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AICD當道 地層出砂豈敢猖狂?

AICD當道 地層出砂豈敢猖狂?

自動流入控制裝置(Autonomous Inflow Control Devices,AICD)裝置可以根據流經流體的性質來調節自身的流量控制,近年來受到國內外石油公司廣泛關注和研究,是行業內的一項技術突破。

來自 | Offshore
編譯 | 吳洪波

為了追求額外的油氣儲量并增加石油產量,開發商們從未放棄尋找如高滲透碎屑巖儲層這類開發難度高但產量大的油氣資源。在這種儲層中使用大斜度井和水平井增大了儲層與井眼的接觸長度,提高油井產能。并在一定程度上通過減少地層油位下降降低了地層出砂的概率。

為了保證生產井的產能并預防地層出砂,開發商們采用了多種防砂方式:礫石填充、壓裂填充、割縫篩管和濾網。一個合適的防砂思路和措施可以非常有效的減少甚至消除地層出砂,并且對油井產量不會有很大有影響。如果在井下增加一個流入控制裝置或自動流入控制裝置用來調節儲層流體進入井眼的流量,那么這些防砂方式的有效性將進一步增大。流量控制裝置的使用不僅提高了這些防砂方法的有效性,也提高了波及系數和油氣采收率。

地層出砂的原因及控制

地層出砂的原因是井筒內壓力和地層流體壓力大于地層強度和地層顆粒間的膠結力。膠結程度差的地層是最容易出砂的。這些砂層中的顆粒膠結程度較差,甚至是完全沒有膠結,并且砂巖顆粒間的自然膠結物也很有可能被儲層中的流體或為了維持地層壓力和驅趕油氣而人為注入的流體所溶解。

流體的流動壓力是井下出砂的重要誘因。地層與井筒間的壓差、地層流體阻力和上覆地層載荷的共同作用力可能超過地層的剪切應力。這些壓力附著在砂巖顆粒上,破壞顆粒的膠結,使這些脫離的顆粒隨著地層流體進入井筒內。這些高流速、高粘度、多流態的大量流體可以加速砂巖的分解,并導致出砂量突然增大。

所以防砂策略應集中在降低井筒內壓、增強儲層砂體膠結,或將導致出砂的應力進行相應的機械轉移。

防砂策略

最簡單的防砂策略就是減少儲層油位降低以減小地層與井筒的壓差、不穩定的油井產量和流體速率。不幸的是,這種策略與油井產量最大化背道而馳。通過增大井筒與儲層的接觸長度,可以在保持總產量穩高不下的前提下減少地層油位降低和產量不穩定。這可以通過大斜度井、水平井、多底井、裸眼完井、擴眼鉆進和水力壓裂的方式實現。使用機械防砂手段和正確的采油參數來避免地層失穩,這是維持井壁穩定和地層強度的重要手段。

機械防砂方法

機械防砂技術就是依靠設備防止砂粒進入井筒,但不影響流體進入。割縫篩管和濾網篩管可以使地層的顆粒在篩管的孔隙處“搭橋”形成通道,創造了較大的流體流道空間。小的顆粒將附著在較大顆粒的后面。優質濾網采用多層結合方式,并溶入高強度金屬粉末,能夠阻止更大粒徑范圍的沙粒進入井筒,同時增大流體流道,具備更大的機械強度和耐腐蝕性。割縫篩管和濾網防砂技術設計的合適與否取決于地層中砂體顆粒的大小與分布。割縫篩管和濾網篩管都可能會被沙粒堵塞,地層顆粒形成的“橋”通道也存在不穩定性。更糟的是,當地層中不穩定的流體從地層中高速通過濾網進入井筒時,濾網可能會因為與流體產生高速摩擦而生熱,從而被腐蝕燒穿。這將導致徹底的防砂失敗,使大量的地層砂涌入井筒內。

流入控制裝置

相比直井而言,水平井將更大程度地與儲層接觸,在井筒周邊地層較小壓降的基礎上獲得更高的產量。雖然水平井可以利用與儲層接觸面較大的井段來提高產量和采收率,但是由于儲層的非均質性、滲透率的變化、井筒軸向流體的過飽和或流體阻力的降低都可以使部分井段發生水侵或氣侵,導致產量不穩定。進入井筒中的無用流體會影響到其他井段的產油量。水侵會增大地層中流體的流速和粘性阻力,溶解地層中的膠結物,導致地層出砂量增加。

流入控制裝置(ICD)通過自身壓降來控制地層流體進入井筒的流量,用來處理產油量不穩定之類的問題,已經廣泛使用多年。然而他們的參數是固定的,一旦安裝完成,就不能再進行調整。如果井筒內部分井段發生水侵或氣侵,ICD則無法對這些高流動性的流體產生有效的對策。隨著氣和水的流入量的不斷增加,最終影響油的產量。

自動流入控制裝置(AICD)是近來行業內的一項技術突破。自動流入控制裝置可以根據流經的流體性質來調節自身的流量控制。不可調節的ICD會對粘度較大的流體有較高的流入限制,AICD則會更多地限制水和氣的進入,而不是油。AICD的這個功能可以使整個井段產生均勻的油流,并會阻止已發生水侵或氣侵的井段生產過多的無用流體??傊?,AICD的這項功能能夠在較低的含水率和氣油比的基礎上創造更高的原油采收率。

一種由Tendeka公司研發的漂浮圓閥型AICD,已經成功應用于全球范圍75余口井中,共超過15000個閥門來控制油井中水和氣的侵入,輕質油井和重質油井均可使用,保證穩定的原油產量。這些閥門通過流經流體粘度的變化進行自動調整,優先限制低粘度的水和氣進入。當低粘度的流體流經AICD時,閥體會自動調節產生較小的流道,限制低粘度流體進入。

不論是ICD還是AICD,都適合與傳統的優質篩管技術相結合使用。儲層中的流體進入井眼和篩管間的環空,隨后流入篩管與無孔基管間的一個或多個流入控制裝置。經過流入控制裝置后,進入生產管柱隨后被抽到地表。

技術配合

ICD和AICD多與篩管配合使用。篩管不僅可用于防砂,也阻止了大的巖屑堵塞流入控制裝置的接口或通道。流入控制裝置調節流體均勻流入,降低了“熱腐蝕”發生的概率,“熱腐蝕”能夠腐蝕篩管濾網和其他井下設施。通過控制井筒軸向上流體的流入,可以預防井眼周圍的儲層內流體流速過快,并且平衡了井筒軸向上的地層壓降。這將降低超過地層剪切應力的三個主要應力的其中兩個。當三個應力之和超過地層剪切應力時,將會導致地層出砂。具體而言,AICD抑制無用流體進入井筒,降低地層水溶解儲層膠結物的風險,也阻止了氣侵所導致的流體流速過快而帶來的高粘滯阻力。

Tendeka公司的AICD已成功應用于挪威Troll海洋油氣田。AICD與優質篩管配合使用為一個11-26m(36-85 英尺)的薄油層提供防砂與流量控制。在早期,Troll油氣田應用的是不可調節的ICD。一旦發生氣侵,大量的氣快速涌入井筒。在使用AICD的試驗井中,前18個月的原油產量比使用ICD的生產井增加了20%。

結論

AICD讓生產工程師能更好地控制水平井中的儲層流體,獲得更穩定的流量和更高的原油采收率。AICD限制低粘度的水和氣流入井筒的功能,可以產出含水量和氣油比均較低的原油。此外,AICD和篩管的配合使用是一個重要且有效的的方法,可以減少由地層壓降而導致的出砂、高流體流動阻力和疏松儲層膠結物的溶解。

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