海上稠油油藏同井采注热水驱完井设计与应用

张永涛 张俊斌 张伟国 秦世利

张永涛, 张俊斌, 张伟国, 秦世利. 海上稠油油藏同井采注热水驱完井设计与应用[J]. 石油钻采工艺, 2018, 40(4): 444-447, 467. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008
引用本文: 张永涛, 张俊斌, 张伟国, 秦世利. 海上稠油油藏同井采注热水驱完井设计与应用[J]. 石油钻采工艺, 2018, 40(4): 444-447, 467. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008
ZHANG Yongtao, ZHANG Junbin, ZHANG Weiguo, QIN Shili. Design and application of completion string for hot water injection and production in the same well in offshore heavy oil reservoirs[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2018, 40(4): 444-447, 467. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008
Citation: ZHANG Yongtao, ZHANG Junbin, ZHANG Weiguo, QIN Shili. Design and application of completion string for hot water injection and production in the same well in offshore heavy oil reservoirs[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2018, 40(4): 444-447, 467. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008

海上稠油油藏同井采注热水驱完井设计与应用

doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008
基金项目: 

中海石油(中国)有限公司深圳分公司生产性科研项目“南海东部海域典型油气田增产措施技术研究” SCKY-2017-SZ-07

详细信息
    作者简介:

    张永涛1987-,2009年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,现主要从事地层测试、完井及修井等方面工作,井下作业工程师。通讯地址:(518067)广东省深圳市南山区后海滨路(深圳湾段)3168号中海油大厦。电话:0755-26022510。E-mail:zhangyt5@cnooc.com.cn

  • 中图分类号: TE357

Design and application of completion string for hot water injection and production in the same well in offshore heavy oil reservoirs

图(4) / 表 (2)
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出版历程
  • 修回日期:  2018-05-22
  • 刊出日期:  2018-07-20

海上稠油油藏同井采注热水驱完井设计与应用

doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008
    基金项目:

    中海石油(中国)有限公司深圳分公司生产性科研项目“南海东部海域典型油气田增产措施技术研究” SCKY-2017-SZ-07

    作者简介:

    张永涛1987-,2009年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,现主要从事地层测试、完井及修井等方面工作,井下作业工程师。通讯地址:(518067)广东省深圳市南山区后海滨路(深圳湾段)3168号中海油大厦。电话:0755-26022510。E-mail:zhangyt5@cnooc.com.cn

  • 中图分类号: TE357

摘要: 南海X油田为普通稠油油藏,属于边水驱动,储层面积大但厚度薄,投产后存在地层能量快速衰竭、产液量迅速递减的问题。海上油田具有油井投资高、平台面积受限、井槽数量少的特点,不适宜采用地面注水工艺。为解决地层能量补充难题,在调研国内外同井采注技术和经验的基础上,优化设计了一套适合稠油油藏的同井采注热水驱完井管柱,可以将深部高温地层水加压注入至油层,补充油层驱动能量,提高储层温度,降低油水流度比,提高波及系数和驱油效率。现场试验结果表明,该同井采注水完井管柱稳定可靠,以较低成本解决了稠油油藏地层能量补充的难题,邻近油井增产效果明显,为类似油田高效开发提供经验。

English Abstract

张永涛, 张俊斌, 张伟国, 秦世利. 海上稠油油藏同井采注热水驱完井设计与应用[J]. 石油钻采工艺, 2018, 40(4): 444-447, 467. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008
引用本文: 张永涛, 张俊斌, 张伟国, 秦世利. 海上稠油油藏同井采注热水驱完井设计与应用[J]. 石油钻采工艺, 2018, 40(4): 444-447, 467. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008
ZHANG Yongtao, ZHANG Junbin, ZHANG Weiguo, QIN Shili. Design and application of completion string for hot water injection and production in the same well in offshore heavy oil reservoirs[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2018, 40(4): 444-447, 467. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008
Citation: ZHANG Yongtao, ZHANG Junbin, ZHANG Weiguo, QIN Shili. Design and application of completion string for hot water injection and production in the same well in offshore heavy oil reservoirs[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2018, 40(4): 444-447, 467. doi: 10.13639/j.odpt.2018.04.008
  • X油田是南海东部首个商业开发的普通稠油油田,该油田储层面积大、厚度薄、坡度缓,同时地层原油黏度较高、流动性较差,在开发过程中存在地层能量衰竭快、产量递减迅速的问题。随着地层产能的下降,区块稳产难度大,注水工艺作为经济有效的能量补充手段,成为这类区块增产的主要开发方式[1-4]

    由于前期对油藏认识不足,且海上油田具有油井投资高、平台面积受限、井槽数量少的特点,本平台不适宜采用地面注水工艺。为防止地层能量进一步亏空,尽快补充地层能量,需要一种适合海上稠油油田的非地面注水工艺。通过调研分析,同井采注水工艺在国内外海上油田均有成功应用案例,结合X油田油藏特点,设计了1口采下注上的热水驱动能量补充井。经分析研究测井资料和开展配伍性实验,油层下部有高温水层,储层物性好、水体规模大、与油层配伍性好,为实现同井采注热水驱提供了绝佳条件。

    • 同井采注水就是利用特殊结构的注水电潜泵机组,在同一口井内将水源层的水采出增压后再注入到目的注水层,对注水层进行能量补充[5-7]。稠油热水驱时,通过乳化捕集和乳化携带作用大幅提高了微观驱替效果;且在一定温度内,稠油热水驱的微观波及系数、驱油效率和采收率随温度增加而增加[8]。为尽量提高驱油效率,目标井需选择地层温度大幅高于油层的水源层,即采用“采下注上”同井采注热水驱,引用深部高温地层水注入至油层。

      “采下注上”工艺在目标井的水源层、注水层下入防砂管柱带分层封隔器,满足防砂要求的同时将注水和水源层分开[9]。下入带有定位接头和插入密封的电泵生产管柱到设计深度,将原井套管管柱分为2部分。在定位接头上部,地层水通过电潜泵增压再注至油层。

      为实现同井采注热水驱,设计了1口定向井,注水层和水源层均采用套管射孔完井。在调研国内外同井采注技术和经验的基础上,初步设计了2款注水管柱,分别为Y型管柱和罐装泵管柱,如图 1图 2所示。2种管柱均可实现采下注上的同井采注水基本功能,包括注水量监测、不动管柱酸化及注示踪剂。具体参数见表 1

      图  1  Y型采下注上管柱

      Figure 1.  Y type string for production in the lower part and injection in the upper part

      图  2  罐装泵采下注上管柱

      Figure 2.  Pot type string for production in the lower part and injection in the upper part

      表 1  Y型和罐装泵采下注上管柱对比

      Table 1.  Comparison between Y-type and pot-type strings for production in the lower part and injection in the upper part

      项目 Y型管柱 罐装泵管柱
      工作压力范围/MPa 0~21 0~21
      工作温度范围/℃ 0~149 0~149
      最小过流当量直径/mm 62 76
      最大日注水量/m3 1 000 1 500

      通过对比,罐装泵管柱使用常规工具,简单可靠,应用拓展性好。Y型管柱具有成本低的优势,但该型管柱使用的定位转向分流总成和Y-TOOL造成最小过流当量直径偏小,注水期间管柱压耗高,流体转向处易发生涡流冲蚀,最大日注水量低于罐装泵管柱。综合对比分析,目标井选择罐装泵采下注上管柱。

    • (1) 罐装泵系统。可将电潜泵系统悬挂于密闭罐内,上下部均可连接油管,地层水经下部中心油管进入密闭罐内,然后通过电潜泵吸入口—泵出口—滑套—油套环空,最终注入至注水层。

      (2) 井下流量计。为保证持续稳定的监测注水量,本井引入了贝克休斯公司SureFLO 298型文丘里管井下流量计,如图 3所示。该井下流量计为压差式流量计,通过石英压力传感器测量流体入口和孔喉处2点绝对压力,基于伯努利方程进行流量计算。该流量计有以下优点:可持续、实时测量井下注入量,传输间隔为1 s;可根据注水排量优化设计流量计规格,测量精度高(不确定性≤2%);内部无可移动部件,使用寿命长,管柱内不会产生落物;不需要使用放射源,安全风险低。

      图  3  SureFLO 298型井下流量计(黑色为水流)

      Figure 3.  SureFLO 298 downhole flowmeter (black: water)

      (3) 其他工具。定位接头带有上下贯通的旁通孔;为保证层间封隔有效,使用加长型密封筒和插入密封。

    • 注入层下部有水体充足的高温水源层且水温尽可能高(不高于149 ℃),注入水与注水层配伍性好。注水层要有一定的吸水能力,满足油井能量补充需求。为保证注入水的水质,水源层应选取泥质含量低、胶结强度高、不易出砂的储层。由于同井采注涉及多个层位并要求井眼具有可重入性,综合作业成本和难度,一般设计为常规定向井。管柱设计应确保水源层和注水层之间有效隔离,最大耐压差能力应大于最大注入压力,可实现不动管柱酸化作业。

    • 吸水指数和注入压力是电潜泵选型的重要参数,如何确定日注水量至关重要。按照经验,目标井采用裘比公式计算注水层吸水指数

      $$ {J_{\rm{w}}} = \frac{{542.87 \times K \times {K_{{\rm{rw}}}} \times h}}{{{\mu _{\rm{w}}}{B_{\rm{w}}}{\rm{ln}}\frac{{{r_{\rm{e}}}}}{{{r_{\rm{w}}}}}}} $$ (1)

      式中,Jw为吸水指数,m3/(MPa·d);K为注水层渗透率,D;Krw为注水层水相相对渗透率;h为注水层厚度,m;μw为注入水黏度,mPa·s;Bw为注入水地层体积系数;re为驱替半径,m;rw为井筒半径,m。根据注水层物性平均值,计算得出注水层吸水指数为60 m3/(MPa·d)。

      $$ {Q_{\rm{w}}} = {J_{\rm{w}}} \times \Delta {p_{\rm{w}}} $$ (2)

      式中,Qw为日注水量,m3/d;∆pw为注入压差,MPa。

      最大注入压力按照注水过程中不压破地层为原则确定,注水层选取原始地层压力13.52 MPa,破裂压力为22.56 MPa,最大注入压力取9.04 MPa。根据公式(2)计算得出最大注水量为542.4 m3/ d。根据注入压力和注入量,并考虑产水压差、管柱沿程摩阻、现有产品型号等因素,电潜泵机组选型设计为:排量600 m3/d,扬程830 m,电机功率111 kW。为减少注水沿程摩阻,电泵下深尽量接近注水层顶部。

    • 为清洁井筒、疏通水源层和注水层喉道,并获取采液指数、注入水样等关键资料,注水前需下入返排管柱分别对水源层和注入层进行返排,返排后更换为注水管柱。

      (1) 水源层防砂设计。本井注入水自水源层产出后不经地面设备过滤直接注入地层。综合考虑以下方面:降低注入水固相,提高水质,尽量避免固相颗粒堵塞注水层孔喉和筛管;防止水源层出砂导致电潜泵过快磨损或砂埋注水管柱。为尽量减少固相产出,水源层采用125 μm优质筛管+40/50目砾石充填组合防砂。

      (2) 注水层防砂设计。通过研究注水层储层测井及岩心数据,分析得出注水层出砂可能性高。综合考虑以下方面:防止返排期间出砂或停注水时注水层反吐出砂,造成管柱砂埋;防止注水期间,水中残留固相颗粒堵塞地层孔喉。注水层选择优质筛管防砂,综合考虑出砂标准小于3 T/104m3并与水源层防砂精度相配合,防砂精度选择177 μm。为延缓筛管堵塞,并考虑不过多增加注入沿程摩阻,可适当增加注水层筛管覆盖长度。

    • A井为一口常规定向井,生产套管尺寸Ø244.5 mm,最大井斜16.71°。水源层水体容量大、岩性纯、物性好、温度高,水源层地层温度115 ℃,注水层74 ℃。射孔数据见表 2。主要施工步骤:Ø244.5 mm套管刮管洗井;水源层射孔作业,Ø244.5 mm套管再次刮管;下水源层防砂管柱,高速水充填防砂,充填系数31 kg/m,盲管埋高3.2 m;对水源层机械暂堵,注水层射孔作业,Ø244.5 mm套管第3次刮管,解除机械暂堵;下注水层防砂管柱;下分层返排管柱,依次对水源层和注水层清井返排,起返排管柱;下注水管柱,启泵注水。

      表 2  A井射孔数据表

      Table 2.  Perforation data of Well A

      层位 射孔斜深/m 避射要求
      射开长度
      注水层 1 429.5 1 436.6 5.7 避射钙质夹层1.4 m
      水源层 2 357.0 2 431.0 49.0 避射高泥质含量井段25 m

      注水管柱组合由下至上:带孔引鞋+Ø120.65 mm插入密封+定位接头带旁通孔+Ø93.68 mm工作筒RN型,密闭罐试压用+Ø193.68 mm密闭罐电潜泵机组+ SureFLO 298型井下流量计+Ø71.45 mm滑套X型+Ø95.25 mm工作筒坐封生产封隔器+Ø244.5 mm生产封隔器+Ø96.85 mm井下安全阀+油管挂。

    • A井水源层和注水层清井返排期间,产出液均未发现地层砂,其中水源层水质各项参数均符合注水水质要求,表明防砂设计合理,施工质量合格。目前该井注水正常,注水压差5.3 MPa,注水量250 m3/d,注水指数47.17 m3/MPa·d,泵出口温度101 ℃,累计注水20 000 m3。目前距离注水井最近的F井已经受效明显,该井产油量由40 m3/d增加至100 m3/d,增产150%,如图 4所示。随着注入量增加,预计同层位其余井将陆续见效。

      图  4  F井生产曲线

      Figure 4.  Production curve of Well F

    • (1) 采下注上的注水工艺可以安全、简单、低成本的实现稠油油田地层能量补充目的,可实时监测和调节井下注水量,为类似油田开采提供了可借鉴的能量补充方式。

      (2) 采下注上注水设计准确把握了电潜泵选型和防砂设计关键因素,为同井采注水设计提供了可借鉴经验。

      (3) 本油田通过注入深部地层高温热水,一定程度上解决了地层能量不足问题,下步应跟踪分析受效油井动态,总结分析热水驱提高驱油效率规律。

参考文献 (9)

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