[发明专利]一种新的油气井充填系统及该系统的应用方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种新的油气井充填系统及该系统的应用方法，属于石油和天然气开采领域。这里的油气井是指油气田开发中广义的生产井，包括油井、气井、天然气井、注入井、注蒸汽热采井、蒸汽吞吐井、蒸汽注入井、深井和超深井等，特别是水平井和大斜度井。

背景技术

1、油气井需要分段控流：

在同一口井中，由于地层间的渗透率沿油气井生产段轴向的差异很大，油水间的粘度差很大，这就导致了水会沿着渗透率高的地层提前进入井筒，并迅速充满井筒的大部分空间，使油气井产液的含水率大幅度升高，油产量大幅度下降。例如某油气井的生产段为300米，渗透率高的生产段长30米，地层间渗透率相差3倍，地层中的油水的粘度比相差100倍，当地层水沿着渗透率高的地层提前进入井筒后，该井产液的含水率会迅速升至95%以上，日产油量降至未出水时日产油量的1/3。上述问题给油田生产带来了巨大的经济损失。

为了解决上述问题，油气井需要分段控流技术。分段控流技术是将油气井的生产段分隔成若干个独立的生产区间，每个生产区间都有控流装置进行可控限流。分段控流技术显著地减缓了地层水的局部快速推进，提高了产油量；即使在油气井出水后，分段控流技术也能有效限制地层水产出量急剧上升，减小日产油量下降幅度。如前段所述井况的油气井，在油井见水后，分段控流技术可以将产液含水率控制在60%以下，日产油量可达到未出水时日产油量的85%以上。

同样，对于气顶油藏、注气井和蒸汽驱井，由于油气间的粘度差非常大，极易在高渗透段形成气锥，或气窜或汽窜，产生上述类似的问题。

2、目前油气井中应用的分段控流方式：

目前，油气井中分段控流的独立流动单元是依靠下入封隔器实现的，限流是依靠控流过滤器管柱；利用封隔器将油气井的生产段封隔成多个相对独立的生产区间，结合控流过滤器的限流作用，实现油气井的分段控流。

分段控流技术包含两个要素：分段和控流，两者缺一不可。如果油气井内只下入控流过滤器，不使用封隔器进行分段，那么提前进入井筒的地层水会沿着井筒轴向窜流，地层水会迅速占据井筒内的绝大部分空间，仍然会使油气井产液的含水率大幅度上升，导致油产量大幅度下降，最终稳油控水失败。

3、目前分段控流技术使用封隔器分段存在的问题：

目前经常使用的封隔器是遇液膨胀封隔器，遇液膨胀封隔器在以下几种井况是无法实施有效封隔的：

（1）已实施套管射孔的油气井，其水泥环中存在窜槽；

（2）已实施筛管完井的油气井； 筛管和井壁之间存在类似窜槽的轴向流动通道；

（3）已下入多孔管的油气井；多孔管与井壁之间存在类似窜槽的轴向流动通道；

（4）井下管柱有变形，但其变形不影响控流过滤器入井，但是遇液膨胀封隔器无法下入。

另外，使用遇液膨胀封隔器的油气井，由于膨胀后的封隔器与井壁间巨大的摩擦力，因此在遇液膨胀封隔器膨胀以后无法将井下管柱拔出。

4、半渗封隔控流技术：

半渗封隔控流技术是解决使用封隔器进行分段控流所存在问题的一种潜在技术（或在研技术）。针对以上使用封隔器进行分段控流所存在的问题，申请人进行了长期的半渗封隔控流技术的研究，以解决封隔器在分段控流方面存在的问题。

半渗封隔控流技术是先向油气井中下入控流过滤器管柱，在控流过滤器管柱与井壁之间存在环空（上述环空是广义的环空，它不仅包括控流过滤器管柱与外管柱或井壁之间的环空，还包括水泥环窜槽、筛管与井壁间的环空、多孔管与井壁间的环空等），然后再向上述环空中充填颗粒介质，并充填紧实形成半渗封隔环。这种半渗封隔环具有轴向流动阻力很大，而径向流动阻力很小的特性，不影响生产。

之所以称之为半渗封隔环，是因为所述的充填环径向渗流能力很强，轴向渗流能力几乎没有，也就是一半的方向有渗流能力，一半的方向有渗流能力申请人称之为半渗。半渗封隔环将油气井轴向封隔成了许多相对独立的生产区间，再结合控流过滤器的控流作用，就实现了分段控流。 其井内结构见图1、图2。

图1为水平井应用半渗封隔控流技术进行分段控流示意图。

图2为直井应用半渗封隔控流技术进行分段控流示意图。

图1和图2中，包括井壁1，井壁外，包括高渗透地层区10和低渗透地层区20。井壁内安装有控流过滤器管柱2，井壁和控流过滤器管柱之间的环空为由孔隙介质组成的半渗封隔环3；半渗封隔环顶端由悬挂封隔器4封闭。

5、半渗封隔控流技术在研究中过程中发现的问题：