水平井控水完井技术在底水疏松砂岩油藏的应用

天 津 科 技

TIANJIN SCIENCE & TECHNOLOGY

Vol.46 SupplDec. 2019

应用技术

水平井控水完井技术在底水疏松砂岩油藏的应用

曲庆利1，关 月1，张 飙1，王 培2

(1. 大港油田石油工程研究院 天津300280；2. 大港油田井下作业公司 天津300280)

1 234 ,1234 摘 要：为解决底水疏松砂岩油藏在出砂的同时出现高含水问题，采用水平井防砂控水一体化完井工艺技术。该技术是集防砂、控水于一体的水平井完井技术，既可通过筛管防砂，又可有效延缓底水锥进速度，提高底水油藏水平井开发效果。通过裸眼封隔器和管内分段控水装置对水平段进行分段完井，优化的管柱结构设计，调整了水平段生产压差的分布，有利于底水均匀推进。当一段含水上升后，可以调整生产管柱进行换层开采，有效控制了含水上升速度。该技术在大港油田孔店油田孔二南断块实施，取得良好效果。 关键词：水平井 防砂 控水 完井

中图分类号：TE355.6 文献标志码：A 文章编号：1006-8945(2019)增-0066-04

Application of Horizontal Well Water Control and Completion Technology in Bottom Water Loose Sandstone Reservoir

QU Qingli1，GUAN Yue1，ZHANG Biao1，WANG Pei2

(1. Dagang Drilling and Production Institute of PetroChina Dagang Oilfield Company，Tianjin 300280，China；

2. Dagang Oilfield Downhole Operation Company，Tianjin 300280，China) Abstract：In order to solve the problem of high water cut with sand production in bottom water loose sandstone reservoir, the horizontal well sand control and water control integrated completion technology is applied. This technology is a horizon-tal well completion technology that integrates sand control and water control, which can control sand with screen liners,effectively delay the bottom water coning rate and improve the development effect of horizontal wells in bottom water reser-voirs. The open hole packer and the in-pipe segmented water control device are used to complete the horizontal section, the string structure design is optimized, and the distribution of the production pressure difference in the horizontal section is ad-justed, which is beneficial to the uniform advancement of the bottom water. When water cut in a section rises, separated zoneproduction via string adjustment is operated to effectively control water cut rate. The technology has been applied in BlockKongernan of Kongdian Oilfield in Dagang Oilfield, with good results. Key words：horizontal well；sand control；water control；well completion

0 引 言

水平井技术是开采复杂油藏、提高开发效益的关键技术，应用范围越来越广，2008年世界范围内钻水平井总数已经超过5万口[1]。水平井完井质量直接影响水平井产量、油藏动用率和开发效果。目前，水平井的完井方式主要有裸眼筛管完井和固井射孔完 井[2-3]。相对于固井射孔完井，水平井裸眼筛管完井产量高、储层伤害小，已逐渐成为国内外水平井的主要完井方式[4-5]。

收稿日期：2019-10-22

大港油田疏松砂岩油藏储层胶结疏松并伴有底水，在开采过程中存在颗粒运移严重、容易出砂、堵塞、含水上升快等问题，导致水平井开发效率低，出水日趋严重，出水加剧出砂。如何有效防止“粉细砂储层出砂”和“延缓底水油藏快速锥进”，成为水平井完井需解决的瓶颈问题。为解决上述问题，近年开展了水平井防砂控水一体化完井技术的研究应用，在完井、防砂及控水等方面取得有效突破，实现了产能规模的提升。

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1 水平井防砂控水一体化完井技术

水平井防砂控水一体化完井工艺技术是集防砂、控水于一体的水平井完井技术，既可通过筛管防砂，2.1.1 工作原理

从油管加液压，剪断坐封剪钉，推动小锥体撑开卡瓦锚定，同时压缩套向上移动，挤压胶筒、密封油、套环形空间，封隔器座封完毕。上提油管剪断解封剪又可有效延缓底水锥进速度，提高底水油藏水平井开发效果。 1.1 工艺原理及特点 工艺原理：通过裸眼封隔器和管内预置分段装置对水平段进行分段完井，配套的中心管采用优化布孔设计，调整了水平段生产压差的分布，有利于底水均匀推进。当一段含水上升后，可以调整生产管柱进行另一段开采，有效控制了含水上升速度。 技术特点：①针对渗透率差异明显的水平段，能发挥不同渗透带的作用；②对水平井井眼轨迹垂向落差大，可控制底水单点突破；③能最大限度提高水平段动用程度，提高单井采收率。 1.2 工艺管柱

外管柱自下而上：φ139.7mm引鞋+φ139.7mm洗井阀+φ139.7mm筛管串+φ139.7mm套管+ φ139.7mm筛管串+φ190mm遇油膨胀封隔器+ φ139.7mm套管+φ190mm遇油膨胀封隔器+ φ139.7mm筛管串+φ139.7mm套管+φ180mm免钻

注水泥封隔装置+φ139.7mm套管串。

内管柱自下而上：φ73mm丝堵+φ73mm油管+ φ116mm水平井液控开关+φ73mm油管串+φ115mm水平井封隔器+φ73mm油管串+φ116mm水平井液控开关+φ115mm水平井封隔器(带丢手)，如图1所示。

图1 防砂控水一体化完井内管柱示意图

Fig.1 Schematic diagram of pipe string for integrated

completion of sand control and water control

2 配套工具及分段参数优化

2.1 配套工具

水平井封隔器如图2所示。

图2 水平井封隔器(Y441-115)

Fig.2 Horizontal well packer(Y441-115)

钉，胶筒释放、卡瓦回缩，解封完成；也可投球打掉解封滑套，胶筒回收，工具解封。 2.1.2 技术特点

①采用双锥体双向卡瓦锚定机构，具有锚定可靠、承受负荷大的特性；②采用三牙块，自动调心锚定机构，克服了因井下套管缺陷，封隔器锚定不死的问题；③该封隔器具有内部平衡系统，解封负荷小，解封灵活；④采用了特殊结构的密封胶筒，座封负荷小，承压能力高，可达30MPa以上；⑤具有两种解封方式，解封可靠。

水平井液控开关如图3所示。开关主要由轨道换向机构、分流机构、压力调节机构组成。

图3 水平井液控开关

Fig.3 Hydraulic control switch for horizontal wells

2.1.3 工作原理

当开关需要换向时，从套管打液压至换向压力(10MPa)。此时由于钢球和密封件的密封作用，轨迹管、上外筒、轨迹管外筒、球座共同形成液压换向活塞。在液压力的作用下球座压缩弹簧下行，同时控制滑块在轨道中换向，泄压后弹簧回弹，即可实现换向。当滑块由轨迹管短轨道进入轨迹管长轨道时开关状态由关转换成开，反之则原理相同。 2.1.4 技术特点

开关换向机构采用轨道滑块，可实现开关的多次重复换层生产；当油井需换层生产时，可实现不动管柱的情况下换层生产。 2.2 水平井分段参数优化

2.2.1 水平井井筒压力和流入剖面分析

水平井控水的原理是通过平衡水平井筒流动压力降的影响，使地层流入剖面均匀，达到控制底水脊进的目的。

假设水平井全部打开，由于井筒流动的影响，使得常规水平井完井后跟端的压力要高于趾端，如图4所示；而流入剖面为U形，如图5。水平井分段打开时，未打开段没有加速压降，也没有流入，因此其井筒压降要小于全井打开时的情况，分段开始时，单独每段的无因次地层流入量要比全部打开要高，因此每

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个打开段近似为U形。 总体来讲，全部打开时流量均匀系数比分段打开时要高，这说明流量分布相差大，比分段打开时更容易在跟端发生脊进。根据流量分布曲线，要控制或改变流量分布，可通过控制打开程度来实现。

图4 水平段全部打开和分段打开压力剖面特征

Fig.4 Pressure profile characteristics of horizontal all

opening and section opening

图5 水平段全部打开和分段打开流入剖面特征

Fig.5 Inflow profile features of horizontal all opening

and section opening

2.2.2 水平井分段参数优化

通过对水平井流入动态的研究，利用地层、井筒及流体等参数，采用设计软件对水平井进行流入剖面和水脊剖面预测，从而进行盲筛比和采油管柱的设计，对入流剖面进行均衡调整，最后优化出最佳方案，如图6所示，达到优化分段参数，调整产液剖面、延长低含水采油期的目的。

图6 水平井分段参数优化设计流程

Fig.6 Optimum design flow of segmentation parameters

for horizontal wells

3 现场应用情况

目前，水平井防砂一体化技术在大港油田已成

熟，以K104H7井为例，介绍其现场应用情况。 3.1 完井数据

K104H7井位于K油田孔二南断块南部，含油目的层为NgⅢ油组。NgⅢ油组储层岩石类型以长石中砂岩和长石细砂岩为主，胶结物为云母泥为主，胶结疏松。平均孔隙度为33.9%，平均渗透率1320mD，平均泥质质量分数11.6%。油层主要发育在其顶部，油层平均有效厚度10.1m。油水界面为1350m。NgⅢ油组地面原油密度为0.976g/cm3(20℃)，50℃平均地面原油黏度为4310mPa.s。 该井完钻井深1860m，最大井斜93.04°，完井油层套管内径φ121.24mm。根据邻井地质情况，层位NgⅢ，通过地层砂粒度分布规律分析，地层砂粒度中值0.12～0.23mm，平均0.187mm，均匀系数1.59～3.65，平均2.4，表现为地层砂粒度中值较大，均匀性较好。选择优质筛管完井方式。结合K油田已投产水平井防砂完井生产分选，该井采用防砂控水一体化完井工艺完井，延长低含水采油期，提高单井产量。 根据产液剖面和水脊剖面预测，结合分段设计方案优化参数，可以得出流量均匀系数和压力方差较小的设计方案能够更大限度地调整流入剖面，即得出优化设计方案。

在均质油藏条件下，考虑打开位置对产能的影响，打开段距离水平段跟段越近越好，最终得出以下方案。水平段管柱结构见表1。

表1 套管-筛管结构

Tab.1 Casing-screen structure 方案序号

筛管(m)

套管(m)

筛管(m)

7 219 102 142

3.2 施工工艺步骤

①下完井管串：按完井设计下入完井外管柱。

②胀封封隔器、打开分级箍：井口套管正打压7～9MPa，稳压3min，胀封封隔器，继续升压15MPa打开分级箍，建立固井循环通道。 ③固井：采用常规固井水泥头。施工前将胶塞放入固井水泥头内，按泵注程序进行固井。 ④碰压，关闭分级箍：胶塞下行至分级箍位置，压力突然升高，碰压至20MPa，关闭分级箍。 ⑤候凝：打开水泥车放压阀门，观察水泥浆无倒返，关井候凝。

⑥测固井质量：测声幅。

⑦捞固井附件：下专用工具捞分级箍内塞及 附件。

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⑧通井：下通井规通井。 ⑨下控水管柱：下入控水管柱，根据需求选择开采段。

⑩下泵生产。 3.3 效果分析

K104H7井水平段分为两段：前段219m (1491～1710m)，后端142m(1830～1972m)。该井于2011年3月29日投产，投产初期生产后段

142m(1830～1972m)，投产初期日产油17.23t，日

产液量26.97m3，含水36.11％。2012年4月换层开采前段219m(1491～1710m)。换层作业后，投产日产油10.4t，日产液19.3m3，含水46.13%，下降

含水43.69%。目前日产油4.31t，日产液97.5m3，

95.57%，累积产油1.4×104t(图7、表2)。

图7 K104H7生产曲线图

Fig.7 Production curve of K104H7

表2 K104H7换层控水效果对比表

Tab.2 Contrast of water control effect before and after

layer change of K104H7

换层前

换层后

液(m3/d) 油(t/d) 含水(%) 液(m3/d) 油(t/d) 含水(%)60.69 6.17 89.82 19.3 10.4 43.69 参考文献

［1］ 余金陵，王绍先，彭志刚，等. 水平井筛管分段完井

技术研究与应用[C]. 水平井油田开发技术文集，北京：石油工业出版社，2010：441-446.

［2］ 袁进平，齐奉忠. 国内完井技术现状及研究方向建

议[J]. 钻采工艺，2007，30(3)：3-6.

［3］ 吴月先，钟水清，徐永高，等. 中国水平井技术实力

现状及发展趋势[J]. 石油矿场机械，2008，37(3)：33-36.

［4］ 杨海波，余金陵，魏新芳，等. 水平井免钻塞筛管顶

部注水泥完井技术[J]. 石油钻采工艺，2011，33(3)：28-30.

［5］ 刘猛，董本京，张友义. 水平井分段完井技术及完井

管柱方案[J]. 石油矿场机械，2011，40(1)：28-32.

［6］ 曲庆利，关月，聂上阵，等. 水平井大通径可捞式免

钻塞筛管完井技术应用[J]. 石油矿场机械，2014，43(12)：58.

［7］ 大港油田开发处. 大港油田开发年报[Z]. 2017.

4 结论与认识

①预置分段装置随完井管柱一趟下入，即完成环

空与管内有效分段封隔，实现一趟管柱完成分段；换段开采时，用换段内管柱将其开启，实现换段生产。 ②根据每口井的实际情况，采取有针对性的工艺管柱，实现对水平井投产初期生产压差的合理控制，有效提高了水平井开发效果。 ③采油模式、筛管分段数量、位置、肓管长度等工艺技术参数，以及工艺整体可靠性需进一步完善。 ④对各分井段采关模式尚不能实现智能化，目前需作业施工实现，有待进一步研究。■