水平井二次分段改造的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

張譯 張慶華 徐立前(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

南海東部油田主要以水平井開(kāi)發(fā)為主，水平井雖然具有大產(chǎn)液量，低生產(chǎn)壓差的優(yōu)勢(shì)，但是隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，由于地層非均質(zhì)性強(qiáng)，油水黏度比大以及底水錐進(jìn)、邊水侵入等因素，水平井出現(xiàn)了含水上升快，產(chǎn)油量遞減大等問(wèn)題，穩(wěn)油控水形勢(shì)非常嚴(yán)峻。為解決油田進(jìn)入特高含水期提產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)難題，在調(diào)研國(guó)內(nèi)外水平井控水、堵水技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了水平井二次分段改造工藝方案，可以通過(guò)在原水平段篩管(或打孔管)外精確定點(diǎn)擠注管外化學(xué)封隔器對(duì)在產(chǎn)井水平段進(jìn)行管外分隔二次完井，配合中心管串封堵水平出水井段部分，充分釋放高含油井段產(chǎn)能，達(dá)到降低產(chǎn)液及含水率，充分動(dòng)用井筒剩余油儲(chǔ)量的目的。X油田是南海東部首個(gè)自營(yíng)開(kāi)發(fā)的海相砂巖油田，以底水油藏為主，具有儲(chǔ)層面積大、油層薄、避水高度小，儲(chǔ)層滲透率高的特點(diǎn)，主要以水平井方式開(kāi)發(fā)。投產(chǎn)10年，X油田已進(jìn)入特高含水開(kāi)發(fā)期。結(jié)合X油田油藏特點(diǎn)，本油田設(shè)計(jì)了1口在產(chǎn)水平井進(jìn)行二次分段，實(shí)施定向堵水的措施井。經(jīng)分析研究地質(zhì)資料、測(cè)井資料和開(kāi)展配伍性實(shí)驗(yàn)，油井水平產(chǎn)層段非均質(zhì)性較強(qiáng)、投產(chǎn)后有含水突升情況、測(cè)井結(jié)果顯示水平段中部為主要出液段、趾端剩余油飽和度較高，油層溫度適宜，管外化學(xué)封隔器(ACP)材料與地層流體配伍性良好，為實(shí)現(xiàn)水平井二次分段改造定向堵水提供了絕佳條件。

1 技術(shù)原理

水平井管外分隔控堵水就是結(jié)合水平井井段間非均質(zhì)性，采用ACP技術(shù)，向管外環(huán)空注入化學(xué)物質(zhì)，使其在局部環(huán)空形成高強(qiáng)度不滲透的固體阻流環(huán)，即管外化學(xué)封隔器，再配合管內(nèi)機(jī)械封隔器，對(duì)水平段進(jìn)行分隔式二次完井，將高含水產(chǎn)液段封隔，充分釋放高含油飽和度井段產(chǎn)能，達(dá)到控水增油的增產(chǎn)措施目的。為實(shí)現(xiàn)水平井管外分隔控堵水增產(chǎn)措施，本油田篩選了一口投產(chǎn)10年的水平井，在調(diào)研國(guó)內(nèi)水平井控水、堵水技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套適合水平井的管外分隔控堵水方案，并從ACP材料的選擇及適應(yīng)性評(píng)價(jià)，地面到井筒整個(gè)ACP注入的施工工藝技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，水平分段智能完井中心管柱設(shè)計(jì)等方面著手，提出了方案設(shè)計(jì)和作業(yè)實(shí)施要點(diǎn)。

2 水平井管外分隔控堵水措施工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 ACP優(yōu)選

水平段封隔的關(guān)鍵在于材料對(duì)水平環(huán)空的完全充填。為此，需要材料在油藏條件下具備“剪切變稀，靜止瞬間增稠”的高觸變特性，并能在可控的時(shí)間內(nèi)，由觸變流體形成高強(qiáng)固體。

2.1.1 ACP材料優(yōu)選

具有良好觸變性，滿(mǎn)足水平井作業(yè)需求；固化后軸向壓差大(0.8MPa/m)；不受井液礦化度影響，有效期長(zhǎng)。

2.1.2 配伍性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

ACP材料與海水、井液配伍性好；ACP材料與暫堵劑、破膠劑等工作液配伍性好。

2.1.3 過(guò)篩管能力評(píng)價(jià)

以目標(biāo)井相同防砂精度篩管進(jìn)行ACP材料通過(guò)能力評(píng)價(jià)，磨阻增加約10%。

2.1.4 固化時(shí)間評(píng)價(jià)

ACP材料固化對(duì)溫度極其敏感，考慮動(dòng)管柱作業(yè)受工作液影響可能造成井底溫度波動(dòng)，通過(guò)調(diào)整ACP材料性能，確保在低于油層正常溫度10℃時(shí)ACP可凝固，處于正常油層溫度時(shí)凝固時(shí)間不低于5h，確保施工安全。

2.2 地層化學(xué)暫堵工藝設(shè)計(jì)

X油田是海相砂巖油田，地層滲透率高，根據(jù)以往相同油層生產(chǎn)井的作業(yè)井史經(jīng)驗(yàn)，井筒漏失大于60m3/h。為排除井筒漏失影響，保證ACP精準(zhǔn)擠注至目的井段，首先需對(duì)水平段進(jìn)行化學(xué)暫堵，待ACP作業(yè)結(jié)束后再進(jìn)行地層解堵。本井選用UltraFLO暫堵液體系，UltraFLO暫堵劑體系有配套解堵劑，在X油田有良好的應(yīng)用實(shí)踐，并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)與本次涉及的各工作液配伍性良好。UltraFLO配方：海水+燒堿2kg/m3+純堿1kg/m3+PFSTARFLO 25kg/m3+PF-VIS-B 8kg/m3。

2.3 ACP擠注服務(wù)管柱設(shè)計(jì)

2.3.1 管柱結(jié)構(gòu)

管外化學(xué)封隔器(ACP)擠注服務(wù)管柱主要由：圓頭盲堵+打孔管+單向閥+K344膨脹式封隔器(2個(gè))+打孔短節(jié)+定壓閥+K344膨脹式封隔器(2個(gè))+捕球器等組成，如圖1所示。

2.3.2 工作原理

如圖1所示，2、3兩個(gè)K344封隔器可以實(shí)現(xiàn)水平井管外化學(xué)封隔器材料定位放置，另兩個(gè)K344封隔器1、4可以有效防止ACP材料管外繞流。下面以建立一個(gè)ACP為例說(shuō)明工作原理。

圖1 管外化學(xué)封隔器(ACP)擠注作業(yè)服務(wù)管柱圖

(1)下鉆至盲管段，鉆桿內(nèi)正打生產(chǎn)水，試驗(yàn)K344封隔器是否工作正常，如果可以起壓，且泵壓快速上漲，確認(rèn)K344封隔器狀態(tài)良好；(2)繼續(xù)下鉆至設(shè)計(jì)位置，試擠測(cè)地層吸收量后，正循環(huán)依次泵入清洗液、隔離液、ACP化學(xué)膠塞、隔離液，投入固井橡膠球，繼續(xù)泵入頂替液，碰壓后停泵，起鉆；(3)候凝：ACP固化對(duì)溫度極其敏感，ACP固化時(shí)間過(guò)短會(huì)帶來(lái)“灌香腸”的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，考慮到工藝安全，設(shè)置地層溫度下ACP固化時(shí)間大于5h；(4)驗(yàn)封：下ACP注入管柱，使2、3兩個(gè)K344封隔器位置位于ACP兩端，通過(guò)前后移動(dòng)和正打壓檢驗(yàn)ACP的位置和長(zhǎng)度，壓力3.0MPa起壓為合格。

2.4 注入泵服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.4.1 根據(jù)井筒實(shí)際優(yōu)化鉆具組合設(shè)計(jì)

優(yōu)化鉆具組合，減少頂替量，由常規(guī)的5-1/2″鉆桿+3-1/2″鉆桿復(fù)合鉆具改為全井筒3-1/2″鉆桿，所需頂替量由24m3減少為8m3，作業(yè)時(shí)間大大縮短，擠注ACP作業(yè)更安全，頂替量把控更精準(zhǔn)。

2.4.2 引用特殊隔離球，ACP注入更精準(zhǔn)

自制捕球器，引入固井用橡膠球，橡膠球具有良好的伸縮性，可有效減少高黏度ACP在鉆桿內(nèi)的掛壁影響，并且隔離ACP與頂替液，避免混漿影響ACP材料化學(xué)性能，橡膠球進(jìn)入捕球器后進(jìn)行碰壓，防止出現(xiàn)過(guò)頂替。

2.4.3 優(yōu)化地面泵服系統(tǒng)

整個(gè)化學(xué)封隔器ACP注入過(guò)程涉及4種工作液，且為保證作業(yè)安全，作業(yè)時(shí)效要求很高。為了滿(mǎn)足安全作業(yè)需求和完成措施工藝關(guān)鍵點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)地面泵服系統(tǒng)如圖2，下面以一個(gè)ACP擠注流程為例說(shuō)明工作原理。

(1)打開(kāi)5、6號(hào)閥，其余閥門(mén)關(guān)閉，泥漿泵大排量泵入清洗液沖洗目標(biāo)井段；(2)打開(kāi)1、2、4號(hào)閥，其余閥門(mén)關(guān)閉，固井泵分別泵入隔離液、ACP和隔離液；(3)打開(kāi)1、3號(hào)和TIW閥，其余閥門(mén)關(guān)閉，注入頂替液，頂替橡膠球至前段隔離液，待橡膠球入捕球器碰壓，停泵完成整個(gè)注入流程。整個(gè)注入工程只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的閥門(mén)倒換即可完成各種工作液的有序注入，安全快捷，并完全滿(mǎn)足工藝實(shí)施關(guān)鍵點(diǎn)的各項(xiàng)要求。

圖2 地面泵服流程

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

A井為一口水平井，采用168mm優(yōu)質(zhì)篩管裸眼完井，最大井斜89.7°。為高滲砂巖儲(chǔ)層，水平段非均質(zhì)性較強(qiáng)、油層溫度80℃。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，需對(duì)水平段進(jìn)行管外分隔分段控制產(chǎn)液剖面，封堵中部高含水井段，單采趾端，釋放趾端高含油井段產(chǎn)能，后期根據(jù)生產(chǎn)情況再實(shí)現(xiàn)根指合采。ACP擠注位置數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 A井ACP擠注位置數(shù)據(jù)表

3.1 主要施工步驟

(1)Ф244.5mm套管刮管、試壓；(2)Ф168mm篩管通井、地層化學(xué)暫堵；(3)下ACP擠注服務(wù)管柱，擠注ACP1、ACP2；(4)Ф168mm篩管刮管、洗井；(5)下ACP擠注服務(wù)管柱進(jìn)行驗(yàn)封；(6)下入水平分段智能完井中心管柱；(7)下生產(chǎn)管柱，啟泵投產(chǎn)。

3.2 應(yīng)用效果

A井措施后投產(chǎn)含水由97%左右下降至92.5%，測(cè)試日產(chǎn)油由原來(lái)的63m3增加到120m3，增油量將近翻倍。在增油的同時(shí)，該井減少外排水640m3/d，既減少了化學(xué)藥劑的使用，也為平臺(tái)其他生產(chǎn)井提液增產(chǎn)創(chuàng)造了空間。

4 結(jié)語(yǔ)

水平井二次分段改造工藝設(shè)計(jì)準(zhǔn)確把握了管外化學(xué)封隔器選型、施工服務(wù)管串設(shè)計(jì)、地面泵服流程設(shè)計(jì)和水平分段智能完井中心管柱設(shè)計(jì)等關(guān)鍵點(diǎn)，可以安全、簡(jiǎn)單、低成本的實(shí)現(xiàn)水平井定向堵水的目的，為類(lèi)似定向控、堵水措施井作業(yè)設(shè)計(jì)提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

本井通過(guò)實(shí)施水平井二次分段改造進(jìn)行定向堵水，取得了較好的控水增油效果，下步應(yīng)繼續(xù)跟蹤措施后生產(chǎn)效果，總結(jié)分析海相砂巖水平井產(chǎn)液規(guī)律，可在類(lèi)似油井推廣應(yīng)用。