李 凡,熊書權(quán),楊天笑,吳斯佳
(中海石油(中國)有限公司深圳分公司,深圳 518000)
疏松砂巖油藏在生產(chǎn)時受流體拖拽力影響,油井出砂易造成砂堵、砂卡,嚴重時還會引起井壁或油層坍塌損壞套管甚至躺井。同時,高泥質(zhì)含量合并稠油的黏滯作用,隨著生產(chǎn)時間的延長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];出砂的同時造成地層中流體運移孔道增大,加速油井含水上升和油水界面推進,降低油田開發(fā)效果,縮短經(jīng)濟年限,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]。
M油田位于中國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,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)半個月產(chǎn)能驟降2/3左右,隨后遞減趨勢減緩,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63.6%,采油速度1.1%。
目標井即為采用ICD優(yōu)質(zhì)篩管的水平井,投產(chǎn)2個月后,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)克服了國內(nèi)外防砂控水技術(shù)的弊端,針對砂泥堵塞油井,能有效實現(xiàn)防堵、穩(wěn)產(chǎn)并兼顧控水的目標,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
CPI綜合防堵技術(shù)是在井筒和近井筒地帶充填與儲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,減少流體運移過程中對砂巖和泥巖的攜帶;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,而重點介紹的是封隔體顆粒的技術(shù)原理。
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,具有很強的可充填性,室內(nèi)實驗流速為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)。
封隔體的設(shè)計技術(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篩管長度設(shè)定10 m,包含過濾段長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?;A(chǔ)物理性能對照表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為徑向過流長度,cm;Aradial為徑向過流面積,cm2;Laxial為軸向過流長度,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。
根據(jù)理論分析,設(shè)計實驗裝置為: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)計裝置總長2 m,實驗裝置入口、出口處分別設(shè)計測壓點,壓耗 ΔP由兩點間差值計算得出,實驗裝置流量恒定,在流體出口處進行流量測量。
對于20 mPa·s的真空泵油,徑向阻力測量結(jié)果為:
式中:ΔP為 流體出入口壓差,MPa;Q為測量流量,m3/d。
實驗結(jié)果表明,軸向上滲流阻力是徑向上滲流阻力的260倍以上。
設(shè)計5-1/2″套管井筒內(nèi)裝有10個2-7/8″控水篩管的模擬井筒,總長度100 m,選擇石英砂和封隔體顆粒分別對井筒進行循環(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,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)。
實驗顯示,封隔體顆??商顫M10根ICD篩管,石英砂僅填滿2根,性能遠遜于封隔體顆粒。
目標井所在儲層為邊水稠油油藏,砂巖儲層,油藏壓力13.766 MPa,油藏溫度75.0 ℃,地層原油黏度約110 mPa·s。目標井完井結(jié)構(gòu)圖見圖2。
2017年2月5日投產(chǎn)后,1個月內(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 目標井ICD優(yōu)質(zhì)篩管完井結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 ICD high-quality screen completion structure
分析認為水平段非均質(zhì)性強、儲層物差、邊水驅(qū)動地層缺少有效能量補充、稠油與泥砂包裹堵塞篩管等是該井低產(chǎn)的主要原因。計劃開展后效射孔改造差儲層,同時使用連續(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
對于目標井所處油層,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,充填率達到理論用量的80%即可起到防泥砂作用[10-11]。
首先通井刮管沖砂;下入充填篩管和充填工具,頂部封隔器驗封;進行充填作業(yè),最高排量800 L/min、泵注壓力6 MPa;反洗井,滑套驗封,組合跨接管柱,提出服務(wù)管柱。圖3為目標井CPI充填曲線圖。
圖 3 目標井CPI充填曲線圖Fig. 3 CPI filling curve of target well
目標井措施實施順利,工具及篩管下入即定設(shè)計位置,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,實際充填13.3 m3,充填率為103%,環(huán)空完全充滿(圖4)。
措施實施后目標井于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)動態(tài)保持穩(wěn)定(圖5)。截至2019年年底,目標井累計增油量6 040 m3,各項生產(chǎn)指標較措施前均明顯提高,產(chǎn)能得到有效恢復(fù)[12]。
圖 4 目標井CPI充填后井身結(jié)構(gòu)圖Fig. 4 Well structure diagram after CPI filling
圖 5 目標井產(chǎn)能變化對比圖Fig. 5 Comparison of target well productivity changes
(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)井場實踐效果明顯,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,綜合防堵技術(shù)在現(xiàn)場實施可操作性強,不僅能夠?qū)τ谐錾艾F(xiàn)象的油井進行治理,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”,對于局部見水、需要放大生產(chǎn)壓差、水平井段較長的生產(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),儲層保護優(yōu)勢明顯。
(4)對于套損、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、防堵效果顯著,但也需要改進,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)流裝置進行優(yōu)化。