海上新型复合完井控水技术及应用

郭明龙，刘鹏飞，李 进，赵克贤，陈广新

(1.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459； 2.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300459)

渤海油田开发已进入中后期阶段，“双高”问题已日益严重，一些油田的含水率已经超过了98%，处于高含水开采阶段[1-2]。由于地层非均质性、边底水锥进等原因，部分新井的含水率迅速上升，单井低含水阶段的时间显著缩短，导致单井生命周期较短，大量剩余油仍然留存在油层中，进而降低了区块的采收率和单井的经济效益[3-4]。

1 水平井控水机理

1.1 油井见水原因

水平井见水后，综合含水率通常会快速上升，造成边底水的过早锥进，很大程度上制约了应有的开采效益。导致底水过早锥进的因素很多，既有油藏地质等方面的自然因素，也有生产过程中生产制度和措施不当的人为因素，总体上主要包括以下四个方面：

1)油气藏的非均质性

如图1所示，同一水平段内，油藏孔隙度、渗透率等参数也存在较大差异，边底水很容易在压降最小的地方形成指进。随着开采进度的不断推进，油井含水率迅速上升，严重的情况下会导致油井关停，甚至报废。

图1 储层非均质性与水锥突进动态模拟

2)夹层

夹层会影响地层水的锥进路径，从而减缓水体的锥进速度。当储层中存在夹层时，水体锥进速度明显变慢。数值模拟表明，在物性较好、原油黏度高的油藏中，无夹层储层无水采油期多为3～6个月；而当油藏存在 100 m 规模的夹层时，无水期将延迟1年，并且无水采出程度可以大幅度提高，如图2所示。

图2 夹层与无夹层条件下水锥形成物理模拟

3)跟趾效应

水平井见水后，随着高渗流体的突进，跟趾效应日益明显。跟趾效应的本质是井筒内的流体产生的摩阻、流体撞击井壁产生回压力等综合效应造成井筒内根部、趾部压力不一致而形成根部水锥的现象，从而影响水平井开采效益[5]。

4)人为因素

①各种工作液造成储层污染；②酸化、压裂等措施造成油层裂缝从而发生的后期水串；③开发方案和开采措施不当，如采油速度过快等；④钻井轨迹控制不当，造成的井筒围岩物性或与油水界面距离不均。

1.2 水平井出水类型及相应控水思路

水平井由于油藏地质等方面的自然因素，以及生产过程中生产制度和措施不当的人为因素，从而出水动态的差异，总体上水平井出水类型可归纳为四种：

1)点状高产水型：个别井段高产水，导致单井综合含水率高，多出现与裂缝发育成熟的地层。控水难度相对不大，控水对策为单点压制。

2)段状高产水型：局部井段高产水，导致单井综合含水率高。控水难度相对大，控水对策为高产水段压制。

3)线状式低产水型：个别井段高产油，其余段均产水，导致单井综合含水率高。控水难度相对较大，控水对策为高产油段挖潜。

4)整体性混合型：各段含水量相差不大，控水难度大。

2 新型复合型完井控水技术介绍

2.1 常规控水技术

水平井控水完井技术已经成为水平井开发中极其重要的技术手段之一。在钻井阶段，由于客观地质及技术条件的限制，现有手段在控水方面存在较大限制。而在完井阶段，根据油藏驱动机理，可以对管柱进行相应的处理控制，延缓见水生产时间，最大程度的保证水平井各个井段能够均衡生产，实现效益最大化。目前常规控水工艺如图3所示。

1)分段变密度射孔控水技术

1)分段变密度射孔控水技术

分段变密度射孔控水技术可根据油藏非均质性的变化，通过理论模型并结合射孔优化软件，优化射孔孔密，平衡不同单元段的入井流量，延缓见水生产时间，实现效益最大化[6]。

2)中心管控水技术

中心管控水技术通过在插入在生产管柱中的中心管，将原水平段内的井眼流动形态转变为井眼流动、环空流动和中心管流动3个流动状态，从而增加水平段局部摩阻，从而达到平衡局部生产压差的目的，降低主产液井段产液能力，增加低产液井段产液能力，还可通过分仓处理对不同井段进行精细化管理，进一步实现控水目标[7-8]。

3)ICD/AICD控水技术

ICD/AICD控水技术通过对其内部流道进行特殊设计，使井底流体通过时低黏度流体的摩阻增大，减少低黏度流体进入生产管柱，从而达到规范流体流动、平衡水平井水平段流量的目的[9]，进而延迟水平井中水锥或气锥的发生时间，实现稳油控水的目的。

以上控水工艺均在海上得到应用实践，但后续生产过程中发现部分井的控水效果未达到预期效果。通过对不同控水工艺的原理及应用效果进行整理总结，发现单项工艺的控水效果有限。例如，控水周期有限、后期控水调整困难等缺陷，不能满足生产控水需求。

2.2 新型复合型完井控水技术

综合考虑现有控水工艺的优缺点，针对海上现有控水措施及管柱结构进行针对性优化，推出了新型复合型完井控水技术。该技术集成了现有多种完井控水工艺技术，通过采用优质控水工具与分隔技术来提高水平井的生产寿命，较单一控水工艺具有更好的控水效果。

结合油藏数据，通过对水平井出水机理进行分析，以“二次分段”与“增油减水”为主要控水思路，最终形成了一套以“封隔器+变密度筛管/ICD筛管+盲管+密封筒+中心管”为基础的新型复合型完井控水方案，如图4所示。该工艺具有如下特点。

图4 新型复合型完井控水工艺

1)变密度筛管/ICD分段完井可以平衡地层非均质性，压制水锥；2)中心管改变井筒压差分布，降低跟趾效应；3)中心管带孔点放置于高井轨迹点，延迟水淹时间；4)盲管起到人造“泥岩夹层”作用，改变水运移线路，延缓水淹时间；5)内层预留密封筒，一层控水失效后启用二层封隔控水。

2.3 控水工具结构特点

新型复合型完井控水技术不仅体现于工艺上的创新，其所采用的控水工具结构、性能也同样突出。正基于功能可靠、应用成熟的控水装置，为生产井造稳油控水提供了基础条件。

1)变密度星孔筛管

分段变密度射孔具有良好的控水效果，但渤海水平井多为裸眼井，不需要射孔作业，根据变密度射孔控水原理，水平井裸眼中采用变密度筛管，通过调整筛管孔眼孔密(如图5所示)，达到相同用的控水效果[10]。

图5 优质星孔变密度筛管变密度分布

星孔筛管节流机理主要是利用积砂原理，流体流动为渗流和径向流状态，同时能够在较小流量状态下产生较大附加压降，适宜于低产能低流量出砂油井稳油控水。不同孔密的星孔筛管，可根据油藏非均质性的变化，优选水平段筛管孔密，利用来调节不同部位的压差节流，调整井产液剖面。

2)STARSE-ICD控水工具

ICD控水机理主要是通过节流孔调节流体流动为管流状态，需要较大流量才能下产生一定附加压降，适宜于较高产能流量油井稳油控水。STARSE-ICD工具在常规ICD工具基础上做出了针对流道规划及限流机理进行了升级优化。

如图6所示，STARSE-ICD主要由支撑导流盘、可旋转的均衡盘、锁紧及密封装置组成。其中，内部流通路径结构可分为环形过流槽、长导管以及节流孔。流体先通过导流盘交错排列的环形过流槽产生1级压降，再通过长导管产生2级压降，最后通过流动孔口的开启个数来产生3级压降，从而产生三级附加流动阻力，从而实现控水目标。

图6 STARSE-ICD流量控制三级压降结构

3 现场应用

3.1 选井标准与基本境况

为验证新型复合型完井控水技术在的现场应用效果，选取了D45H井进行控水效果评价。该井开发层位均位于馆陶组，油层平均含水率92.3%，设计垂深为 1497 m，水平段长度为 356 m；井位位于油藏边部，水平段底部有夹层分布，避水高度 11 m，储层非均质性较强，渗透率为1～4000 mD，属中高孔、中高渗储层；水平段含油饱和度不均，且单砂层厚度较小，井眼轨迹靠近油水界面，易造成的底水锥进底，水淹概率较大。

D45H井水平段随钻测井结果如图7所示，水平段油藏孔隙度为3%～38%，平均26%，渗透率为10～880 mD，平均 131 mD，储层物性为中孔中渗储层。同时，储层的非均质性较强，其中水平段前段及中后段为相对高渗透段，且水平段前段为低井轨迹段，水淹可能性较大。

图7 D45H井测井解释与物性特征

对水平段出水主控因素分析：

1)储层非均质性。水平段前段与中后段为相对高渗透段，水锥易形成段。

2)井眼轨迹。水平段中前段井轨迹较低，避水高度相对较低，容易发生水淹。

3)跟趾效应造成水平井根部易先见水。

3.2 新型复合型完井控水工艺设计

D45H井新型复合型ICD完井控水思路及措施：

1)防砂管柱中设计下入2个遇油膨胀封隔器，建立三个压力仓，通过ICD控制不同压力仓流量，平衡地层非均质性，同时下入2个密封筒为采油后期分段控水提供预留手段。

2)水平段前段2095～2130 m 井轨迹低且渗透率高，是重点控制的井段；水平段中后段2320～2400 m，渗透率高，但同时井轨迹也较高，应适当压制。

3)改变井筒压力分布，将中心管的带孔管位置前移至中部高井轨迹+低渗透段，避开跟部易见水区域，降低前后压差，延缓水淹时间，减少带孔管附近抽吸力大的危害。

4)带孔管位置设置盲管，人为制造“夹层”效应，减缓水锥，同时降低了流体对带孔管位置冲蚀，降低孔管抽吸力大的危害。

综合以上因素分析，D45H井采用“封隔器+ICD+盲管+密封筒+中心管”复合控水方案，如图8所示。油藏数值模拟显示，采用该控水方案后，可以在满足产能要求同时，使不均质储层水平井段流量趋于相对平衡，从而达到有效控制水锥局部突进的目的。

图8 D45H井井身结构及复合控水方案设计图

3.3 生产及控水效果分析

D45H井按如上设计完成复合控水完井作业后开始投产，投产第一年内平均日产液为 60 m3/d，日产油 48 m3/d，达到了钻前配产目标；投产4个月内平均含水率为18%，低于钻前设计含水率20%～60%；投产一年内平均含水率仅为21%，且长时间内保持稳定。

D15H井为D45H同层位邻井，且投产时间较D45H井提前7年，如图9所示。D15H井油藏条件优秀，初期产量较高且含水率低于1%，但由于未考虑防水措施，含水率在一年内迅速突破至80%，导致后期油井水淹，产量下降。相较于D15H井，D45H井在应用复合控水完井技术后，含水率能长时间维持低水平，在侧面印证了该技术的实用性。

图9 D45H与D15H井投产一年内生产数据

4 结论

1)通过研究现有控水技术及出水原理，结合油藏具体情况进行针对性优化，形成了一套集成多种控水方式及工具的新型复合完井控水技术，可以满足海上控水作业需求。

2)复合型完井控水技术具有非同单一常规控水工艺的技术优势，通过变密度筛管、中心管、ICD/AICD、分层分仓等工艺，从早期平衡各段产液及优化井筒压降，到后期的抑制高含水段产液量，实现了控水工艺突破和全寿命控水的理念。

3)通过现场应用结果，结合邻井生产数据比对，证明了复合型完井控水技术可以有效延缓水锥突进，降低跟趾效应，为“双高”油田的持续性开发提供了新思路。