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1、1利用水平井和孚盛砂建立透油阻水筛的采油方法摘 要： 大庆 等油田经过 多年开发，采出液含水高达 94%，但地下仍有 50%以上的原油无法开采。为了控制 产液含水上升，通 过 砂覆膜技术，使普通砂具有增强水表面张力并破坏油表面张力的功能（即亲油憎水功能），从而使具有透油阻水功能的孚盛砂应运而生。但目前只是沿用 传统技术，孚盛砂被直接用作油井压裂缝的支撑剂，采油过程中油 层和井筒内的巨大压力差，使大量水透过孚盛砂缝隙被压入井筒并挤占油的流动空间，使其透油阻水功能荡然无存，产液含水仍居高不下；另外由于井筒附近压力梯度大而剩余油少，使放置在该区域的孚盛砂对远离油井的剩余油富集区作用小，不能提高油田最
2、终采收率，其结果是只能加快井筒附近的采油速度。水平井技术虽然已是成熟的技术，但仅局限于直接采油，由于水平井怕水的缺点，使其不能在高含水主力油层获得应用。为避免孚盛砂和水平井应用中存在的问题，设想出了水平井垂向压裂缝填注孚盛砂建立透油阻水筛的采油方法。该采油方法同时避免了孚盛砂和水平井各自的弱点，发扬了其各自的 优点，可使其在高含水主力油层获得广泛应用，是未来采油技术的一场革命。一、水平井直接采油和孚盛砂直接用作裂缝支撑剂存在的不足（一）孚盛砂应用面狭窄大庆油田大部分剩余油分布在主力油层，这类油层因含水高、渗透率高而不能通过油井压裂等方法提高采收率。所以直接将孚盛砂作为压裂缝支撑剂的应用方法在主
3、力油层就没有用武之地了。因此，要想拓展孚盛砂在主力油层的应用范围，大幅度地提高主力油层的采收率，就需要全新的应用方法。（二）孚盛砂应用效果远未达到最佳状态按目前传统方法，孚盛砂直接用作油井压裂缝的支撑剂，被放2置在油井高压力梯度（即冲刷强度高） 、高含水区内，使其透油阻水功能几乎荡然无存，使其应用效果远未达到最佳状态。这可通过油井底部驱替压力差、压裂缝与剩余油在油层的分布形式两方法进行预测。1、通过驱替压力预测。这可从下表试验记录中得到预测，在下表的油水混驱一栏中，当驱替压力从 0.025 MPa 增加到 0.048 MPa后，过滤后液中油水体积比由 6：4 变化为 5.8：4.2。这一变化说
4、明，随着驱替压力的升高，过滤后液中含水在上升，孚盛砂的选择性在降低。表 1 5：5 油水混驱透过孚盛砂试验数据驱替液 流速（mL/min） 驱替压力（Mpa） 滤后油水比例5 0.033 /水10 0.052 /5 0.025 油水体积比 6：4油水同驱10 0.048 油水体积比 5.8：4.25 0.11 /油10 0.023 /而在油井实际生产过程中，抽油机上抽过程中油水混合液要在0.5MPa 以上的压力下进入油井，这个压力是试验压力的 10 倍。在如此高的压力下，进入井筒内部混合液的油水比例与井筒外部油水混合液的油水比例是相差无几的，使孚盛砂的选择性荡然无存，需要全新的使用方法来改变这
5、种状况。2、根据压裂缝与剩余油在油层的分布形式预测。在油层中，剩余油主要富集的压力梯度最小的区域内，一般在油水井中间和分流水线上。而在压力梯度大的区域内，因水流冲刷强度大，剩余油就最少、含水最高，一般在油水井筒附近区域。因最靠近井筒部位与井筒内部之间的压力梯度最大，所以大部分油井产液是透过最靠井筒部位的一小段孚盛砂（即压裂缝根部的孚盛砂）进入井筒，这部分产液含水高（主力油层高达 94%） ，它的进入挤占了远离井筒的剩余油富集区液体进入油井的空间（也就是井筒附近高含水混合液优先于远离井筒高含油混合液进入井筒） ，如下图 1 所示。注水井 采油井难于进入油井的裂缝端部石油（也是石油最富集的区域）压
6、力梯度最大的区域（也是贫油区）压力梯度最大的区域（也是贫油区）高含水混合液透过裂缝根部进入油井3图 1 孚盛砂压裂缝无法开采剩余油富集区石油示意图这样的结果只能是用孚盛砂作支撑剂开采的多为井筒附近的高含水液体，而裂缝端部的剩余油富集区内石油受效甚微。因此，用该传统方法提高油层的最终采收率难度很大，只能是提高采油速度，迫切需要全新的应用方法来提高孚盛砂的应用效果。按照孙子兵法 ，只有知道自己的优点和缺点，又知道敌方强弱虚实，按照避实击虚的作战原则，以己之长克敌之短，才能百战不殆。据此原理，孚盛砂应该避开井筒附近压力梯度大且剩余油少的区域，转而应该去攻击压力梯度小且剩余油多的区域，只有通过这种避实
7、击虚的方法，才能充分发挥孚盛砂低压下严格的选择性优点，克服其高压漏水的缺点，将剩余油富集区内的石油全部采出。为此设想出了用孚盛砂建立透油阻水筛的采油方法。（三）水平井采油怕水的问题使其无法在高含水主力油层推广正如垂直井直接采油存在层间矛盾一样，水平井直接采油存在着水平段上高含水区和剩余油富集区间的矛盾，这种矛盾作用的结果是水平井易被水淹，而剩余油无法开采。另外，由于水平井筒流动空间狭窄，如果水平井直接采油，容易进入水平井的高渗段来液4很快就占满水平井筒的流动空间，并挤占油的流动空间。长达千米的水平井难免有高渗段，高渗段来液一旦占据水平井筒狭窄的流动空间，剩余油再也无法进入水平井。因此，水平井长
8、长的水平段和井筒狭窄流动空间的矛盾是水平井直接采油无法解决的问题，水平段越长，就意味着越容易遇到高渗段，使水平井更易被水淹，剩余油就越难采，这就使得水平井无法在高含水油层得到推广应用。我们仍然按照扬长避短的原则，在高含水油层中不用水平井采油，而用水平井堵水，充分利用其在油层中呈现水平状的特点，并为此设想出用水平井和孚盛砂在油层中建立透油阻水筛的采油方法（水平井注堵水剂也可建成挡水坝） 。二、透油阻水筛采油方法简介油田采用注水开发后，其采油方式是通过注水井注入的水（或聚合物水溶液、三元注入液等）来驱动原油进入采油井。但随着原油的采出，在采出原油的位置处形成了大量的走水通道，注入水沿着这些通道进入
9、采油井，使油田采出液中的含水迅速上升、含油下降。目前综合含水已高达 94%，但地下仍有 50%以上的原油无法采出。为了截断注入水在油层中的流动、增强油的流动性，降低出水量、增加出油量，我们可以在注水井和采油井中间的水平井垂向压裂缝内，用孚盛砂作支撑剂在油层中建立一道“透油阻水筛”来过滤油水混合物，使原油透过筛子流向油井，而水被阻挡在筛子的另一侧。该透油阻水筛将原油开采区分隔成注水区和采油区，如图 2所示的单一油层内建立的透油阻水筛及生产过程横断面图，图 3 为多小油层内建立的透油阻水筛及生产过程横断面图，此时可恢复油田早期笼统注采的开采方式。5图 2 单一主力油层内建立透油阻水筛及生产过程横断
10、面图图 3 多油层内建立透油阻水筛及生产过程横断面图注水井 水平井垂直段采油井隔层注水区 采油区位于压力梯度最小区域内的透油阻水筛水平井水平段把油挤过筛面的水被水挤过筛面的剩余油压力梯度最大的区域压力梯度最大的区域注水井 采油井水平井垂直段注水区采油区水平段垂直射孔压裂后形成垂向裂缝面，缝内注入孚盛砂后建立的透油阻水筛（位于压力梯度最小区域内） 。水平井水平段剩余油 被水挤过筛子的剩余油压力梯度最大的区域压力梯度最大的区域注入水把油挤过筛面6三、透油阻水筛堵水效果预测孚盛砂的性能和驱替压力（或液体通过的流量）决定了透油阻水筛的堵水效果。根据室内演示试验，水在驱替压力极低时是无法透过孚盛砂的，但
11、随着驱替压力的升高，水分也会透过孚盛砂的缝隙。而按本方法设计的透油阻水筛两侧压力差是极低的，其估算过程如下：按油水井间距 200 米、油水井间压力差为 5Mpa 计算，则厚度为 1cm 的筛面两侧压力差为（120000）5=0.00025Mpa，其压力差仅相当于 2.5cm 高水柱压力，根据室内演示试验，水分在这样低的压力下是无法透过孚盛砂的，即达到滴水不漏的效果。与此相反，孚盛砂直接用作垂直井裂缝支撑剂时，其承受的液流压力差超过 0.5MPa，如此大的压力差，又在含水量最高的区域，使其透油阻水功能已不太明显。另外，我们也可模拟实际生产情况，根据透过筛面液体的流量来判断其阻水效果。按水平段长
12、1000 米的水平井在厚 10 米的油层中建立了油水过滤筛计算，其过滤面积为 10000m2；其注水区侧有5 口注水井，每口井每天注水量为 60m3；则每天有 5602=150m3的液体透过 10000m2 的筛面，其透过筛面的平均厚度仅为15010000=0.015m，即每天透过孚盛砂的液体厚度仅有 1.5cm。根据室内演示试验，如此低的液体流量只能是原油，不可能是水，所以用孚盛砂建立的透油阻水筛可使堵水效率达到 100%，即达到滴水不漏的效果。同样的估算可知，孚盛砂直接用于垂直油井压裂支撑剂时，每天透过 1 平方米孚盛砂的液体流量高达 90m ，是过滤筛流量的 6000 倍。在如此高流量的
13、冲刷下，又在最高含水区域内，使其透油阻水功能已不太明显。四、如何在油层中建立透油阻水筛透油阻水筛在油层中的展布形状完全受水平井压裂缝的控制。为使筛子在油层中呈垂直于水流方向的铅垂面且使裂缝尽可能地加宽，水平井水平段须进行垂向密集射孔，而且水平段的走向要尽量与地层的水平最小地应力方向垂直，如图 4 所示。为了提高射孔密度、加宽裂缝宽度、减少裂缝长度，以达到要求的裂缝面尺寸（即筛面尺寸） ，也可以只进行向上或向下的单向射孔后压裂。水平井垂向射孔压裂时，重力对裂缝启裂方向无影响，其开裂7方向仅受水平地应力的影响。当水平段垂直于水平最小地应力时，可使裂缝面垂直于水流方向（也就是顺着水平井水平段方向）
14、，并使裂缝向下、向下垂向延伸；密集射孔后压裂可使各条裂缝贯通为一个裂缝面并使裂缝面尽可能加宽。如此这般就能够得到我们所需要的裂缝形状，注入孚盛砂后就得到了想要的透油阻水筛。图 4 垂直于最小水平应力水平井垂向射孔压裂建立的竖向裂缝面大庆油田大部分主力油层井网均采用五点法布设。根据大庆油田五点法井网布局，有如下四种水平井水平段布局可供选择。1、 两种水平段斜向布局，在油层中建立透油阻水筛，如下图 5所示。这种方式不需注采系统调整，直接利用斜向水平井形成的过滤筛将油水井分隔开来。北西 东南水平井东北西南向布局 水平井西北东南方向布局图 5 两种斜向布设水平井建立过滤筛示意图注水井采油井水平井压裂填
15、孚盛砂后形成过滤筛子水平最小地应力水平最大地应力垂向裂缝面内注入孚盛砂建立透油阻水筛裂缝面长度可达 2800m82、 水平段东西向（或南北向）布局，在油层中建立透油阻水筛，如下图 6 所示。这种方式需将五点法井网调整为行列井网，然后利用东西向（或南北向）水平段在油水井排间建立过滤筛。北西 东南水平井南北方向布局 水平井东西方向布局图 6 东西向（或南北向）布水平井建立的过滤筛示意图在实际应用中，水平段选用哪一种走向的布设原则是尽量使水平段垂直于水平最小地应力方向，确保压裂缝满足布设筛面的要求。五、利用透油阻水筛采油的具体过程若要利用透油阻水筛大规模地开采其两侧的剩余油，其开采过程可分为三个阶段
16、：第一阶段，如图 2 或图 3 所示，由于筛子两侧压力差的估算值仅有 0.00025MPa，在此低压下原油优先透过筛子，并聚积在筛子的采油区一侧，而水被截留在注水区并挤占原油空间。待注水区全部剩余油进入采油区后，由于没有原油通过筛子，则注水区内压力会陡然升高，并使水穿过筛子继续推动采油区内的石油进入采油井。第二阶段，如图 7 所示，待采油区采出液含水上升到一定高度后，就没有进一步开采的价值，但采油区内仍有大量剩余油无法开采，此时应将原注水井改为采油井、原采油井改为注水井，也就是原采油区变为注水区、原注水区改为采油区，使原采油区剩余油反向透过筛子，并聚积在筛子的另一侧。注水井采油井水平井压裂填孚盛砂后形成过滤筛子注水井改采油井 水平井垂直段 采油井改注水井9图 7 透油阻水筛采油的第二阶段示意图第三阶段，如图 8 所示，原油反向透
