水平井控水完井技术综述

水平井控水完井技术综述

平井开发是一项通过扩大油藏排水面积，提高油藏产量，充分发挥油田开发经济效益的系统工程。它对老路的剩余油藏和新污水的生产能力发挥着极其重要的作用。但是水平井开发,尤其是长井段水平井,对于均质、单一油层,由于井筒摩阻和不均衡压差的影响,水平段两端采液强度高,中间采液强度低,导致水平井各段的贡献率非常不平衡,随着开采时间的推移,水平井的漏斗效应愈加明显,在水平段始端压力梯度最大处形成水脊或气脊,造成底水或气顶锥进;同时,对于非均质、多油层油藏,由于层间矛盾突出,更会加剧底水或气顶锥进,使水平井的优势不能够充分发挥,造成资源浪费和资金浪费。对于底水油藏水平井开发更是存在此类问题,底水脊进导致含水上升速度快、中低含水采油期短的现象普遍存在,已成为制约水平井生产的瓶颈。因此,如何最大程度地保证水平段的各个部分能够均衡生产,实现控水完井已成为水平井开发中极其重要的课题之一。一、水平井法控制水井建成1.底水油藏水平水面脊的形成机理对于底水锥进问题的认识已有至少100年的历史。SmithC.L.和更早的学者们对底水锥进的原理进行过探讨。底水锥进的形成是由于油井采液产生的压力梯度造成的。压力梯度的形成引起底水向油井射孔部位推进。通常由于水的密度大于油的密度,重力作用或多或少地减缓底水锥进,因此重力梯度和采液产生的压力梯度之间存在着动态平衡。如果采液产生的压力梯度超过了重力梯度,使得水带向上运动,在开采过程中,井底流动压力pwf逐渐降低,而要保持平衡,就不可避免地造成水柱高度hw升高,底水锥进到射孔部位,即底水突破。这就是底水油藏水平井水脊形成的机理。在水平井中,油水界面将以脊形上升。垂直于水平井方向的横截面形成的锥面,如图1所示。2.摩阻损失井段控水的主要机理有:①尽量减少水平井完井段的水力摩阻损失;②改变流动方向,使完井段摩阻损失压力剖面重新分布;③通过控制井筒流入,使水平井筒产生最优的砂面压力分布;④底水分流。二、国内外水平井法控制和完井技术1.管孔密调整井底压力剖面该技术于上世纪90年代提出,它根据油藏渗透率的变化,优化水平段每段的筛管孔密,利用不同的孔密来调节不同部位的压差节流,调整井底压力剖面,对于均值油藏,减小跟端孔密,增大压差损失;增大趾端孔密,减小其压差损失,以达到均衡生产压差,降低底水锥进速度的目的(图2以打孔筛管不同孔密为例)。2.khydro控水原理中心管控水完井技术于20世纪90年代早期由Brekke&Lien(挪威能源和铝业集团NorskHydro)首次提出。它的控水原理是在筛管、衬管或射孔完井的基础上,在水平段下挂一个小直径油管,伸入水平完井段一定长度,并用封隔器封闭小油管和套管之间的环形空间(如图3所示),改变水平井根端的液体流向。应用中心管技术后砂面压力剖面和井筒流入剖面,明显看出变得平缓(如图4所示)。3.井底流动压差匹配ICD(InflowControlDevice,均衡流动控制装置)控水完井技术的基本原理是根据油藏情况,通过设置每一个流入控制装置,使得通过沿程的节流装置压力损失与原来各个井段处的井底流动压差相匹配,从而平衡水平段沿程压力损失,使得油藏井筒砂面压力近似相等,剖面线平直,获得油藏沿水平井井筒的近似均匀流入剖面(如图5所示)。由图6可以看出,某油藏应用ICD控水完井技术以后,对于均质或者非均质油藏,其流量剖面都变得平缓。目前,ICD装置大多是与筛管相结合,做成控水筛管,比较典型的应用形式如图7所示。其原理是:油层流体从油层流出后经防砂筛管进入到不带孔基管与防砂筛管之间的环形间隙,流经ICD装置,最后进入基管,被采出到地面。ICD装置与油藏的性质相结合,协调不同井段的不同渗透率,综合井段长度等因素,达到横流量控制目的。4.双管完井方法DWS(DownholeWaterSink)完井控制实质上是采用双管完井方法,可分为两种类型。一种是用分支水平井开采油藏,用垂直主井筒开采底水层,简称为TWS;另一种则是采用同向两分支水平井结构,上方的水平井采油,底水层的水平井采水,简称为BWS(见图8)。5.改变井筒外的流率分布由于水平井最易于在根部突破,利用倾斜井筒增加根部避水高度,延缓水平井根部底水锥进,使整个水平井井筒做到同时见水,这样底水的波及范围最大。改变水平井段的流动压差,改变砂面分布压力,以此改变流率分布,使得根部流率与趾部流率变小。该完井方法一方面可以控制底水突破时间,另一方面可提高底水波及范围,从而提高采收率(见图9)。6.开发底水油气藏水平井或多分支机构井这种方式控制脊进的原理主要是通过成组的水平井或多分支井进行开发底水油气藏,利用开发数值模拟方法,研究水平井布井、长度、完井方式或多分支井的结构对底水油藏开发指标的影响,寻求最佳的水平井或多分支井开发策略(见图10、图11)。三、现场应用有待强化针对上述几种控水完井技术,应用前景较好的有分段变密度筛管控水完井、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术在理论方面还不是特别透彻,在现场推广方面,大多还停留在非智能状态,即无法根据井底状态实现自动以及实时调节。未来的水平井控水完井技术会向着智能化的水平井控水完井技术方向发展,集成井下数据实时监测系统、地面调控系统等多种测调手段,使水平井的控水完井技术更上一个新的台阶。四、水平井控水完井技术现状(1)水平井产量递减快,底水上升快,找水、堵水困难,已成为影响水平井长期稳产和水平井开发寿命的关键问题,水平井控水完井技术已成为水平井开发中的重要技术难题。(2)水平井控水完井技术现在已有许多种,如分段变密度筛管控水完井、中心管控水完井、ICD控水完井、DW