張永濤 張俊斌 張偉國(guó) 秦世利

中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司

X油田是南海東部首個(gè)商業(yè)開(kāi)發(fā)的普通稠油油田，該油田儲(chǔ)層面積大、厚度薄、坡度緩，同時(shí)地層原油黏度較高、流動(dòng)性較差，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在地層能量衰竭快、產(chǎn)量遞減迅速的問(wèn)題。隨著地層產(chǎn)能的下降，區(qū)塊穩(wěn)產(chǎn)難度大，注水工藝作為經(jīng)濟(jì)有效的能量補(bǔ)充手段，成為這類(lèi)區(qū)塊增產(chǎn)的主要開(kāi)發(fā)方式［1-4］。

由于前期對(duì)油藏認(rèn)識(shí)不足，且海上油田具有油井投資高、平臺(tái)面積受限、井槽數(shù)量少的特點(diǎn)，本平臺(tái)不適宜采用地面注水工藝。為防止地層能量進(jìn)一步虧空，盡快補(bǔ)充地層能量，需要一種適合海上稠油油田的非地面注水工藝。通過(guò)調(diào)研分析，同井采注水工藝在國(guó)內(nèi)外海上油田均有成功應(yīng)用案例，結(jié)合X油田油藏特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了1口采下注上的熱水驅(qū)動(dòng)能量補(bǔ)充井。經(jīng)分析研究測(cè)井資料和開(kāi)展配伍性實(shí)驗(yàn)，油層下部有高溫水層，儲(chǔ)層物性好、水體規(guī)模大、與油層配伍性好，為實(shí)現(xiàn)同井采注熱水驅(qū)提供了絕佳條件。

1 技術(shù)分析

1.1 技術(shù)原理

同井采注水是利用特殊結(jié)構(gòu)的注水電潛泵機(jī)組，在同一口井內(nèi)將水源層的水采出增壓后再注入到目的注水層，對(duì)其進(jìn)行能量補(bǔ)充［5-7］。稠油熱水驅(qū)時(shí)，通過(guò)乳化捕集和乳化攜帶作用大幅提高了微觀驅(qū)替效果；且在一定溫度內(nèi)，稠油熱水驅(qū)的微觀波及系數(shù)、驅(qū)油效率和采收率隨溫度增加而增加［8］。為盡量提高驅(qū)油效率，目標(biāo)井需選擇地層溫度大幅高于油層的水源層，即采用“采下注上”同井采注熱水驅(qū)，引用深部高溫地層水注入至油層。

“采下注上”工藝在目標(biāo)井的水源層、注水層下入防砂管柱帶分層封隔器，滿足防砂要求的同時(shí)將注水和水源層分開(kāi)［9］。下入帶有定位接頭和插入密封的電泵生產(chǎn)管柱到設(shè)計(jì)深度，將原井套管管柱分為2部分。在定位接頭上部，地層水通過(guò)電潛泵增壓再注至油層。

為實(shí)現(xiàn)同井采注熱水驅(qū)，設(shè)計(jì)了1口定向井，注水層和水源層均采用套管射孔完井。在調(diào)研國(guó)內(nèi)外同井采注技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，初步設(shè)計(jì)了2款注水管柱，分別為Y型管柱和罐裝泵管柱，如圖1和圖2所示。2種管柱均可實(shí)現(xiàn)采下注上的同井采注水基本功能，包括注水量監(jiān)測(cè)、不動(dòng)管柱酸化及注示蹤劑。具體參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 Y型采下注上管柱Fig. 1 Y type string for production in the lower part and injection in the upper part

圖2 罐裝泵采下注上管柱Fig. 2 Pot type string for production in the lower part and injection in the upper part

表1 Y型和罐裝泵采下注上管柱對(duì)比Table 1 Comparison between Y-type and pot-type strings for production in the lower part and injection in the upper part

通過(guò)對(duì)比，罐裝泵管柱使用常規(guī)工具，簡(jiǎn)單可靠，應(yīng)用拓展性好。Y型管柱具有成本低的優(yōu)勢(shì)，但該型管柱使用的定位轉(zhuǎn)向分流總成和Y-TOOL造成最小過(guò)流當(dāng)量直徑偏小，注水期間管柱壓耗高，流體轉(zhuǎn)向處易發(fā)生渦流沖蝕，最大日注水量低于罐裝泵管柱。綜合對(duì)比分析，目標(biāo)井選擇罐裝泵采下注上管柱。

1.2 關(guān)鍵工具

（1）罐裝泵系統(tǒng)?？蓪㈦姖摫孟到y(tǒng)懸掛于密閉罐內(nèi)，上下部均可連接油管，地層水經(jīng)下部中心油管進(jìn)入密閉罐內(nèi)，然后通過(guò)電潛泵吸入口—泵出口—滑套—油套環(huán)空，最終注入至注水層。

（2）井下流量計(jì)。為保證持續(xù)穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)注水量，本井引入了貝克休斯公司SureFLO 298型文丘里管井下流量計(jì)，如圖3所示。該井下流量計(jì)為壓差式流量計(jì)，通過(guò)石英壓力傳感器測(cè)量流體入口和孔喉處2點(diǎn)絕對(duì)壓力，基于伯努利方程進(jìn)行流量計(jì)算。該流量計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：可持續(xù)、實(shí)時(shí)測(cè)量井下注入量，傳輸間隔為1 s；可根據(jù)注水排量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)流量計(jì)規(guī)格，測(cè)量精度高（不確定性≤2%）；內(nèi)部無(wú)可移動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng)，管柱內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生落物；不需要使用放射源，安全風(fēng)險(xiǎn)低。

圖3 SureFLO 298型井下流量計(jì)（黑色為水流）Fig. 3 SureFLO 298 downhole flowmeter (black: water )

（3）其他工具。定位接頭帶有上下貫通的旁通孔；為了保證層間封隔有效，使用了加長(zhǎng)型密封筒和插入密封。

1.3 選井條件

注入層下部有水體充足的高溫水源層且水溫盡可能高（不高于149 ℃），注入水與注水層配伍性好。注水層要有一定的吸水能力，滿足油井能量補(bǔ)充需求。為保證注入水的水質(zhì)，水源層應(yīng)選取泥質(zhì)含量低、膠結(jié)強(qiáng)度高、不易出砂的儲(chǔ)層。由于同井采注涉及多個(gè)層位并要求井眼具有可重入性，綜合作業(yè)成本和難度，一般設(shè)計(jì)為常規(guī)定向井。管柱設(shè)計(jì)應(yīng)確保水源層和注水層之間有效隔離，最大耐壓差能力應(yīng)大于最大注入壓力，可實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱酸化作業(yè)。

2 完井設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 電潛泵選型設(shè)計(jì)

吸水指數(shù)和注入壓力是電潛泵選型的重要參數(shù)，如何確定日注水量至關(guān)重要。按照經(jīng)驗(yàn)，目標(biāo)井采用裘比公式計(jì)算注水層吸水指數(shù)為

式中，Jw為吸水指數(shù)，m3/（MPa·d）；K為注水層滲透率，D；Krw為注水層水相相對(duì)滲透率；h為注水層厚度，m；μw為注入水黏度，mPa·s；Bw為注入水地層體積系數(shù)；re為驅(qū)替半徑，m；rw為井筒半徑，m。根據(jù)注水層物性平均值，計(jì)算得出注水層吸水指數(shù)為60 m3/（MPa·d）。

式中，Qw為日注水量，m3/d；Δpw為注入壓差，MPa。

最大注入壓力按照注水過(guò)程中不壓破地層為原則確定，注水層選取原始地層壓力13.52 MPa，破裂壓力為22.56 MPa，最大注入壓力取9.04 MPa。根據(jù)公式（2）計(jì)算得出最大注水量為542.4 m3/ d。根據(jù)注入壓力和注入量，并考慮產(chǎn)水壓差、管柱沿程摩阻、現(xiàn)有產(chǎn)品型號(hào)等因素，電潛泵機(jī)組選型設(shè)計(jì)為：排量600 m3/d，揚(yáng)程830 m，電機(jī)功率111 kW。為減少注水沿程摩阻，電泵下深盡量接近注水層頂部。

2.2 防砂設(shè)計(jì)

為清潔井筒、疏通水源層和注水層喉道，并獲取采液指數(shù)、注入水樣等關(guān)鍵資料，注水前需下入返排管柱分別對(duì)水源層和注入層進(jìn)行返排，返排后更換為注水管柱。

（1）水源層防砂設(shè)計(jì)。本井注入水自水源層產(chǎn)出后不經(jīng)地面設(shè)備過(guò)濾直接注入地層。綜合考慮以下方面：降低注入水固相，提高水質(zhì)，盡量避免固相顆粒堵塞注水層孔喉和篩管；防止水源層出砂導(dǎo)致電潛泵過(guò)快磨損或砂埋注水管柱。為盡量減少固相產(chǎn)出，水源層采用125 μm優(yōu)質(zhì)篩管+40/50目礫石充填組合防砂。

（2）注水層防砂設(shè)計(jì)。通過(guò)研究注水層儲(chǔ)層測(cè)井及巖心數(shù)據(jù)，分析得出注水層出砂可能性高。綜合考慮以下方面：防止返排期間出砂或停注水時(shí)注水層反吐出砂，造成管柱砂埋；防止注水期間，水中殘留固相顆粒堵塞地層孔喉。注水層選擇優(yōu)質(zhì)篩管防砂，綜合考慮出砂標(biāo)準(zhǔn)（小于3 T/104m3）并與水源層防砂精度相配合，防砂精度選擇177 μm。為延緩篩管堵塞，并考慮不過(guò)多增加注入沿程摩阻，可適當(dāng)增加注水層篩管覆蓋長(zhǎng)度。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 主要參數(shù)和施工步驟

A井為一口常規(guī)定向井，生產(chǎn)套管尺寸?244.5 mm，最大井斜16.71°。水源層水體容量大、巖性純、物性好、溫度高，水源層地層溫度115 ℃，注水層74℃。射孔數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。主要施工步驟：?244.5 mm套管刮管洗井；水源層射孔作業(yè)，?244.5 mm套管再次刮管；下水源層防砂管柱，高速水充填防砂，充填系數(shù)31 kg/m，盲管埋高3.2 m；對(duì)水源層機(jī)械暫堵，注水層射孔作業(yè)，?244.5 mm套管第3次刮管，解除機(jī)械暫堵；下注水層防砂管柱；下分層返排管柱，依次對(duì)水源層和注水層清井返排，起返排管柱；下注水管柱，啟泵注水。

表2 A井射孔數(shù)據(jù)表Table 2 Perforation data of Well A

注水管柱組合（由下至上）：帶孔引鞋+?120.65 mm插入密封+定位接頭（帶旁通孔）+?93.68 mm工作筒（RN型，密閉罐試壓用）+?193.68 mm密閉罐（電潛泵機(jī)組）+ SureFLO 298型井下流量計(jì)+?71.45 mm滑套（X型）+?95.25 mm工作筒（坐封生產(chǎn)封隔器）+?244.5 mm生產(chǎn)封隔器+?96.85 mm井下安全閥+油管掛。

3.2 應(yīng)用效果

A井水源層和注水層清井返排期間，產(chǎn)出液均未發(fā)現(xiàn)地層砂，其中水源層水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)均符合注水水質(zhì)要求，表明防砂設(shè)計(jì)合理，施工質(zhì)量合格。目前該井注水正常，注水壓差5.3 MPa，注水量250 m3/d，注水指數(shù)47.17 m3/（MPa·d），泵出口溫度101 ℃，累計(jì)注水20 000 m3。目前距離注水井最近的F井已經(jīng)受效明顯，在生產(chǎn)制度不變的情況下，該井產(chǎn)油量由40 m3/d增加至100 m3/d，增產(chǎn)150%，如圖4所示。隨著注入量增加，預(yù)計(jì)同層位其余井將陸續(xù)見(jiàn)效。

圖4 F井生產(chǎn)曲線Fig. 4 Production curve of Well F

4 結(jié)論

（1）采下注上的注水工藝可以安全、簡(jiǎn)單、低成本的實(shí)現(xiàn)稠油油田地層能量補(bǔ)充目的，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)井下注水量，為類(lèi)似油田開(kāi)采提供了可借鑒的能量補(bǔ)充方式。

（2）采下注上注水設(shè)計(jì)準(zhǔn)確把握了電潛泵選型和防砂設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素，為同井采注水設(shè)計(jì)提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

（3）本油田通過(guò)注入深部地層高溫?zé)崴欢ǔ潭壬辖鉀Q了地層能量不足問(wèn)題，下步應(yīng)跟蹤分析受效油井動(dòng)態(tài)，總結(jié)分析熱水驅(qū)提高驅(qū)油效率規(guī)律。