王利軍，劉傳剛，王丙剛，王 曉，劉 超

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452)

海上油田水平井控水完井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

王利軍，劉傳剛，王丙剛，王 曉，劉 超

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452)

水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)已在底水油藏、薄層油藏及低滲透油氣藏的開(kāi)發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，在油田實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，水平井見(jiàn)水快、含水率高是一個(gè)普遍性的問(wèn)題。介紹了海上油田出水現(xiàn)狀、出水機(jī)理以及常用的中心管控水、ICD控水、AICD控水等幾種控水技術(shù)。根據(jù)海上油田開(kāi)發(fā)趨勢(shì)，智能完井控水技術(shù)是未來(lái)主要的發(fā)展方向，具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值。

海上油氣田；水平井完井；控水技術(shù)

水平井在各類(lèi)油氣藏開(kāi)發(fā)中具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，海上油田水平井的數(shù)量越來(lái)越多，水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)在底水油藏、薄層油藏及低滲透油氣藏的開(kāi)發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)渤海、南海東部海域，邊底水油藏分布廣泛，各油田主要的開(kāi)發(fā)井型都是以水平井開(kāi)發(fā)為主。以渤海曹妃甸某油田為例，該油田目前共有油井68口，其中水平井或水平分支井有65口。水平井的開(kāi)發(fā)大幅提高了海上油田的采收效率，但水平井開(kāi)發(fā)中所面臨的一個(gè)普遍及最大問(wèn)題就是一旦生產(chǎn)井見(jiàn)水，含水率會(huì)迅速上升，日產(chǎn)油量急劇下降，不但降低了采收率，還增加了油田污水處理的成本，影響油田開(kāi)發(fā)的整體經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

1 海上油田水平井出水現(xiàn)狀

目前，我國(guó)海上新開(kāi)發(fā)油田水平井的數(shù)量逐年遞增，隨著油田開(kāi)采時(shí)間加長(zhǎng)，一些邊底水油藏在開(kāi)采過(guò)程中，由于水錐突進(jìn)的原因會(huì)導(dǎo)致油井快速進(jìn)入含水期，目前一些老油田已經(jīng)處于高含水期。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，油井見(jiàn)水后，含水率會(huì)迅速上升。以渤海油田某井為例，該井投產(chǎn)20 d后，含水從初期的5%迅速上升到80%，日產(chǎn)油量從450 m3下降到不到100 m3。

油井含水過(guò)高，會(huì)降低采收率，對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的很多環(huán)節(jié)也會(huì)造成不良的影響。例如局部見(jiàn)水后，沖蝕防砂管柱使防砂功能失效(如圖1所示)、侵蝕電泵造成停產(chǎn)以及對(duì)平臺(tái)水處理設(shè)備要求較高。

圖1 渤海某油田優(yōu)質(zhì)篩管沖蝕

2 水平井出水原因[3]

1) 水平井跟趾效應(yīng)對(duì)水錐突進(jìn)有積極影響。地層流體沿水平段軸向流動(dòng)時(shí)，由于井筒壓降使得跟端生產(chǎn)壓差較大，造成跟端水脊速度高于趾端，從而會(huì)引發(fā)跟部出水。

2) 油藏的非均質(zhì)性是水平井出水的重要因素，研究大量事實(shí)表明油藏滲透率大，水錐很容易推進(jìn)到井底，油藏滲透率小，流體運(yùn)動(dòng)阻力大，水錐錐進(jìn)到井底的速度會(huì)有效降低。

3) 水平段井眼軌跡也是油井出水的一項(xiàng)關(guān)鍵因素，如果鉆井作業(yè)時(shí)部分水平井段已進(jìn)入底水區(qū)，則后期極易造成油井高含水。

4) 作業(yè)過(guò)程中的人為因素也不容忽視，例如在開(kāi)發(fā)作業(yè)中人為因素造成的儲(chǔ)層污染、酸化壓裂造成油層裂縫而發(fā)生的后期水竄、采油速度過(guò)快導(dǎo)致生產(chǎn)壓差過(guò)大以及開(kāi)發(fā)方案或開(kāi)采措施不當(dāng)?shù)榷加锌赡軐?duì)水平井出水產(chǎn)生影響。

3 水平井控水技術(shù)的產(chǎn)生

針對(duì)油田開(kāi)發(fā)中水平井出水的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外形成了多種控水、堵水技術(shù)，主要從3個(gè)方面采取措施：①通過(guò)調(diào)節(jié)水平井段的凈生產(chǎn)壓差，使油水平面均勻推進(jìn)；②通過(guò)人工隔板、采水控錐或注入氮?dú)馀菽?，延緩或抑制底水錐進(jìn)；③通過(guò)化學(xué)試劑或分段完井，在油井見(jiàn)水后對(duì)油井進(jìn)行堵水。

根據(jù)海上油田開(kāi)發(fā)的特有特點(diǎn)，其控水難點(diǎn)主要包括2個(gè)方面。

1) 水平井井段較長(zhǎng)，油藏的精細(xì)認(rèn)識(shí)難度大，出水位置難以準(zhǔn)確判斷，單純的堵水施工風(fēng)險(xiǎn)較大，有效期短。

2) 海上油田常采用裸眼篩管完井，篩管外基本無(wú)分隔，出水之后處理措施難度大。目前海上油田開(kāi)發(fā)中所采取的控水技術(shù)主要包括控制生產(chǎn)壓差、定向井設(shè)計(jì)避射、變密度篩管、中心管技術(shù)、平衡裝置(ICD)控水技術(shù)及智能完井(AICD)控水技術(shù)等等。其中，中心管技術(shù)及平衡裝置(ICD)控水技術(shù)應(yīng)用較多。

4 海上油田水平井控水完井工藝技術(shù)現(xiàn)狀

4.1 中心管控水技術(shù)

中心管控水完井技術(shù)[4-5]于20世紀(jì)90年代早期由Brekke&Lien(挪威能源和鋁業(yè)集團(tuán)Norsk Hydro)首次提出?？厮硎窃诔Ｒ?guī)井筒水平段插入小直徑油管，通過(guò)改變根部流體流通路徑，增加環(huán)空流動(dòng)阻力，抑制跟趾效應(yīng)，改善水平段生產(chǎn)剖面，延緩水錐錐進(jìn)。中心管控水原理如圖2所示。

中心管控水技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，能夠有效控制根部出水，但僅適用于均質(zhì)油藏，不能實(shí)現(xiàn)均衡控水，需要準(zhǔn)確詳細(xì)的地質(zhì)油藏?cái)?shù)據(jù)、水平段測(cè)井和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等來(lái)指導(dǎo)模擬設(shè)計(jì)。中心管控水技術(shù)可在一定程度上改善生產(chǎn)剖面，延緩出水，但一次下井后不能調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，油井實(shí)際出水后，控水效果一般。目前中心管控水技術(shù)在南海東部XJ23-1、渤海QK17-2等油田進(jìn)行了應(yīng)用，對(duì)于延緩和控制底水錐進(jìn)起到了一定作用。

圖2 中心管控水原理

4.2 ICD(inflow control device)控水技術(shù)

ICD控水技術(shù)[6-7]的主要原理是通過(guò)各種形式的ICD控水工具增加流經(jīng)流體的流動(dòng)阻力，進(jìn)而增大壓差，均衡各段的生產(chǎn)壓力。ICD控水工具通常與“遇油遇水膨脹封隔器”組合使用(如圖3所示)，可調(diào)節(jié)流體流入水平井井筒的流入剖面，合理分布水平段的徑向流量，限制高滲層產(chǎn)業(yè)量，使整個(gè)水平段產(chǎn)液均衡產(chǎn)出，防止早期水竄和氣竄，延緩邊水、底水的錐進(jìn)，提高油井采收率。

圖3 ICD完井管柱

目前常見(jiàn)的ICD結(jié)構(gòu)有：螺旋流道式(channel-type)、噴嘴式(nozzle-type)及長(zhǎng)管式(tubing-type)(如圖4所示)。流道式控水工具主要通過(guò)流道表面產(chǎn)生的摩阻壓降達(dá)到限壓節(jié)流的作用，對(duì)于流體黏度依賴(lài)性較大。后兩種控水工具主要通過(guò)孔眼、噴嘴或者噴管的節(jié)流作用，起到平衡壓降的作用。

a 噴嘴式ICD

b 長(zhǎng)管式ICD

c 螺旋式ICD

ICD屬于一種被動(dòng)控制裝置，控水能力比較強(qiáng)，缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)。①工具入井以后不能調(diào)整，在ICD設(shè)計(jì)和安裝之前，必須掌握油藏的情況，包括滲透率分布、(油氣水)飽和度分布等；②油井一旦見(jiàn)水以后，就不能起到控水的作用。2009-10南海東部XJ23-1油田首次采用了ICD完井技術(shù)，結(jié)果證實(shí)，ICD在該油田底水油藏有效地延緩了油井出水速度，提高一定的采收效率。

4.3 AICD(Autonomous Inflow Contro device)控水技術(shù)

近年來(lái)，隨著石油鉆采工藝的逐步發(fā)展，油田開(kāi)發(fā)日益趨向智能化。AICD就是在ICD的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)形成的智能完井控水技術(shù)。該技術(shù)目前已初步投入使用，具有智能防水、控水、增油等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。

海上油田所應(yīng)用的AICD工具主要為碟片式流量控制閥[8-9](如圖5所示)，安裝時(shí)一般安裝在篩管連接處，也可以不配合篩管，將AICD流量控制閥作為短節(jié)安裝在油管連接處。碟片式流量控制閥的原理主要是基于伯努利方程，當(dāng)?shù)宛ざ攘黧w流經(jīng)閥門(mén)時(shí)，由于流體流動(dòng)性能好，流動(dòng)速度很快，導(dǎo)致浮盤(pán)外側(cè)的壓力會(huì)下降，使盤(pán)體內(nèi)外側(cè)存在壓差，內(nèi)側(cè)的高壓會(huì)將盤(pán)體向外推，從而減小流動(dòng)區(qū)域。流體的黏度不同時(shí)其流動(dòng)性能不同，當(dāng)流體為高黏度流體時(shí)，其摩擦損失較大，入口速度較小，使入口壓力變大，駐點(diǎn)壓力會(huì)低于入口壓力，使盤(pán)體下移，讓流體通過(guò)。當(dāng)流體黏度低時(shí)，其摩擦損失較小，入口速度較大，使入口壓力變小，駐點(diǎn)壓力會(huì)高于入口壓力，使盤(pán)體上移，封堵流道，流體無(wú)法通過(guò)。

以渤海某油田應(yīng)用的一口生產(chǎn)井為例[10]，該井于2004-08投產(chǎn)，初期最高日產(chǎn)油 450.96 m3，含水1.68%，目前該井綜合含水率為95.6%，含水較高，油井產(chǎn)量下降。2016年初，該井進(jìn)行修井，下入AICD管柱，恢復(fù)生產(chǎn)后，從圖6中可以看出，含水率由綜合含水率95.6%降低到了90.4%左右。日產(chǎn)油量略有增加，由約 45.4 m3增加到約 51.5 m3，說(shuō)明 AICD 管柱能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)油控水，甚至一定程度上增油目的。

a 碟片式AICD(結(jié)構(gòu))

b 碟片式AICD(外形)

圖6 AICD管柱應(yīng)用后產(chǎn)油及含水率曲線(xiàn)

5 水平井控水技術(shù)的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)渤海、南海東部邊底水油藏分布廣泛，以目前開(kāi)發(fā)趨勢(shì)來(lái)看，水平井的數(shù)量將會(huì)越來(lái)越多。在油井已經(jīng)大幅度出水以后再采用一定的找水、堵水作業(yè)，作用有限，無(wú)法從根本上解決油井的出水問(wèn)題。完井控水技術(shù)能夠有效地預(yù)防或者抑制水平井出水、延緩水平井的見(jiàn)水時(shí)間，延長(zhǎng)油田壽命，因此，在油井完井階段就采取有效的穩(wěn)油控水措施十分必要，意義重大。隨著石油鉆采工藝的逐步發(fā)展，油田開(kāi)發(fā)日益趨向智能化，智能完井控水技術(shù)是未來(lái)水平井控水技術(shù)發(fā)展的主要方向，具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值，推廣應(yīng)用前景良好。

6 結(jié)論

1) 水平井見(jiàn)水快、含水高是一個(gè)普遍性的問(wèn)題。海上油田單井產(chǎn)液量高，見(jiàn)水周期短，高含水帶來(lái)的問(wèn)題更加突。

2) 目前海上油田完井控水技術(shù)仍以中心管控水、ICD控水等幾種常規(guī)控水技術(shù)為主。

3) 在油井完井階段采取有效的穩(wěn)油控水工藝技術(shù)十分必要。

4) 智能完井控水技術(shù)是未來(lái)水平井控水技術(shù)發(fā)展的主要方向，具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值，推廣應(yīng)用前景良好。

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Status and Development Trend of Horizontal Well Water-control Completion Technology for Offshore Oil Field

WANG Lijun，LIU Chuangang，WANG Binggang，WANG Xiao，LIU Chao

(EnerTech-Drilling&ProductionCompanyCNOOC，Tianjin300452，China)

horizontal well technology has been widely used in the development of bottom water reservoirs，thin oil reservoirs and low permeation oil reservoirs.But in the process of oilfield production，the water cut will rise rapidly once water breakthrough occurs in horizontal well，this is a common problem.This article focuses on current situation of offshore oil field water，water production mechanism，the commonly used water control technologies such as ICD，AICD and central tube technology.According to the current development of offshore oil field，autonomous Inflow control device is the main direction of development in the future，has great development value.

offshore field；horizontal well completion；water control technology

1001-3482(2017)01-0086-06

2016-08-30

中海油能源發(fā)展股份有限公司科研項(xiàng)目“基于粘度敏感性的井下流量控制技術(shù)研究”(HFKJ-GJ2015005)

王利軍(1984-)，男，工程師，主要從事海洋石油鉆完井工具研發(fā)工作，E-mail：wanglj9@cnooc.com.cn。

TE952

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.01.020