CN114151046A - 一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构及生产方法，包括设置在井筒中的中心管柱，所述中心管柱与所述井筒井壁之间的环空中设有通过充填封隔颗粒形成的连续封隔体；所述中心管柱包括间隔设置的多个控流段和连通段，所述控流段的位置及长度与所述井筒的油层位置对应，所述连通段的位置及长度与所述井筒的不渗透地层和/或出水地层位置对应。本发明一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构及生产方法，通过合理分配每个油层的单独产液量、每个控流过滤器的基准流速，能够实现多个油层在不同的生产压等差条件下，同时生产、油水分界线一致推进，最终保证多个油层同时完成开采。

Description

一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构及生产方法

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，涉及一种完井结构，特别是涉及一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构及生产方法。

背景技术

多层油藏通常是指由多个油层(例如砂岩、砾岩或碳酸盐岩油层)和低渗透/不渗透地层(例如泥岩层)、出水地层在竖直方向交替分布形成的油藏。由于不同油层在吸水能力、水线推进速度、油层压力、采油速度、采出程度、水淹等方面存在层间差异，因此采用直井或定向井对多层油藏进行开采时，无法同时对所有油层实现同步均衡开采。具体来说，若同时对多个油层进行开采，由于各油层存在多方面层间差异，将导致油层开采速度不同、油层的油水分界线不同。一旦某个油层提前见水，由于水的渗流速度远远超过油，在相同的生产压差下，该地层将产出大量的水并进入中心管柱，导致产液中含水量升高；同时，大量的地层水进入中心管柱，还将导致其他油层的生产压差减小，从而导致产油量降低。在《多层油藏均衡开采影响因素分析》(作者：黄爱先，断块油气田，第22卷第1期，2015年1月)一文中，作者对影响均衡开采的相关因素进行了分析，但是尚未提出实现油层同步均衡开采的具体方案。

为解决不同油层参数存在差异、开采过程中存在不均衡的问题，现有技术中多采用两种非同步的开采方式，一种是先打开油井最下部若干层进行开采，然后逐级上返；另一种是采用分层开采技术。对于分层开采技术，一般将全部油层分为4个大段进行开采，每个大段内仍然有多个小层，无法实现每个小层独立开采。对于多层油藏油井的完井方式一般是：钻井后套管固井，对应需要打开的生产层再进行射孔。如果采用分层开采方式，通常需要在射孔的套管内部下入封隔器和滑套组件，把所有生产层分成若干段(通常不超过4段)后，再分大段开采，通过封隔器管柱上滑套的开关来打开某些大段进行投产，生产一段时间后，再调整需要打开的其他大段进行生产。若多层油藏为疏松砂岩地层，还需要在射孔后的套管内进行砾石充填，或分段砾石充填作业，或者多趟砾石充填，当砾石充填施工段的长度超过100米时，还需要进行多次砾石充填，完井过程非常繁琐。

对于多层油藏，现有的完井结构及开采方法存在如下缺陷：(1)受到不同油层存在层间差异的制约，无法实现多油层同步均衡开采；(2)采用现有的分层开采方式，一个生产段中的多个小层无法都实现分层独立开采，仍无法解决同步均衡开采的问题；若一个层出水，影响整个生产段的产量，导致油井整体采收率低；如果是采用逐级上返开采方式，油井开采速度慢，每一次打开的若干个小层只能整体开采，仍存在上述问题；(3)对于射孔井，受到射孔孔密限制，渗流面积有限，易形成堵塞，影响油井产量；(4)生产段之间的封隔器分隔效果有效期短，当层间差异特别是压差较大时，封隔器的有效工作寿命将更短；(5)若水泥环存在窜槽现象，封隔器将无法实现封隔；(6)对于固井后再射孔的方式，针对疏松砂岩油藏还要进行多段甚至多趟砾石充填，分段生产时还需要在砾石充填管柱内再下入分段生产管柱，作业时间长，完井成本高；(7)现有两种开采方式的完井结构复杂，后期修井难度大，风险大，成本高；(8)对于疏松砂岩，当泥质含量较高时，还会出现泥质堵塞，油井采液指数下降的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构与生产方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，包括设置在井筒中的中心管柱，所述中心管柱与所述井筒井壁之间的环空中设有通过充填封隔颗粒而形成的连续封隔体；所述中心管柱包括间隔设置的多个控流段和连通段，所述控流段的位置及长度与所述井筒的油层位置对应，所述连通段的位置及长度与所述井筒的低渗透/不渗透地层和/或出水地层位置对应。

进一步，所述控流段为一个控流过滤器，或者是由多个控流过滤器串接形成的控流过滤器管串；其中，

对于任意第i个油层，若该油层的厚度L_i小于或等于一个控流过滤器的标准长度L₀，则所述控流段为一个控流过滤器，即该控流段的控流过滤器的个数为：m_i＝1；

若所述油层的厚度L_i大于一个控流过滤器的标准长度L₀，所述控流段是由多个控流过滤器串接形成的控流过滤器管串，所述控流过滤器的个数为：

在该油层的最大生产压差ΔP_i条件下，所述控流过滤器的基准流速为：v_i＝Q_i/m_i；

其中，i为油层的编号，i＝1,2,…,N，N为所述井筒对应的油层的总层数，Q_i为第i个油层的分配产液量，

表示向上取整。

进一步，对于任意第i个油层的最大生产压差ΔP_i为：

对于独立开采的油井，ΔP_i＝P_di-P_wfi，

对于设有注水井的油井，ΔP_i＝P_zi-P_wfi；

其中，P_di为第i个油层的地层压力，P_zi为第i个油层对应的注水井对该油层的注水压力，P_wfi为该油层的最小井底流压。

进一步，对于任意第i个油层，若该油层的厚度L_i小于一个控流过滤器的标准长度L₀，则该油层不采用标准长度的控流过滤器，而是采用与油层厚度相同或者相一致长度的控流过滤器；或者采用长度略超过油层厚度的控流过滤器，其中，超出长度为0.5米以内。

进一步，对于任意第i个油层，若该油层的厚度L_i大于一个控流过滤器的标准长度且不是该标准长度的整数倍，则该多个控流过滤器串接形成的控流过滤器管串中，其中独立的一个控流过滤器的长度等于L_d或者与L_d相一致；其中，

进一步，所述独立的一个控流过滤器的长度大于L_d且小于(L_d+0.5)米。

进一步，所述连通段为一个连通管节，或者是由多个连通管节串接形成的连通管节管串。

进一步，所述中心管柱趾端设有趾端控流过滤器，所述趾端控流过滤器的基准流速不低于所在油层或距离最近油层的控流过滤器的基准流速。

进一步，所述井筒内还设有多孔套管，所述中心管柱设置在所述多孔套管内部。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于多层油藏同步均衡开采的生产方法，采用如上所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，包括以下步骤：

投产后，所有油层同步均衡开采。

本发明一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构及生产方法，通过合理分配每个油层的单独产液量、每个控流过滤器的基准流速，能够实现多个油层在不同的生产压差条件下，同时生产、油水分界线一致推进，最终保证多个油层同时完成开采。

附图说明

图1是本发明实施例中一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构示意图；

图2是本发明实施例中另一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构示意图；

图3是本发明实施例中一种用于多层油藏同步均衡开采的生产方法的流程示意图。

附图标记说明：1-井筒，2-中心管柱，21-控流段，22-连通段，3-连续封隔体，4-多孔套管，51-封隔器，52-顶部封隔器，53-悬挂封隔器，6-油层，7-低渗透/不渗透地层和/或出水地层。

具体实施方式

以下结合附图1至3，进一步说明本发明一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构和生产方法的具体实施方式。本发明一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构和生产方法不限于以下实施例的描述。

首先对本文中采用的符号及术语的含义做出如下说明：

Q：设计产液量，即通过测井所获得的油井的最大预期产液量。

N：油层的总个数。

L_i：第i个油层的沿井筒延伸方向的厚度，其中，i为油层的编号，i＝1,2,…,N。

L：油层总厚度，L＝L₁+L₂+…+L_N。

Q_i：第i个油层分配产液量，Q_i＝Q·L_i/L。按照分配产液量，多个油层可以做到均衡开采，即各油层的油水界面能够均衡一致的推进，避免某个油层先见水，导致其他生产压差降低、总产液中含水量增加。

P_di：对于独立开采的油井，第i个油层的地层压力。

P_zi：对于设有注水井的油井，第i个油层对应的注水压力。

P_wfi：最小井底流压。

ΔP_i：第i个油层的最大生产压差。对于独立开采的油井，ΔP_i＝P_di-P_wfi；对于设有注水井的油井，ΔP_i＝P_zi-P_wfi。

L₀：控流过滤器的标准长度。

v_i：控流过滤器的基准流速，v_i＝Q_i/m_i。

控流过滤器：对通过流量具有调节能力的，所述调节流量包括从最大需求量调整到最小需求量，甚至完全关闭。所述控流过滤器类型包括但不限于ICD、AICD、ICV等；具体结构包括但不限于：割缝筛管，绕丝筛管，精密微孔复合筛管，精密冲缝筛管，割缝衬管等。

连通管节：串接在中心管柱中，只起到连接和连通作用的管柱。

连续封隔体：在控流过滤器和井壁之间的环空中通过充填液充填封隔颗粒，封隔颗粒堆积形成连续封隔体，封隔颗粒之间的微孔隙形成流体的过流通道，流体可以通过这些微孔隙在连续封隔体中沿井筒径向渗透，但是沿井筒轴向渗透的速度会受到较大限制。连续封隔体控水技术具有操作简便快捷、控水效果好等优点，得到了日益广泛的应用。例如中国专利2009102507912、2009102507927、2016109769579、2016212003861、201910623000X、2019104892759等，均公开了该技术在油气井开采中的具体应用。

同步均衡开采：多个油层在不同的生产压差条件下，同时生产、油水分界线一致推进，最终保证多个油层同时完成开采。

实施例1：

本实施例提供一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，如图1所示，包括设置在井筒1中的中心管柱2，所述中心管柱2采用封隔器51与所述井筒1的井壁进行封隔，所述中心管柱2与所述井筒1井壁之间的环空中设有通过充填封隔颗粒而形成的连续封隔体3。所述中心管柱2包括间隔设置的多个控流段21和连通段22，所述控流段21的位置及长度与所述井筒的油层6位置对应，所述连通段22的位置及长度与所述井筒的低渗透/不渗透地层和/或出水地层7位置对应。所述“位置对应”是指，控流段21的长度大于所述井筒的油层长度，，例如控流段21长度大于所述井筒油层长度的范围在0.5米以内。

本实施例还提供另一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，如图2所示。与图1所示完井结构的区别仅在于，所述井筒1内还设有多孔套管4，所述中心管柱2设置在所述多孔套管4内部，所述中心管柱通过顶部封隔器52与多孔套管4进行封隔，所述多孔套管4通过悬挂封隔器53与与所述井筒1的井壁进行封隔。设置多孔套管4的目的在于，对于井壁结构不够稳定的井筒，多孔套管4有助于井筒成型。设置多孔套管的作用，一方面在于防止充填过程中由于井壁坍塌造成堵塞而导致的充填失败；另一方面，油井投产若干年后，如果需要取出中心管柱，则可以返出中心管柱与多孔套管4之间的环空中的封隔颗粒，不会出现井壁垮塌现象，从而确保顺利取出中心管柱2。可见，本实施例提供的技术方案不仅适用于裸眼井，同样也适用于设有套管的套管井，以及射孔井等。

为了实现多个油层的同步均衡开采，需要对每个控流段的流量进行调节，确保所有油层的油水分界线同步向井筒方向推进。具体的，本实施例中采用了具有流量控制功能的控流过滤器作为控流段的主体结构，所述控流段为一个控流过滤器，或者是由多个控流过滤器串接形成的控流过滤器管串。假设井筒包括N个油层，编号分别为，i＝1,2,…,N。对于任意第i个油层，若该油层的厚度L_i小于或等于一个控流过滤器的标准长度L₀，则所述控流段为一个控流过滤器，即该控流段的控流过滤器的个数为：m_i＝1。若所述油层的厚度大于一个控流过滤器的标准长度，所述控流段是由多个控流过滤器串接形成的控流过滤器管串，所述控流过滤器的个数为：

所述控流过滤器的标准长度L₀没有具体限定，根据不同厂家的产品型号而定，例如每根长度为5米。

在该油层的最大生产压差ΔP_i条件下，所述控流过滤器的基准流速为：v_i＝Q_i/m_i。此处所述的基准流速是指在与油层相同产液粘稠度或粘滞性的条件下的流速；为简化计算或者在没有各地层产液粘稠度详细数据的情况下，可以采用该井筒产液的平均粘稠度替代，亦或是采取相邻井筒产液的平均粘稠度替代。即使产液粘稠度参数的估计存在一定偏差，会使得各层油层采用的控流过滤器的基准流速等比例变大或缩小，各油层仍然能大概的按照预定的油层分配产液量进行开采，不会对油水分界线的均衡推进产生太大的影响。当然，在计算及设定控流过滤器的基准流速时，还可以进一步考虑产液的油水比例及粘稠度、油层介质的渗透率等参数，从而使得所设定的基准流速更加精准。其中，i为油层的编号，i＝1,2,…,N，N为所述井筒对应的油层的总层数，Q_i为第i个油层的分配产液量，

表示向上取整。控流过滤器的基准流速与其管柱直径、流道形状、流道面积等相关，不同规格的控流过滤器通常具有不同的基准流速参数，该参数通常会在产品设计或生产环节进行测定和标注。采取向上取整的目的在于，可以使得控流段的长度略长于油层厚度，超出的部分延伸至不渗透地层，不会对该油层的真实产液量造成影响。

对于任意第i个油层的最大生产压差ΔP_i，可以通过以下方法确定：

(1)对于独立开采的油井，ΔP_i＝P_di-P_wfi，所述独立开采的油井，不采用注采生产方式、不设置注水井的油井；

(2)对于设有注水井的油井，ΔP_i＝P_zi-P_wfi。

其中，P_di为第i个油层的地层压力，P_zi为第i个油层对应的注水井对该油层的注水压力，P_wfi为该油层的最小井底流压。

优选的，为了使控流段的长度与油层的厚度更加匹配，从而对该油层的产液量实现更加精准的控制，对于任意第i个油层，若该油层的厚度L_i小于一个控流过滤器的标准长度L₀，则该油层不采用标准长度的控流过滤器，而是采用与油层厚度相同或者相一致长度的其他型号的控流过滤器。例如，控流过滤器标准长度为5米，地层厚度为2.8米，则可以使用长度为2.8米或者3米的控流过滤器。所述“相一致长度”是指，较为接近即可，不要求完全相同，通常差异在0.5米以内均可以接受。更优的，为了更好地实现对油层的开采，所述控流过滤器管串的长度应略大于油层厚度，超过的长度可设置在0.5米以内。

对于任意第i个油层，若该油层的厚度大于一个控流过滤器的标准长度且不是该标准长度的整数倍，则该多个控流过滤器串接形成的控流过滤器管串中，其中独立的一个控流过滤器的长度等于L_d或者与L_d相一致；其中，

例如，控流过滤器标准长度为5米，地层厚度为22.1米，则可以使用4根长度为5米，以及1根长度为2.1米或者2米的控流过滤器。所述“相一致长度”，同样是指长度较为接近即可。更优的，在具体实现时，可将上述独立的一个控流过滤器的长度设置为大于L_d且小于(L_d+0.5)米，从而确保所述控流过滤器管串的总长度略大于地层厚度且不超过0.5米。

所述连通段为一个连通管节，或者是由多个连通管节串接形成的连通管节管串。对于不渗透地层，通过设置连通短节并在相应位置井筒中设置连续封隔体，可以更好地起到防止产液在井筒中串流的效果。对于出水地层，通过设置连通短节并在相应位置井筒中设置连续封隔体，可以将相应的出水的地层封闭，从而降低产液的含水量，提高生产效率。

优选的，由于井筒最深处即中心管柱趾端的充填液的回流能力较弱，同样为了增强该位置的封隔颗粒的充填效果，需要加大此处的充填液的回流能力。为此，所述中心管柱趾端设有趾端控流过滤器，所述趾端控流过滤器与其他控流过滤器的区别在于其基准流速不同，具体的：当所述趾端对应的地层为油层时，所述趾端控流过滤器的基准流速不低于所在油层的控流过滤器的基准流速；当所述趾端对应的地层为不渗透地层时，所述趾端控流过滤器的基准流速不低于距离最近油层的控流过滤器的基准流速。

实施例2：

本实施例提供一种用于多层油藏同步均衡开采的生产方法，采用如上所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，如图3所示，包括以下步骤：

建立用于多层油藏同步均衡开采的完井结构；

投产后，所有油层同步均衡开采。

本实施例具有与实施例1相同的技术效果。

实施例3：

本实施例给出一种上述实施例1和实施例2中所公开的技术方案在某油藏的一次具体应用。

某碳酸盐岩油藏，沿井筒方向共有40个油层、多个油水系统，层间差异较大。为了实现同步均衡生产，定向井生产段钻完井后，在8.5in裸眼井中直接下入5.5in中心管柱，然后在中心管柱与井壁之间的环空充填满40-70目的封体颗粒。根据井筒的设计产液量、每个油层的钻遇油层厚度、每个油层对应的地层压力和最小井底流压等技术参数，计算获得每个油层的控流过滤器的数量和基准流速，并确定控流过滤器的具体型号(以选用安东柏林石油科技有限公司生产的控流过滤器为例)。各项具体参数如下：

实施例4：

本实施例给出一种上述实施例1和实施例2中所公开的技术方案在某油藏的一次具体应用。

某疏松砂岩油藏，沿井筒方向共有20个油层，层间差异较大。为了实现同步均衡生产，定向井生产段钻完井后，8.5in裸眼井中下入7in的多孔套管，然后在多孔套管中下入4in中心管柱，最后在中心管柱与多孔套管、多孔套管与井壁之间的环空充填满70-100目的封隔体颗粒。根据井筒的设计产液量、每个油层的钻遇油层厚度、注水井的注入压力和各油层的最小井底流压等技术参数，计算获得每个油层控流过滤器的数量和基准流速，并确定控流过滤器的具体型号(以选用安东柏林石油科技有限公司生产的控流过滤器为例)。各项具体参数如下：

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，包括设置在井筒中的中心管柱，所述中心管柱与所述井筒井壁之间的环空中设有通过充填封隔颗粒形成的连续封隔体，其特征在于：

所述中心管柱包括间隔设置的多个控流段和连通段，所述控流段的位置及长度与所述井筒的油层位置对应，所述连通段的位置及长度与所述井筒的低渗透/不渗透地层和/或出水地层位置对应。

2.根据权利要求1所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，其特征在于：所述控流段为一个控流过滤器，或者是由多个控流过滤器串接形成的控流过滤器管串；其中，

对于任意第i个油层，若该油层的厚度L_i小于或等于一个控流过滤器的标准长度L₀，则所述控流段为一个控流过滤器，即该控流段的控流过滤器的个数为：m_i＝1；

若所述油层的厚度L_i大于一个控流过滤器的标准长度L₀，所述控流段是由多个控流过滤器串接形成的控流过滤器管串，所述控流过滤器的个数为：

在该油层的最大生产压差ΔP_i条件下，所述控流过滤器的基准流速为：v_i＝Q_i/m_i；

其中，i为油层的编号，i＝1，2，...，N，N为所述井筒对应的油层的总层数，Q_i为第i个油层的分配产液量，

表示向上取整。

3.根据权利要求2所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，其特征在于：对于任意第i个油层的最大生产压差ΔP_i为：

对于独立开采的油井，ΔP_i＝P_di-P_wfi，

对于设有注水井的油井，ΔP_i＝P_zi-P_wfi；

其中，P_di为第i个油层的地层压力，P_zi为第i个油层对应的注水井对该油层的注水压力，P_wfi为该油层的最小井底流压。

4.根据权利要求2所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，其特征在于：对于任意第i个油层，若该油层的厚度L_i小于一个控流过滤器的标准长度L₀，则该油层不采用标准长度的控流过滤器，而是采用与油层厚度相同或者相一致长度的控流过滤器；或者采用长度略超过油层厚度的控流过滤器，其中，超出长度为0.5米以内。

5.根据权利要求2所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，其特征在于：对于任意第i个油层，若该油层的厚度L_i大于一个控流过滤器的标准长度且不是该标准长度的整数倍，则该多个控流过滤器串接形成的控流过滤器管串中，其中独立的一个控流过滤器的长度等于L_d或者与L_d相一致；其中，

6.根据权利要求5所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，其特征在于：所述独立的一个控流过滤器的长度大于L_d且小于(L_d+0.5)米。

7.根据权利要求1所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，其特征在于：所述连通段为一个连通管节，或者是由多个连通管节串接形成的连通管节管串。

8.根据权利要求1所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，其特征在于：所述中心管柱趾端设有趾端控流过滤器，所述趾端控流过滤器的基准流速不低于所在油层或距离最近油层的控流过滤器的基准流速。

9.根据权利要求1所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，其特征在于：所述井筒内还设有多孔套管，所述中心管柱设置在所述多孔套管内部。

10.一种用于多层油藏同步均衡开采的生产方法，其特征在于：采用如权利要求1-9中任一权利要求所述的用于多层油藏同步均衡开采的完井结构，包括以下步骤：

投产后，所有油层同步均衡开采。

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