自適應調流控水防砂工藝在塔河油田的研究與應用

宋正聰， 李 青， 何 強

(1中石化西北油田分公司采油三廠 2中石化西北油田分公司勘探開發研究院 3中石化西北油田分公司采油二廠)

塔河油田西南部古近系庫姆格列木群碎屑巖油藏具有典型的“水上漂”特點：砂體厚度一般在50～60 m，油層厚度只有1.8～4.5 m，且無明顯隔斷層，儲層非均質嚴重，底水錐進，另外，儲層膠結物少、巖石膠結強度低，易出砂。油井含水上升快、易出砂，嚴重影響該區塊水平井整體開發效果。針對上述問題，本文提出了利用油、水物性差別，采用流道轉換及結構變化的方法，建立新型調流控水裝置的技術思路，研發了一種新型的自適應調流控水防砂完井工藝，在塔河油田10口井進行現場試驗，獲得了較好的穩油控水防砂效果，有效的抑制了底水錐進、提高了油藏采收率。

一、裝置結構及原理

1.裝置結構

自適應調流控水防砂裝置(如圖1所示)主要由精密復合防砂篩管、自適應調流控水短節兩部分組成。其中，防砂篩管是在常規精密復合篩管[1-2]的基礎上，結合地層產液在水平井井筒內流動特點，對常規精密復合篩管的結構和流體通道進行改造而成。

圖1 自適應調流控水防砂裝置結構示意圖

2.控水部分原理

自適應調流控水短節(如圖2所示)是自適應調流控水防砂裝置的核心部件，由外殼、工作筒、自適應節流控制器等組成。地層流體經過篩管過濾后流入篩管環形空間，完成防砂功能；然后流體沿著對接插頭內的孔道經過自適應節流控制器流入基管內，實現調流控水功能。

圖2 自適應調流控水短節

調流控水功能是通過流體在自適應節流控制器內實現的。該控制器(如圖3所示)主要由入口通道、節流噴嘴、節流通道、中心出口等組成。入口通道主要功能是將進入自適應調流控水裝置流體腔內的流體引入節流控制器，節流噴嘴利用局部摩阻效應起到進油阻水的作用，節流通道利用沿程摩阻效應起到進水阻油的作用，中心出口是連接節流控制器與中心管基管的通道。其工作原理(如圖4所示)為：利用油水基本物性差異，通過改變流動通道的幾何特性改變流體的運動勢能，達到實現自動識別流體、自適應穩油控水的功能。

圖3 自適應節流控制器結構

圖4 水(左)、油(右)在控水裝置中流動

3.防砂部分原理

該精密復合防砂篩管(如圖5所示)由內向外為繞絲骨架、打孔管、擴散網、濾砂網和外保護管組成。與常規防砂管的區別主要是：將最里層的骨架改成了繞絲固架，從而使基管與濾砂層之間留有軸向流動通道，地層產液通過濾砂層后可通過該軸向流動通道流向中間接箍內側的凹槽通道以快速對接插頭內側的凹槽通道內，最終流向自適應調流控水裝置內的流體腔內[3]。

圖5 精密復合防砂篩管結構示意圖

二、裝置主要性能及特點

(1)智能調節。利用油水基本物性差異[4]，通過其內部獨特的流體流動通道改變流體的運動勢能，實現自動識別流體、自動調整調流壓降、自適應穩油控水；利用遇油膨脹封隔器對儲層進行封隔[5]，隨著各分隔井段含水率的提高，自適應調流控水篩管產生的壓差相應提高，實現油井整個生命周期均衡油相入流剖面，無限級控水。整個生產的過程中無需人為干預、自主控制，實現了低成本的智能完井。

(2)對水具有高敏感性。自適應節流控制器水油壓差比為3～7.5，阻水能力大于阻油能力50%以上。

(3)耐沖蝕性強。選用鎢鈷合金作為核心部件的材料，洛氏硬度達87 HRC。

(4)結構簡單。自適應調流控水裝置與篩管部分的連接采用螺紋+插入密封的方式，可以實現不同規格的篩管與不同規格的自適應調流控水裝置的自由搭配安裝。

三、現場應用評價

截止2017年6月，已現場實施10井次，工藝有效率100%，平均單井無水采油期>1 063 d，最高無水采油期>2 348 d，平均單井采油3.03×104t。相比傳統射孔完井(單井平均無水采油期263 d、平均單井采油1.08×104t，開發效果優勢明顯，實現油井無水采油期延長18個月，較常規控水篩管控水效果提高了20%以上，已在塔河油田碎屑巖底水油藏全面推廣應用。

S1井是塔河油田11區古近系庫姆格列木群砂體圈閉構造上的一口水平井，井深3 572 m，油層厚度1.8 m，油層下部為底水，水平段避水高度僅0.8 m。3口鄰井位于同一背景圈閉構造，平均產油量5.4 t/d，平均含水率 58%以上，無水采油期僅510 d。

控制底水抬升、防止地層出砂是該井完井所面臨的主要難題。為此，該井采用了水平井自適應調流控水裝置進行完井，日產油8.8 t，含水率45.3%，無水采油期1 418 d，較鄰井延長908 d。

利用水平井自適應調流控水裝置的阻水穩油特性達到控水穩油的目的，從而抑制底水的快速抬升和錐進，實現水平井產液剖面的均勻上升。

四、結論

(1)該裝置具有自適應調流、控水、防砂一體化功能，現場安裝方便，適用性強。

(2)該裝置有效解決了塔河油田西南部古近系庫姆格列木群碎屑巖油藏底水錐進和出砂的問題，實現油井無水采油期延長了18個月，較常規控水篩管控水效果提高了20%以上，可在類似油井中推廣應用，前景十分可觀。