水平井控水完井技術(shù)綜述

水平井控水完井技術(shù)綜述

平井開發(fā)是一項通過擴大油藏排水面積，提高油藏產(chǎn)量，充分發(fā)揮油田開發(fā)經(jīng)濟效益的系統(tǒng)工程。它對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。但是水平井開發(fā),尤其是長井段水平井,對于均質(zhì)、單一油層,由于井筒摩阻和不均衡壓差的影響,水平段兩端采液強度高,中間采液強度低,導致水平井各段的貢獻率非常不平衡,隨著開采時間的推移,水平井的漏斗效應愈加明顯,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;同時,對于非均質(zhì)、多油層油藏,由于層間矛盾突出,更會加劇底水或氣頂錐進,使水平井的優(yōu)勢不能夠充分發(fā)揮,造成資源浪費和資金浪費。對于底水油藏水平井開發(fā)更是存在此類問題,底水脊進導致含水上升速度快、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部分能夠均衡生產(chǎn),實現(xiàn)控水完井已成為水平井開發(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理對于底水錐進問題的認識已有至少100年的歷史。SmithC.L.和更早的學者們對底水錐進的原理進行過探討。底水錐進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。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,因此重力梯度和采液產(chǎn)生的壓力梯度之間存在著動態(tài)平衡。如果采液產(chǎn)生的壓力梯度超過了重力梯度,使得水帶向上運動,在開采過程中,井底流動壓力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改變流動方向,使完井段摩阻損失壓力剖面重新分布;③通過控制井筒流入,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,利用不同的孔密來調(diào)節(jié)不同部位的壓差節(jié)流,調(diào)整井底壓力剖面,對于均值油藏,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,以達到均衡生產(chǎn)壓差,降低底水錐進速度的目的(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90年代早期由Brekke&Lien(挪威能源和鋁業(yè)集團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,在水平段下掛一個小直徑油管,伸入水平完井段一定長度,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.井底流動壓差匹配ICD(InflowControlDevice,均衡流動控制裝置)控水完井技術(shù)的基本原理是根據(jù)油藏情況,通過設置每一個流入控制裝置,使得通過沿程的節(jié)流裝置壓力損失與原來各個井段處的井底流動壓差相匹配,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,某油藏應用ICD控水完井技術(shù)以后,對于均質(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,綜合井段長度等因素,達到橫流量控制目的。4.雙管完井方法DWS(DownholeWaterSink)完井控制實質(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采油藏,用垂直主井筒開采底水層,簡稱為TWS;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,簡稱為BWS(見圖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,使整個水平井井筒做到同時見水,這樣底水的波及范圍最大。改變水平井段的流動壓差,改變砂面分布壓力,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間,另一方面可提高底水波及范圍,從而提高采收率(見圖9)。6.開發(fā)底水油氣藏水平井或多分支機構(gòu)井這種方式控制脊進的原理主要是通過成組的水平井或多分支井進行開發(fā)底水油氣藏,利用開發(fā)數(shù)值模擬方法,研究水平井布井、長度、完井方式或多分支井的結(jié)構(gòu)對底水油藏開發(fā)指標的影響,尋求最佳的水平井或多分支井開發(fā)策略(見圖10、圖11)。三、現(xiàn)場應用有待強化針對上述幾種控水完井技術(shù),應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)場推廣方面,大多還停留在非智能狀態(tài),即無法根據(jù)井底狀態(tài)實現(xiàn)自動以及實時調(diào)節(jié)。未來的水平井控水完井技術(shù)會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)實時監(jiān)測系統(tǒng)、地面調(diào)控系統(tǒng)等多種測調(diào)手段,使水平井的控水完井技術(shù)更上一個新的臺階。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期穩(wěn)產(chǎn)和水平井開發(fā)壽命的關(guān)鍵問題,水平井控水完井技術(shù)已成為水平井開發(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