□孫凱 鄒春 張昌鐸/ 西南石油大學(xué)研究生部
黃元華/ 西南油氣田分公司川東開發(fā)長壽采輸作業(yè)部
Erha油田是位于距尼日利亞OML133海岸的深水油田，其北部區(qū)塊具有多重膠結(jié)松散的砂巖，且被頁巖分隔，由于油藏壓縮、早期水突進(jìn)，通過高速注水為油藏提供能量成為一個主要措施，同時從項目的經(jīng)濟(jì)性及保持儲層壓力方面來講也尤為重要。本文介紹了一種新型注水井完井技術(shù)，并在Erha油田的兩口井中成功應(yīng)用了注水流量控制儀，應(yīng)用效果表明：達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，改善了注水效果，降低了作業(yè)成本且取得了較大的短期收益。
目前研究長期高速注水而不發(fā)生某種連續(xù)或周期性刺激的文獻(xiàn)很少。即使地層膠結(jié)較好、滲透率較高，要達(dá)到滿意的高速注水，同時不斷生成裂縫也不容易。因此，某些注水井被設(shè)計成有壓裂性且在裂縫開始形成時就能控制水的分配，Erha油田的開發(fā)中就安裝了該注水系統(tǒng)，其充足的壓力不但能壓裂Erha油田的深部油層而且也能壓裂淺部油層。盡管可以獲得裂縫，但在多層系的井中控制裂縫是非常難的，裂縫經(jīng)常在多套層系的頂部產(chǎn)生，不平衡的刺激將導(dǎo)致注水不一致，失控的裂縫也將導(dǎo)致頂部頁巖被壓裂而使水注到非目的層，導(dǎo)致產(chǎn)能下降、壓實誘導(dǎo)產(chǎn)生壓力減少和儲層早期見水從而使井失敗。Erha北部油田注水井完井的目標(biāo)是減小這些風(fēng)險并將井的成本降到最少。
完井設(shè)計
Erha北部油田需要4個注水設(shè)備對4個產(chǎn)層進(jìn)行支持，為給油層壓力提供支持，注水井鉆在油藏底部。由于其地層天然膠結(jié)不好，需要進(jìn)行控砂，對每種注水都考慮多種方法，包括壓裂、獨(dú)立屏蔽及堆疊完井等，盡管智能井系統(tǒng)有許多優(yōu)點，但考慮成本、復(fù)雜性、時間和后勤人員等因素，都不適合安裝可通過地面控制的井下流量控制儀。
由于相對較短的區(qū)間長度（約50m）和對最終采收率有限的影響，第一個注水井完井采用套管內(nèi)壓裂3個穿過油層的隔層。其非生產(chǎn)時間是16%，自2007年第1季度就開始注水，已達(dá)到或超過所有注射對象為基質(zhì)注射壓力的目標(biāo)。第二個注水井需要有測量長距離間隔（約300m）的能力，但與第1口相同的是對最終采收率沒影響，由于該井和3個油層之間頁巖段的長度，采用裸眼獨(dú)立屏蔽技術(shù)完井。安裝期間造成7%的非生產(chǎn)時間，自2007年第2季開始注水，并已達(dá)到并超過所有注射對象為基質(zhì)注射壓力的目標(biāo)。由于夾層長度、多層系、并要求注射的一致性，從完井角度來說第三和第四注水裝備最具挑戰(zhàn)性，需要考慮更多的設(shè)計因素。儲層建模表明，由于層間差異和滲透性，這兩個井將顯著影響最終采收率，第三和第四注水裝備區(qū)間長度分別為200m和320m，由于大型頁巖隔層，在沒有多重堆疊裂縫包完井情況下，成功進(jìn)行裂縫包完井的概率非常小。此外，裂縫包對由于增加裂縫后在注水驅(qū)替導(dǎo)致近井壓裂支撐劑進(jìn)入地層產(chǎn)生的帶裝交叉流而導(dǎo)致的腐蝕損害很敏感，經(jīng)驗表明，在裸眼獨(dú)立屏蔽完井中保持長期一致注水是很難的，需要一種注水辦法來控制出砂及長期注水一致性，且需要有在短期設(shè)計并安裝的能力，帶流量控制儀的獨(dú)立屏蔽及裸眼封隔器被選中在裸眼完井中應(yīng)用，同時井下流量控制儀有必要達(dá)到注水一致性的要求。
流量控制儀器
控砂屏蔽結(jié)合整體流量控制儀很容易得到想要的流量分配，通常應(yīng)用在長的水平井中來平衡注入量，這些屏蔽建立在有限的管子入口，被堵塞或具有高摩擦阻力，以限制流入或流出。Erha北部油田用的是特意為注水設(shè)計的應(yīng)用井下阻流器形成類似一個繞絲篩管，如圖1所示,阻流器的噴嘴與底管平行，位于篩布的底環(huán)，平行底管流動減少在注水過程中腐蝕的影響，高起的中軸線增加了中心管的環(huán)空，阻止了在高速注水作業(yè)時引起額外壓降，中心管篩孔用封隔器封隔，這個屏蔽套在現(xiàn)場可以活動，用以滿足對阻流器噴嘴結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)。
模型方法
應(yīng)用近井模擬器確定不同地層的注水分配，鑒于高速注水裝備對地層的堵塞，建立裂縫模型確定地層壓裂對流動分配的影響，最后的注水裝備設(shè)計在基質(zhì)和裂縫注入狀態(tài)以進(jìn)行性能優(yōu)化。在兩個模型中輸入壓力分布、完井圖表、巖石力學(xué)參數(shù)和滲透率資料，完成模型的第1步是在吸水最多的地層找到最大數(shù)量和型號的噴嘴，然后按比例對其他地層進(jìn)行調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)中一種附加的模擬器被用來評價從油層梯度到水層梯度對流量分配的影響，采用最多最大型號的噴嘴降低注入中堵塞的風(fēng)險。
3號注水裝備的目標(biāo)是在24年間向4個目標(biāo)砂層保持注水15 kbwpd。由于底部兩個砂巖層合并成一個注水層，從上到下的注水分配分別是30%、10%、60%，從油藏滲透率剖面來看，第二個砂層最好，在用標(biāo)準(zhǔn)裸眼完井時將有可能吸收大部分水，由于長期裂縫的影響，大多數(shù)水將進(jìn)入上部兩層，而不會達(dá)到向底部注入60%的目標(biāo)，圖2對比了射孔安裝注水裝備和獨(dú)立屏蔽在目的層的設(shè)計模型結(jié)果。
4號注水裝備要求在24年間保持向4個目標(biāo)砂巖層注入15 kbwpd，50%流量分配給上部兩個砂巖地層，50%分配給下面兩個地層，由于裂縫上部地層可能發(fā)生堵塞，流量控制儀被用來平衡在基質(zhì)和裂縫注水中的流量，如圖3所示油層壓力梯度對流量分配有顯著影響。
完井安裝
模型在3號和4號注水裝備安裝之前完成，鉆前完井圖表指出完井硬件的安裝位置，并提供流量控制儀噴嘴的基礎(chǔ)參數(shù)，在測井后，得知各個井的實際情況，對真實屏蔽接頭的噴嘴參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場更改，在鉆井和安裝屏蔽期間進(jìn)行短期檢修，完井及噴嘴參數(shù)應(yīng)盡可能與最后射孔裝置設(shè)計保持一致。根據(jù)不可預(yù)料的間層厚度、滲透率變化或目的層數(shù)目的改變，對完井設(shè)計進(jìn)行實時修改。盡管時間有限，在沒有備用的情況下，在現(xiàn)場進(jìn)行噴嘴參數(shù)的管理，離鉆達(dá)最終井深安裝3號注水裝備還有46h，離安裝4號還有75h，這期間測井信息被解釋，模型被更新，完井設(shè)計已結(jié)束，為減少施工時間使得頁巖在水基完井液中浸泡的時間減少，從而使井眼穩(wěn)定，在鉆井液及振動篩條件下下入屏蔽，選取碳酸根基鉆井液，若必須在注水之前用酸可使之溶解，由于油管中安放了回壓閥，不再用回流來清潔濾餅，為減少成本和風(fēng)險，酸液被循環(huán)到裸眼段，使油濕的泥相變成水濕，然后溶解碳酸根顆粒。這口井的準(zhǔn)備和計劃是施工成功，3號和4號注水裝備的總共非生產(chǎn)時間分別為1.4%和4.4%，這個地區(qū)套管控砂完井的平均非生產(chǎn)時間為23%；相對于裸眼注水裝置完井節(jié)約30%的成本，另外，這種完井類型與兩地層封隔控砂完井相比節(jié)約大約40%的成本。該井還提高了完井效果，達(dá)到了目標(biāo)。
注水表現(xiàn)
在鉆機(jī)移走之前和井與海底設(shè)施連接之前進(jìn)行現(xiàn)場測試。3號注水裝備的首次測試表明裂縫在低壓泵速下取得7kbwpd的注水速度，表明表皮系數(shù)高、濾餅可能沒有適當(dāng)清潔、鉆井液固相污染了地層，在第一段裸眼獨(dú)立屏蔽注水裝備中也觀察到同樣現(xiàn)象，但長時間與破壞液接觸得到了清潔。由于裂縫同時通過注水速度增加壓力，流量控制儀在井中起到作用，一旦裂縫形成，隨著裂縫增長，壓力增加，在3號注水裝備中，壓力隨速度增加與流量控制儀噴嘴注水壓力下降保持一致，上部地層易被壓裂且吸水多，噴嘴的壓降足以超過下面地層的破裂壓力。由于是海底環(huán)境，生產(chǎn)測井不能確定流體進(jìn)入層位，在將井與浮動生產(chǎn)連接，并卸掉注水管匯之后進(jìn)行注水測試，3號注水裝備在基質(zhì)注入壓力下達(dá)到了目標(biāo)，可能在這段時間里破壞液更有效的溶解了濾餅。
4號注水裝備的現(xiàn)場測試取得了在基質(zhì)注入壓力下15kbwpd的注水速度，但并沒有產(chǎn)生裂縫，壓力隨著注入速度的增加而增加，測試中并不是所有地層起初都吸水，且仍然需要時間去清潔，由于上部地層的高注入速度，流量控制儀將產(chǎn)生額外壓降，且在高壓下使更多的水進(jìn)入下部地層以平衡注入效果，在類似情況下獨(dú)立屏蔽完井將導(dǎo)致在上部地層產(chǎn)生高注入速度而不進(jìn)行分配注入，從相關(guān)的生產(chǎn)開始后，4號注水裝備已不再向地層中注水。
Erha北部油田成功應(yīng)用新型注水裝備，在兩口最具挑戰(zhàn)性的井中應(yīng)用整體流量控制儀，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，改善了注水效果，降低了作業(yè)成本，短期收益較大，但安裝過程復(fù)雜，因此，在小型油田采用要進(jìn)行論證。
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