水平井控水完井技術(shù)綜述

水平井控水完井技術(shù)綜述

平井開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)通過(guò)擴(kuò)大油藏排水面積，提高油藏產(chǎn)量，充分發(fā)揮油田開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的系統(tǒng)工程。它對(duì)老路的剩余油藏和新污水的生產(chǎn)能力發(fā)揮著極其重要的作用。但是水平井開(kāi)發(fā),尤其是長(zhǎng)井段水平井,對(duì)于均質(zhì)、單一油層,由于井筒摩阻和不均衡壓差的影響,水平段兩端采液強(qiáng)度高,中間采液強(qiáng)度低,導(dǎo)致水平井各段的貢獻(xiàn)率非常不平衡,隨著開(kāi)采時(shí)間的推移,水平井的漏斗效應(yīng)愈加明顯,在水平段始端壓力梯度最大處形成水脊或氣脊,造成底水或氣頂錐進(jìn);同時(shí),對(duì)于非均質(zhì)、多油層油藏,由于層間矛盾突出,更會(huì)加劇底水或氣頂錐進(jìn),使水平井的優(yōu)勢(shì)不能夠充分發(fā)揮,造成資源浪費(fèi)和資金浪費(fèi)。對(duì)于底水油藏水平井開(kāi)發(fā)更是存在此類問(wèn)題,底水脊進(jìn)導(dǎo)致含水上升速度快、中低含水采油期短的現(xiàn)象普遍存在,已成為制約水平井生產(chǎn)的瓶頸。因此,如何最大程度地保證水平段的各個(gè)部分能夠均衡生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)控水完井已成為水平井開(kāi)發(fā)中極其重要的課題之一。一、水平井法控制水井建成1.底水油藏水平水面脊的形成機(jī)理對(duì)于底水錐進(jìn)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)已有至少100年的歷史。SmithC.L.和更早的學(xué)者們對(duì)底水錐進(jìn)的原理進(jìn)行過(guò)探討。底水錐進(jìn)的形成是由于油井采液產(chǎn)生的壓力梯度造成的。壓力梯度的形成引起底水向油井射孔部位推進(jìn)。通常由于水的密度大于油的密度,重力作用或多或少地減緩底水錐進(jìn),因此重力梯度和采液產(chǎn)生的壓力梯度之間存在著動(dòng)態(tài)平衡。如果采液產(chǎn)生的壓力梯度超過(guò)了重力梯度,使得水帶向上運(yùn)動(dòng),在開(kāi)采過(guò)程中,井底流動(dòng)壓力pwf逐漸降低,而要保持平衡,就不可避免地造成水柱高度hw升高,底水錐進(jìn)到射孔部位,即底水突破。這就是底水油藏水平井水脊形成的機(jī)理。在水平井中,油水界面將以脊形上升。垂直于水平井方向的橫截面形成的錐面,如圖1所示。2.摩阻損失井段控水的主要機(jī)理有:①盡量減少水平井完井段的水力摩阻損失;②改變流動(dòng)方向,使完井段摩阻損失壓力剖面重新分布;③通過(guò)控制井筒流入,使水平井筒產(chǎn)生最優(yōu)的砂面壓力分布;④底水分流。二、國(guó)內(nèi)外水平井法控制和完井技術(shù)1.管孔密調(diào)整井底壓力剖面該技術(shù)于上世紀(jì)90年代提出,它根據(jù)油藏滲透率的變化,優(yōu)化水平段每段的篩管孔密,利用不同的孔密來(lái)調(diào)節(jié)不同部位的壓差節(jié)流,調(diào)整井底壓力剖面,對(duì)于均值油藏,減小跟端孔密,增大壓差損失;增大趾端孔密,減小其壓差損失,以達(dá)到均衡生產(chǎn)壓差,降低底水錐進(jìn)速度的目的(圖2以打孔篩管不同孔密為例)。2.khydro控水原理中心管控水完井技術(shù)于20世紀(jì)90年代早期由Brekke&Lien(挪威能源和鋁業(yè)集團(tuán)NorskHydro)首次提出。它的控水原理是在篩管、襯管或射孔完井的基礎(chǔ)上,在水平段下掛一個(gè)小直徑油管,伸入水平完井段一定長(zhǎng)度,并用封隔器封閉小油管和套管之間的環(huán)形空間(如圖3所示),改變水平井根端的液體流向。應(yīng)用中心管技術(shù)后砂面壓力剖面和井筒流入剖面,明顯看出變得平緩(如圖4所示)。3.井底流動(dòng)壓差匹配ICD(InflowControlDevice,均衡流動(dòng)控制裝置)控水完井技術(shù)的基本原理是根據(jù)油藏情況,通過(guò)設(shè)置每一個(gè)流入控制裝置,使得通過(guò)沿程的節(jié)流裝置壓力損失與原來(lái)各個(gè)井段處的井底流動(dòng)壓差相匹配,從而平衡水平段沿程壓力損失,使得油藏井筒砂面壓力近似相等,剖面線平直,獲得油藏沿水平井井筒的近似均勻流入剖面(如圖5所示)。由圖6可以看出,某油藏應(yīng)用ICD控水完井技術(shù)以后,對(duì)于均質(zhì)或者非均質(zhì)油藏,其流量剖面都變得平緩。目前,ICD裝置大多是與篩管相結(jié)合,做成控水篩管,比較典型的應(yīng)用形式如圖7所示。其原理是:油層流體從油層流出后經(jīng)防砂篩管進(jìn)入到不帶孔基管與防砂篩管之間的環(huán)形間隙,流經(jīng)ICD裝置,最后進(jìn)入基管,被采出到地面。ICD裝置與油藏的性質(zhì)相結(jié)合,協(xié)調(diào)不同井段的不同滲透率,綜合井段長(zhǎng)度等因素,達(dá)到橫流量控制目的。4.雙管完井方法DWS(DownholeWaterSink)完井控制實(shí)質(zhì)上是采用雙管完井方法,可分為兩種類型。一種是用分支水平井開(kāi)采油藏,用垂直主井筒開(kāi)采底水層,簡(jiǎn)稱為T(mén)WS;另一種則是采用同向兩分支水平井結(jié)構(gòu),上方的水平井采油,底水層的水平井采水,簡(jiǎn)稱為BWS(見(jiàn)圖8)。5.改變井筒外的流率分布由于水平井最易于在根部突破,利用傾斜井筒增加根部避水高度,延緩水平井根部底水錐進(jìn),使整個(gè)水平井井筒做到同時(shí)見(jiàn)水,這樣底水的波及范圍最大。改變水平井段的流動(dòng)壓差,改變砂面分布?jí)毫?以此改變流率分布,使得根部流率與趾部流率變小。該完井方法一方面可以控制底水突破時(shí)間,另一方面可提高底水波及范圍,從而提高采收率(見(jiàn)圖9)。6.開(kāi)發(fā)底水油氣藏水平井或多分支機(jī)構(gòu)井這種方式控制脊進(jìn)的原理主要是通過(guò)成組的水平井或多分支井進(jìn)行開(kāi)發(fā)底水油氣藏,利用開(kāi)發(fā)數(shù)值模擬方法,研究水平井布井、長(zhǎng)度、完井方式或多分支井的結(jié)構(gòu)對(duì)底水油藏開(kāi)發(fā)指標(biāo)的影響,尋求最佳的水平井或多分支井開(kāi)發(fā)策略(見(jiàn)圖10、圖11)。三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用有待強(qiáng)化針對(duì)上述幾種控水完井技術(shù),應(yīng)用前景較好的有分段變密度篩管控水完井、中心管控水完井、ICD控水完井等。但目前的水平井控水完井技術(shù)在理論方面還不是特別透徹,在現(xiàn)場(chǎng)推廣方面,大多還停留在非智能狀態(tài),即無(wú)法根據(jù)井底狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)以及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。未來(lái)的水平井控水完井技術(shù)會(huì)向著智能化的水平井控水完井技術(shù)方向發(fā)展,集成井下數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、地面調(diào)控系統(tǒng)等多種測(cè)調(diào)手段,使水平井的控水完井技術(shù)更上一個(gè)新的臺(tái)階。四、水平井控水完井技術(shù)現(xiàn)狀(1)水平井產(chǎn)量遞減快,底水上升快,找水、堵水困難,已成為影響水平井長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)和水平井開(kāi)發(fā)壽命的關(guān)鍵問(wèn)題,水平井控水完井技術(shù)已成為水平井開(kāi)發(fā)中的重要技術(shù)難題。(2)水平井控水完井技術(shù)現(xiàn)在已有許多種,如分段變密度篩管控水完井、中心管控水完井、ICD控水完井、DW