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反向ESP 解决采出水问题的利器

反向ESP 解决采出水问题的利器

采油过程中伴生的采出水问题一直困扰着油气行业,反向ESP技术或可解开疑惑!

编译 | TOM 惊蛰

从工业与环境的角度来看,石油开采伴生水吸引了越来越多的注意力。过去,采出水水被认为是废物并需要处理,人们很少关注地层产出水的命运。后来,人们开始认识到,处理采出水可能会造成污染,特别是地面污染。

采出水也会影响到油井的生产寿命。总之,诸多因素驱使油气行业改进产出水的管控,这些因素包括油气产量降低、水处理环境影响、政府法律法规以及公众舆论等。其中,最令作业者头疼的是产出水处理有关的环境及成本问题。降低采出水量所带来的经济效益,远远超过常规控水措施的成本。纵观历史,控水措施往往会因一种或多种问题而以失败告终,这是因为问题的根源未被正确认识,执行了错误的处理措施。

开发商处理产出水的一般目标是除油、脱盐、等。为了达到这些目标,作业者已经应用了多种独立的方法,以及物理、生物、化学综合方法来管控产出水。

挑战与机遇

底水锥进一直是水驱油藏油气开采所面临的问题,并且仍然是实现最大采收率的主要拦路虎。目前油气行业常用几种技术来缓解强水驱油藏地层水的过量产出,同时保证油气产量与采收率的最大化。这些技术包括:

  1. 油藏局部射孔;
  2. 通过在水淹射孔处注入树脂、聚合物、凝胶或水泥,在水锥与上部含油段之间形成低渗透或不可渗透的屏障;
  3. 机械封隔井筒内的水淹射孔处;
  4. 配备流入控制阀(ICD)的水平井完井。

迄今为止,水平ICD完井技术在延缓水锥向井筒推进方面的成功率最高,但在水锥最终到达井筒时,其控制效果不明显。

水锥发展与控制

水锥控制技术的基本原理是在油水界面(OWC)的正下方含水区中产生一个反方向压降(ΔP),该压降值等于或略大于射孔段与含油区的压降。压降延缓了水锥侵入含油段的进程,并在整个生产寿命周期内保持最高的相对油渗透率(Kro)。

对于高渗透率油藏(Kro大于1达西),正在开发更有效的技术,以使产量最大化,同时显著减少产出水,并提高油藏最终采收率。该技术在直井或斜井中利用控制水锥完井技术,直接在油水界面下方产生反方向压降,从而控制水锥的推进。

早些年,采用数值模型与现场数据,对双层完井井底排水采油技术(DWS)控制水锥的效果进行了评价。结果表明,压降可有效控制水锥,并可实现采出更少水的同时,采出更多油。进行了几次短期现场试验,完井设计中包括了目前可用的ESP设备。这些项目旨在测试DWS的原理与可行性。通常,作业者会在长时间含水率高的老井中安装DWS。在这些情况下,油层射孔处的早期水淹通常会使相对油渗透率/相对水渗透率的关系转变到不可逆的水平,即使是最有效的控制水锥措施也无法显著提高最终采收率。

在科威特,利用上述控制水锥概念对单井模型进行了模拟,取得了良好的效果。通过在OWC下方的反方向压降来抑制水锥,可提高油气波及效率与最终采收率。在3年的生产期内,累计采油量增加了约100%。这一时长也符合设计得当的ESP系统的业内平均水平。在OWC处的反方向压降的另一个优势是,能够显著超过油锥进率,且不会产生大量的地层水。

反向ESP设计不仅降低了完井复杂性,而且还在OWC下提供了更强的反方向压降。由于不需要导流罩,沿ESP马达的过流面积呈指数增长。这种增加的流体流动能力提高了OWC的压降能力,加强了水锥的管制,从而提高了原油产量。

在采用Y型回流工具设计的初始试验中,选择试验对象的标准是投产时间长、水锥初期的井。此外,候选井的射孔间隔大于OWC上方原始油层的50%。这两种情况都为极具挑战性的控制水锥应用提供了条件。尽管存在这些挑战,而且Y型回流工具设置了速率限制,含水率也从80降到74%,并且在低水平下保持稳定。最初试验主要是为了证明DWS技术是否能够有效控制水锥,试验结果确实如此。

该技术的基本原理是先形成水锥,然后控制水锥,而不是防止水锥的形成。基于这个原因,在反向ESP开启、在油井投产前,将油管转换为柴油机驱动。油嘴尺寸逐渐增加,直到发生水侵,并允许进一步增大36%。令人惊讶的是,数小时内就形成了水锥,而不是之前预测的几天或几周。

在ESP启动后,含水量几乎立即显著下降,从38%降至14%,表明该措施阻止了水锥的进一步发展。为了避免在采油段完全失水,并且防止水锥发生完全反向的风险,需要立即控制油嘴尺寸,以抵消ESP强烈的压降影响。发电机跳机后,水淹问题迅速恶化,同样,ESP启动与频率增加后,水淹立即缓解,证明了反向ESP作用下OWC处压降对水锥发展具有明显的遏制作用。

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