阻，大小與該段的流量成正比,MPa；ΔpFLW為某段實際流動壓差，大小等于ΔpTOT與ΔpICD之差,MPa；Cu為控制閥的限流常數(shù)，1；ρ為混合流體的密度，kg/m3；qm為混合流體的流速，m3/s；Ac為控制閥的過流面積，m2；Cv為控制閥的無量綱流動系數(shù),1。

式(1)可變形為：

ΔpFLW=ΔpTOT-ΔpICD

(3)

式(3)是ICD技術(shù)調(diào)節(jié)流量平衡的最基礎(chǔ)原理關(guān)系式。ICD根據(jù)每段摩阻特征曲線和流入流量的大小，調(diào)整該段摩阻ΔpICD的大小，從而達到調(diào)整該段實際流動壓差ΔpFLW的目的。

圖7 水平井采用ICD控水后各段的壓力構(gòu)成

2.2 ICD控水工藝技術(shù)對裂縫性油藏的適應(yīng)性

從ICD的限流原理上可以看出[8]，其控水效果的實現(xiàn)可以分為2種途徑：①通過降低總產(chǎn)量抑制底水；②通過增加高含水段流動阻力，限制該段的產(chǎn)水量以實現(xiàn)控水，即ICD控水是在犧牲總產(chǎn)量的基礎(chǔ)上降低產(chǎn)水(圖7)。而對于開發(fā)中后期的裂縫性油藏，由于裂縫系統(tǒng)網(wǎng)狀水淹嚴重，剩余油分布于基質(zhì)系統(tǒng)，因此，要求控水工具既能降低水的流入又能增加流動壓差ΔpFLW以動用基質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)的剩余油。

此外，當(dāng)對水平段儲集層物性分布認識有偏差，尤其是當(dāng)儲集層發(fā)育GVR成像測井無法識別的微裂縫時，應(yīng)用ICD完井仍會有大量的水從未被控制的高滲段產(chǎn)出，造成水平井部分井段水淹，影響ICD的控水效果。

3 裂縫性礁灰?guī)r油田穩(wěn)油控水技術(shù)的方向

圖8 AICD工作原理示意圖

圖9 水平井采用AICD控水后各段的壓力構(gòu)成

南海礁灰?guī)rA油田由于儲集層裂縫發(fā)育，常規(guī)的被動式ICD控水效果受限。因此，需要一種能有效封堵裂縫的控水工藝，才能實現(xiàn)油田采收率的提高。根據(jù)相關(guān)文獻[9～14]，新一代自主式流入控制閥(AICD，autonomous inflow control device)控水工藝在裂縫性礁灰?guī)r油田具有較好的適應(yīng)性。

該工藝技術(shù)的原理是：流體進入AICD后有2個通道，流體流動通道的選擇取決于慣性力和黏滯力的平衡。若慣性力大于黏滯力，則保持直線路徑；若黏滯力大于慣性力，則會有部分流體進入分叉路徑。因此流體的流動通道取決于流體屬性。若流入流體以油為主，因為油具有更高的黏滯力，直線路徑和分叉路徑都會通過，直到通過2個路徑的流體角動量達到平衡，則到達渦流碗后的旋轉(zhuǎn)速度變小，流體就能直接從出口流入油管；當(dāng)流入的流體含水率增大時，那么直線路徑將是流體的主要流動通道，流體以很高的角動量沿渦流碗切線流入，環(huán)繞渦流碗高速旋轉(zhuǎn)，這種到達出口前的短暫高速旋轉(zhuǎn)限制了流體的流動(圖8)。

AICD根據(jù)流體流動的慣性力和黏滯力之間的平衡自主識別流體性質(zhì)，當(dāng)含水率增加時，則針對水的抑制作用增強，增大水平段的生產(chǎn)壓差，從而達到抑制高滲段、動用低滲段的效果(圖9)，對裂縫性油藏來說比ICD有更好的適應(yīng)性。

對于剩余油主要分布于基質(zhì)系統(tǒng)的裂縫性礁灰?guī)rA油田來說，應(yīng)用AICD能有效延緩水體沿裂縫的錐進速度，同時增加基質(zhì)系統(tǒng)剩余油的動用程度，達到改善開發(fā)效果的目的。雙重介質(zhì)油藏模擬結(jié)果(圖10)也表明，應(yīng)用AICD控水工藝能夠增加單井累計產(chǎn)油量，最終提高油田采收率。因此，AICD控水工藝對于裂縫性礁灰?guī)rA油田來說是值得嘗試的方向。

圖10 AICD與常規(guī)ICD在雙重介質(zhì)模型中的模擬結(jié)果對比

4 結(jié)論與建議

1)水平井實施過程中要控制好水平段鉆進軌跡，避免鉆遇斷層或破碎帶，否則控水效果會受到影響。

2)南海礁灰?guī)rA油田發(fā)育微裂縫，目前的成像測井手段無法識別，依靠成像測井識別出裂縫位置而下入ICD的方法使其控水效果受到限制。

3)ICD通過降低總產(chǎn)量抑制底水錐進，對于裂縫性礁灰?guī)r油田具有一定的局限性。而AICD則對裂縫性油藏具有較好的適應(yīng)性，數(shù)值模擬結(jié)果表明該工藝能提高單井累計產(chǎn)油量，對于南海礁灰?guī)rA油田有較好的應(yīng)用前景。

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[編輯] 黃鸝

2016-05-03

羅啟源(1984-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事油藏管理和數(shù)值模擬工作，luoqy@cnooc.com.cn。

TE357.6

A

1673-1409(2016)32-0068-06

[引著格式]羅啟源，代玲，陳維華,等.ICD控水工藝技術(shù)在南海礁灰?guī)r油田的應(yīng)用與思考[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版),2016,13(32):68～73.