水平井化學機械組合堵控水工藝及管柱分析

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(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452)①

水平井開采是提高采收率的有效技術手段之一，在不同類型油氣藏(氣頂、底水、稠油、裂縫等)被廣泛應用。由于自身儲層非均質性強或開采過程生產壓差不均衡等問題，水平井在開發(fā)過程中暴露出的問題也日益突出，特別是底水油藏水平井，存在底水上升快、產量遞減快，且找水控水困難等問題，嚴重影響了水平井產能發(fā)揮和開采綜合效益[1-3]。針對目前大量水平井高含水的現(xiàn)狀，切實加強底水油藏控水增油、提高水平井開采效果及油田整體開發(fā)效益具有重要意義。目前，水平井普遍采用管外無封隔器的割縫篩管完井方式，國內該類完井方式占70%，國外則達到90%[4-6]。針對此完井方式，水平井的控/堵水成為水平井治理的重點及難點，已成為影響水平井穩(wěn)產的重要技術瓶頸。

結合裸眼篩管完井水平井控水堵水工藝現(xiàn)狀，研究出一種適用于該完井方式的根部控水堵水管柱工藝。利用一趟管柱，實現(xiàn)ACP管外化學環(huán)空封堵分段，化學堵劑定點封堵及中心管控水的組合治水方式，既能避免單一的堵水措施有效期短、風險大等問題，又能實現(xiàn)一趟管柱情況下完成堵水、控水工藝的組合，有效減少現(xiàn)場施工中起下管柱的次數(shù)，極大地節(jié)約施工時效，減少施工成本，具有良好的現(xiàn)場應用價值。

1 堵、控水新工藝原理分析

針對水平井根部控水技術，研究出一套適合于目標井儲層條件清楚，能夠確定出水層位的水平井堵、控水新工藝。此工藝將水平井化學堵水與機械控水工藝相結合，集成ACP環(huán)空化學封隔、定點化學封堵、中心管控水三種工藝技術，是一種綜合有效的堵、控水新工藝。

1.1 ACP環(huán)空化學封隔技術

割縫襯管完井是水平井最為常見的完井方式，一般在襯管與井筒壁面環(huán)空中沒有隔擋，不存在有效封隔，因此給水平井堵、控水的有效實施提出了巨大的挑戰(zhàn)。在對出水層位明確的條件下，本文工藝設計中，考慮利用ACP材料在環(huán)空形成化學封隔進行有效封堵，為后續(xù)堵水作業(yè)提供條件。主要利用ACP材料的特殊性能(靜止后粘度可快速升高，防止“重力坍落”；具備高強度特性)，借助油管和封隔器，在割縫套管與井壁之間的環(huán)空適當位置放置能夠形成化學封隔層的可固化液，形成不滲透的高強度段塞[7-8]，達到隔離環(huán)空區(qū)域的目的，如圖1所示。本文研究對象為水平井根部出水，只需要一個ACP與管內封隔器配合即可。

圖1 ACP管外環(huán)空化學封隔技術原理

1.2 定點化學封堵技術

在ACP管外化學封隔的基礎上，配合管內封隔器，實現(xiàn)了對出水部位的有效封隔，可針對性地對出水部位進行定位、定點注入化學封堵劑，克服堵劑籠統(tǒng)注入的局限及風險，提高施工效果[9]。針對水平井根部出水，選用ACP環(huán)空化學封隔+定點化學封堵的堵水技術，如圖2所示，堵水的同時可有效地保護產層，不影響水平井其他部分的產能釋放，此圖為此工藝的簡單示意圖。為達到理想的堵水效果，必須通過大量研究評價篩選出適合目標井的化學堵劑，暫堵劑的性能直接影響堵塞水效果。

圖2 定點化學封堵技術原理

1.3 中心管控水技術

中心管控水工藝是在常規(guī)水平井完井(篩管、襯管或射孔完井)基礎上，向井眼中再掛上一根小于井眼直徑的油管(或者盲管與預孔管的組合管柱)，并用封隔器封堵跟端處小直徑油管和井眼之間的環(huán)空(如圖3所示)，從而改變井筒內流體流動方向，降低產水量較大井段的壓差，改善水平井流入剖面，如圖4所示，可達到延緩水脊上升和增油降水的目的[10-12]。本文研究過程中，考慮到目標水平井已經進入高含水期，含水率達90%左右，單獨進行定點化學封堵時，存在ACP封隔不住、化學封堵強度及有效期差的風險，可能導致堵水效果差，為此綜合考慮將堵劑定點注入根部目標層段，此后向水平段下入中心管，形成化學堵水與中心管柱聯(lián)作的新工藝。

在中心管柱設計過程中，必須根據(jù)目標井的結構、鉆遇情況、巖石和流體性質以及生產特征等情況，預測不同中心管結構、中心管長度、中心管管徑對產液剖面及其均勻度的影響，推薦適合目標井最優(yōu)的中心管實施方案。

圖3 中心管示意(跟端)

圖4 加入中心管前后的流入及壓力剖面

2 工藝管柱簡介

要實現(xiàn)ACP環(huán)空化學封隔、定點化學封堵、中心管控水3種工藝技術的集成，形成高效、省時的堵、控水新工藝，并進行現(xiàn)場應用，必須改進現(xiàn)場工藝管柱，實現(xiàn)一趟管柱完成化學堵水、機械控水聯(lián)作。為此，根據(jù)目標井實際問題，研制出一種新管柱，能夠有效實現(xiàn)裸眼篩管完井方式下水平井根部堵水控水一體化工藝的要求。本文所介紹工藝管柱屬于個例，實際使用中可根據(jù)單井情況，靈活調整中心管結構或下入其他配套井下工具以到達最優(yōu)的控水需求。

2.1 管柱結構

本文所述的裸眼篩管完井水平井根部控水堵水工藝管柱結構如圖5所示。

1—丟手；2—定位密封；3—K344型液壓膨脹封隔器；4—定壓注入閥；5—K344型液壓膨脹封隔器；6—單流閥；7—引鞋；8—油管短節(jié)。

2.2 工作原理及方法

1) ACP環(huán)空化學封隔。

現(xiàn)場施工時(如圖6)，選擇根部出水層段下方的合適位置(一般選取隔夾層或差油層)，調整定位密封以下油管短節(jié)長度，確保定位密封插入頂部封隔器后2個K344型膨脹封隔器的位置分別位于隔夾層或差油層的上下方。井口一定壓力泵注ACP段塞，使2個K344型膨脹封隔器坐封。當壓力超過定壓注入閥設定的開啟壓力時，ACP段塞通過定壓注入閥注入至目的層段。完成注入后，井口停泵泄壓，使2個K344型膨脹封隔器膠筒回收、解封，關閉定壓注入閥。

2) 化學堵劑定點封堵。

上提管柱至圖6中根部出水層段，井口一定壓力泵注化學堵劑，使2個K344型膨脹封隔器坐封。當壓力超過定壓注入閥設定的開啟壓力時，堵劑通過定壓注入閥注入至目的層段，井口停泵泄壓，使2個K344型膨脹封隔器的膠筒回收、解封，關閉定壓注入閥。

3) 中心管控水。

下放管柱，使定位密封插入頂部封隔器。丟手并生產時，保留圖6中的生產層段，原擠注管柱充當根部控水中心管。

1—丟手；2—定位密封；3—K344型液壓膨脹封隔器；4—定壓注入閥；5—K344型液壓膨脹封隔器；6—單流閥；7—引鞋；8—油管短節(jié)。

按照上述操作方法，3種工藝的組合實施，首先可以實現(xiàn)一趟管柱，完成ACP管外化學環(huán)空封堵分段，化學堵劑定點封堵及中心管控水的組合治水方式，避免了常規(guī)施工中的多次起下管柱，極大地節(jié)約施工時效，減少施工成本。此外，化學堵水與中心管柱控水相結合，能夠有效確保措施效果，控制根部水錐，不僅對出水層位進行了封堵，也改變了井筒內流體流動的滲流方式及壓力分布，可有效改善流入剖面，起到雙重保險的作用。

3 現(xiàn)場應用效果分析

目標區(qū)塊以巖性構造復合油藏為主，主要發(fā)育3種油藏類型：構造塊狀油藏、構造層狀油藏和巖性油藏，其整體受構造控制，高部位油層發(fā)育，低部位油層薄。

目標井A 2004-07投產，采用水平井進行開發(fā)，?177.8 mm優(yōu)質篩管完井。截止2012-01，綜合含水已經為91.8%，而采出程度僅10.1%，如果沒有適當?shù)难a救措施，勢必過早關井。通過油藏地質認識及測試分析，確定該井根部為主要出水層段，在2012—2014年，嘗試過多次堵水控水作業(yè)，選用化學暫堵劑均為CESP材料凝膠體系。但是，多次嘗試后出現(xiàn)暫堵效果差、堵水困難、堵水成功率低的現(xiàn)象，化學堵水的成功率只有20%左右。采用中心管控水，使含水率下降約5%，成功率在60%左右，但有效期只有幾個月。在多次堵控水作業(yè)嘗試后，2014年采用復合堵控水工藝，作業(yè)后含水量降低20%以上，目前仍在有效期范圍內，有效期超過8個月。因此，此工藝相對常規(guī)堵、控水工藝具有成功率高、有效期長且操作簡單方便，具有良好的現(xiàn)場推廣價值。

4 結論

1) 目前，部分水平井暴露出高含水的問題，含水率高達90%以上，嚴重影響油田的開發(fā)效果，而常規(guī)化學堵水方法成功率低，中心管柱控水能力有限且有效期短，必須研制出高效、可行的堵控水新工藝。

2) 本文介紹了一種集成ACP環(huán)空化學封隔、定點化學封堵、中心管控水三種工藝技術于一體的化學堵水、機械控水聯(lián)作新工藝，此組合新工藝的實施能有效提高對裸眼篩管完井水平井根部出水治理效果。

3) 為實現(xiàn)化學堵水、機械控水聯(lián)作新工藝的有效實施，針對目標井對工藝管柱進行改進，形成了由丟手、定位密封、K344型液壓膨脹封隔器、定壓注入閥、單流閥、引鞋、油管短節(jié)構成的新管柱結構。此工藝管柱能夠實現(xiàn)一趟管柱完成ACP化學分段、化學堵劑定點擠注及中心管控水3種工藝組合，節(jié)約施工時效，減少施工成本。

4) 此堵控水新技術具有實施成功率高、控水有效期長，且工藝管柱結構簡單，現(xiàn)場操作方便等優(yōu)點，具備很好的現(xiàn)場推廣價值。

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