海上油田水平井分段控水技术研究

海上油田水平井分段控水技术研究

在海上油田的开发中，水平井的比例非常高，通常使用过滤和井管，而不允许外部堵塞。水分上升后，很难实施各种控水稳定措施。研究表明,筛管完井水平井控水的关键是如何实现水平井管外分段,环空化学封隔器(ACP)技术为解决该问题提供了有效途径。国外ACP技术研究始于20世纪90年代末,该技术利用管内跨式封隔器向管外环空注入特殊流体,使其在局部环空形成高强不渗透的固体阻流环,即管外环空化学封隔器,为后期各种控水、酸化等措施的实施提供条件。近年来国内相关机构也开始了这方面的研究与应用,为筛管完井水平井控水技术的发展奠定了基础,但现场应用并不广泛,也没有成熟的配套技术。本文选取高触变材料HTHC进行了海上油田ACP技术适应性研究,并设计了注入验封一体化管柱,开展了ACP技术辅助下的分段开采先导矿场试验,取得了良好效果。1油藏条件下的触变控制水平段封隔的关键在于材料对水平环空的完全充填。为此,需要材料在油藏条件下具备“剪切变稀、静止增稠”的高触变特性,并能在可控的时间内由触变流体形成高强固体。1.1固化特性及模量证明实验采用配备密闭系统的HaakeRS6000模块化流变仪。触变性研究采用动态实验方法,首先在较高的剪切速率下破坏高触变环空化学封隔器材料HTHC(型号:ACP-H/45-80)的结构,然后对其施加小幅振荡应力,监测储能模量随恢复时间的变化;固化特性研究采用小幅度振荡法,通过模量拐点的监测判定固化时间。在触变及固化性研究的基础上,室内利用矿场模型进行了充填程度及强度模拟实验。作为对比结果,实验同时针对混层氢氧化物(MMH)及三乙醇胺钛/改性纤维素(Ti/HEC)体系进行了研究。因为该类体系为具有代表性的依时触变材料,广泛应用于钻井液、触变水泥等领域。1.2hthcpq结构的初始粘度表1实验评价温度380K时HTHC、MMH、Ti/HEC等材料剪切粘度及剪切静止后储能模量的变化,结果如图1、2所示。剪切粘度与剪切速率的关系可以用幂律流体方程表征:式(1)中:η为剪切粘度,为剪切速率,s-1;k为稠度系数,mPa·sn;n为幂律指数。剪切静止后不同时间的弹性模量可由下式表征:式(2)中:c为常数,可反映出触变体系经剪切后静止时结构恢复速率的相对大小;m为常数,可反映出剪切后触变体系达到结构完全恢复所需时间的相对长短;G′0为剪切后静止时刻的初始弹性模量,Pa;G′∞为体系内部结构经长时间静止恢复达到的弹性模量,Pa。从图1可以看出,HTHC的初始粘度较MMH及Ti/HEC高,但100~1000s-1剪切速率条件下3种材料体系粘度趋于一致,都具有明显剪切变稀特性。矿场施工(排量10m3/h、ue78873.025mm油管、筛管过滤精度60μm)条件下,油管内剪切速率为300~500s-1,筛管处为6000~10000s-1,满足剪切变稀条件,可以实现注入过程的低摩阻。此外,从图2可以看出HTHC高于其他2类体系,表明其结构强度恢复更快,具有良好的静止增粘特性(10s内结构强度达到200Pa,为最终强度的66.7%,且恢复后的结构强度高),为HTHC进入水平环空后防止重力坍落,实现立体填充程度提供了保证,进一步的水平井筒模拟实验(图3)对此予以了证实。从图3可以看出:HTHC进入环空后,在竖直向上运移过程中未出现重力坍落(图3a),实现了环空的立体充填;而在水平运移过程中HTHC段塞活塞式均匀推进,未出现指进现象(图3b)。1.3固化性能单纯依靠HTHC的触变结构强度并不能满足封隔要求,需要材料在填充水平环空后继续发生固化,从而由流体形成为高强弹性体。HTHC的固化可通过固化树脂实现,固化树脂的质量分数影响固化时间。室内实验温度取试验井油藏温度380K,实验结果表明固化树脂质量分数为0.15%左右时,其固化时间可保持在6h左右(图4),满足施工安全要求。固化强度可借助图5所示装置测试。经测试,HTHC材料厚度为2.55cm时固化后击穿压力为2.0MPa,折合径向击穿强度78MPa/m。由材料特性评价实验可以看出:HTHC能有效防止重力坍落,实现水平环空的完全充填,并能在满足工艺要求的条件下形成高强度的固体,具有适用于矿场的可行性。2注入试验和综合管柱的设计2.1管柱整体结构设计通常,筛管外ACP材料的定位注入可以借助油管和封隔器实现,筛管内ACP材料的放置需要设计另外1趟管柱。本文设计的注入验封一体化管柱可以实现1趟管柱在筛管内设置1个段塞、筛管外设置2个或多个ACP,该设计采用投球方式控制ACP材料管内管外的连续注入和精确定量注入,防止过顶替或者油管内ACP材料剩余过量。注入验封一体化管柱主要由通孔圆头管鞋+球座(ue78831.75mm球)+K344膨胀式封隔器+节流接头+K344膨胀式封隔器+球座(ue78838.10mm球)+球座(ue78841.28mm球)+K344膨胀式封隔器+投球装置等组成(图6)。通过投球,ue78831.75mm球座可以实现筛管内ACP材料和第1段筛管外ACP材料的连续注入,ue78838.10mm球座可以实现第1段ACP材料精确定量注入,ue78841.28mm球座可以实现第2段ACP材料精确定量注入。2.2hthc的建立如图6所示,封隔器4、7可以实现水平井环空化学封隔器材料定位放置,封隔器11可以有效防止ACP材料绕流。下面以建立2个ACP为例说明注入验封一体化管柱的工作原理。1)管内及下部ACP的建立:下管柱至设计位置,关BOP,试挤测地层吸收量后正循环依次泵入清洗液、前置液、HTHC,投入ue78831.75mm球,继续泵入HTHC,投ue78838.10mm球,连续泵入后置液、顶替液,碰压后加压5MPa左右释放ue78838.10mm球,停泵;2)上部ACP的建立:打开BOP,缓慢上提管柱至设计位置,关BOP,试挤测地层吸收量后正循环依次泵入清洗液、前置液、HTHC,投ue78841.28mm球,连续泵入后置液、顶替液,碰压后加压5MPa左右释放ue78841.28mm球,停泵;3)候凝:HTHC固化时间过短会带来作业风险,考虑到工艺安全时间,设置HTHC固化时间6~8h,现场候凝10h;4)验封:将管柱先后下放,使下部的2个K344封隔器位置位于2段ACP前后,通过前后移动和正打压检验ACP的位置和长度,稳压2.0MPa为合格。上述注入验封一体化管柱通过地面投球,可以实现ACP材料HTHC的准确定量注入,防止过顶替或者油管内ACP材料剩余过量。此外,还可实现“1趟管柱在管内设置1个段塞,管外设置2个或多个ACP”,并在不起出井下管柱的条件下同时完成验封工序,从而大幅度提高了海上作业时效。3acp分段控水技术在矿场中的初步试验在ACP材料HTHC室内研究及配套管柱设计的基础上,针对南海西部某油田A2H井开展了先导矿场应用。3.1井水水质现状南海某油田A2H井裸眼水平段731.5m,分2段筛管完井,这2段筛管间盲管段长117m(无固井)。该井于2009年投产,储层温度106℃,累产油15×104m3,目前含水74.1%。找水测试资料显示,该措施井水平段指端(2500m之后)高含水,为主要出水段。根据找水结果、钻井钻遇油层结果和完井管柱情况,参考渗透率分布,设计建立了2个ACP段塞隔离高含水段,实现管外分段、管内分采(图7)。3.2集中用水、水质验封数据显示,A2H井下部ACP段塞下移1m,稳压段长度17m,上部ACP位置与设计相符,稳压段长度21m,实现了精确定位放置、管外分段。该井实施ACP分段控水技术措施后单采上段,含水率由74.1%降到4%左右,产油量由70m3/d增加到170m3/d,日增油143%(图8)。油藏分析认为,A2H井单采上段期间下段会产生明显的重力分异、水锥压制作用,当后期