用于在油井结构周围的地层中建立流体屏障的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在油井结构周围的地层中建立流体屏障的方法，其能够实现降水增油。本发明还涉及一种用于在地层中建造油井结构的方法。本发明还涉及具有这种流体屏障的油井结构。

背景技术

目前，在油井控水领域中，两种控水技术应用比较多。第一种是利用控水筛管和机械封隔器进行控水的控水技术。在该控水技术中，使用机械封隔器通过对生产段分段封隔，使用控水筛管均衡流量控水，使水平井出水段流量大的地方受到控水筛管的截流从而降低产水。

第二种是利用控水筛管和连续封隔体进行控水的控水技术。这种控水技术是最近几年才出现的，是在控水筛管和井壁之间的环空充满连续封隔体颗粒来进行封隔的技术。连续封隔体控水充填颗粒的方法是：下入控水筛管管柱，在控水筛管和井壁之间环空充填封隔体颗粒，颗粒在环空不断堆积，携砂液返回井口；充填结束后，关闭充填口。

在控水筛管+封隔器/连续封隔体技术应用中存在如下问题。应用控水筛管和封隔器/连续封隔体技术完井时，由于加入的控水筛管的控流作用使得高出水被限制，多出的水会沿着井筒环空或封隔体环往两边筛管窜流；由于封隔器或封隔体环（相当于细分的封隔单元）自身的轴向阻力阻碍了井筒中水的窜流，在控水筛管和封隔器或封隔体环的双重作用下，使得高渗段地层水不能进入井筒，地层水在地层内部就会发生轴向窜流。假若砂岩、灰岩及碳酸盐油藏地层中不存在流体屏障或低渗屏障的阻隔，最终地层水在地层内部发生轴向窜流，导致控水效果减弱，如图1所示。

因此，在本领域中，需要提供一种用于在油井结构周围的地层中建立流体屏障的方法以及具有这种流体屏障的油井结构，其能够克服上述缺陷中的一个或多个。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于在油井结构周围的地层中建立流体屏障的方法，所述油井结构包括井口和从所述井口向地层延伸的井壁，所述井壁限定井腔。所述方法包括以下步骤：（i）检测所述井壁周围的地层是否存在与所述井壁的法线之间的夹角小于等于预定角度的天然裂缝和/或与所述井壁的法线之间的夹角小于等于预定角度的高渗层，其中，所述高渗层被定义为渗透率高于所述油井结构的平均渗透率的渗透层；（ii）如果所述井壁周围的地层存在与所述井壁的法线之间的夹角小于等于预定角度的天然裂缝和/或与所述井壁的法线之间的夹角小于等于预定角度的高渗层，则向所述天然裂缝和/或所述高渗层中注入填充介质，以形成一个或多个流体屏障；（iii）如果所述井壁周围的地层不存在与所述井壁的法线之间的夹角小于等于预定角度的天然裂缝并且不存在与所述井壁的法线之间的夹角小于等于预定角度的高渗层，则对所述井壁周围的地层实施压裂操作，以在所述井壁周围的地层中形成一个或多个人造裂缝，并且向所述一个或多个人造裂缝中注入填充介质，以形成一个或多个流体屏障，其中，地层流体在所述一个或多个流体屏障中的渗透率小于所述地层流体在地层中的渗透率。

在一个实施例中，所述预定角度为60度。

在一个实施例中，地层流体在所述一个或多个流体屏障中的渗透率小于等于所述地层流体在地层中的渗透率的50%。

在一个实施例中，在所述步骤（ii）中，在注入填充介质之前，对所述井壁周围的地层实施压裂操作，以使所述天然裂缝进一步裂开和/或形成一个或多个人造裂缝。

在一个实施例中，所述填充介质包括堵塞介质，所述堵塞介质能够在地层中固化。

在一个实施例中，所述填充介质包括支撑剂和堵塞介质，所述堵塞介质能够在地层中固化，并且其中，注入填充介质包括首先注入支撑剂并且然后注入堵塞介质。

在一个实施例中，所述堵塞介质包括胶、水泥、黏土中的至少一种。

在一个实施例中，所述堵塞介质能够耐受50-120℃的温度。

在一个实施例中，所述支撑剂包括石英砂、砾石、陶粒、苯乙烯和二乙烯苯交联共聚物颗粒中的至少一种。

在一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：（iv）对所述油井结构进行清洗，以消除所述油井结构中以及所述井壁周围的残余的填充介质。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在地层中建立流体屏障的方法，包括以下步骤：（i）从地面向地层钻进以形成井壁；所述井壁限定井腔；（ii）对所述井壁周围的地层实施压裂操作，以在所述井壁周围的地层中形成一个或多个人造裂缝；以及（iii）从所述井腔向所述一个或多个人造裂缝中注入填充介质，以形成一个或多个流体屏障，其中，地层流体在所述一个或多个流体屏障中的渗透率小于所述地层流体在地层中的渗透率。

在一个实施例中，所述井壁的延伸方向大致垂直于地层的地应力方向。

根据本发明的另一个方面，提供了一种油井结构，包括：井口；井壁，所述井壁从所述井口向地层延伸；所述井壁限定井腔；以及位于所述井壁周围的地层中的一个或多个流体屏障，其中，所述一个或多个流体屏障是通过以下方式中的至少一种形成的：从所述井腔向所述井壁周围的地层中的天然裂缝和/或高渗层中注入填充介质，所述天然裂缝和/或所述高渗层与所述井壁的法线之间的夹角小于等于预定角度，其中，所述高渗层被定义为渗透率高于所述油井结构的平均渗透率的渗透层；以及对所述井壁周围的地层实施压裂操作，以在所述井壁周围的地层中形成一个或多个人造裂缝，并且向所述一个或多个人造裂缝中注入填充介质，其中，地层流体在所述一个或多个流体屏障中的渗透率小于所述地层流体在地层中的渗透率。

在一个实施例中，所述井壁的延伸方向大致垂直于地层的地应力方向。

附图说明

图1A和图1B示意性地示出了在油井的生产过程中地层流体在地层之间发生轴向窜流；

图2示意性地示出了地层中的天然裂缝和/或高渗层与井壁之间的位置关系；

图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的油井结构。

具体实施方式

对于水平井，有的生产段低渗，有的生产段高渗，高渗段对应出水段，低渗段对应产油段。水的粘度低，渗透率高，所以出水段的产水量很大，大量的水快速到达井筒附近，井筒中的控水系统（控水筛管和封隔体颗粒）能大幅度地控制出水，也即大量的水被限制在地层中。假设，油层中部的压力是10MPa，控水筛管内部的压力为0MPa，当高渗段大量地层水要进入控水筛管时，控水筛管有一个很大的回压，例如约9MPa，由此控水筛管外的压力即为9MPa；而对于低渗段（出油段）对应的油层压力也是10MPa，控水筛管内部的压力仍为0MPa，由于油的流速低，控水筛管的对油的回压小，例如约1MPa，所以出油段控水筛管外的压力为1MPa。由此，出水段控水筛管外的地层属于高压区（从9MPa到10Mpa），出油段控水筛管外的地层属于低压区（从1MPa到10MPa），高压区往低压区就有窜流，并且影响井筒内控水系统的控水效果，所以需要在井筒外的地层中建立流体屏障，提高井筒内控水系统的控水效果。

图1A和图1B示意性地示出了在油井的生产过程中地层流体在地层之间发生轴向窜流。如图1A和图1B所示，油井包括油井结构100。油井结构100包括井口102和从井口102向地层延伸的井壁104。井壁104限定井腔106。在图1A中，油井结构100采用控水筛管110和机械封隔器120进行控水的控水技术。在图1B中，油井结构100采用控水筛管110和连续封隔体130进行控水的控水技术。如图1A和图1B所示，在控水筛管110和机械封隔器120/连续封隔体130的双重作用下，使得高渗段不能进入井筒的地层流体（例如，地层水）在地层内部发生轴向窜流，如果在地层之间不存在防窜流的流体屏障，那么就会降低整个控水系统的控水效果。

根据本发明的一个实施例，提出了一种用于在图1A或图1B所示的油井结构100周围的地层中建立流体屏障的方法。在该方法中，首先检测井壁周围的地层是否存在适合用于形成流体屏障的天然裂缝和/或高渗层。在本发明中，高渗层被定义为渗透率高于所述油井结构的平均渗透率的渗透层。

图2示意性地示出了地层中的天然裂缝S和/或高渗层L与井壁之间的位置关系。如图2所示，适合用于形成流体屏障的天然裂缝S和/或高渗层L与井壁104的法线N之间的夹角α不应当过大，因为如果天然裂缝S和/或高渗层L与井壁104的法线N之间的夹角α过大，则表明天然裂缝S和/或高渗层L与井壁104接近平行，经由这样的天然裂缝S和/或高渗层L形成的流体屏障对于地层流体的轴向窜流起不到较好的抑制作用。天然裂缝S和/或高渗层L与井壁104的法线N之间的夹角α可以小于等于预定角度，该预定角度例如可以是60度、50度、40度、30度、20度或者10度。天然裂缝S和/或高渗层L与井壁的法线之间的夹角越小，则所形成的流体屏障的轴向防窜流能力越强。

如果井壁104周围的地层存在适合于形成流体屏障的的天然裂缝S和/或高渗层L，则向该天然裂缝S和/或高渗层L中注入填充介质，以形成一个或多个流体屏障。如果井壁104周围的地层不存在适合于形成流体屏障的天然裂缝S和/或高渗层L（例如根本不存在天然裂缝S和/或高渗层L，或者虽然存在天然裂缝S和/或高渗层L，但是该天然裂缝S和/或高渗层L与井壁之间的夹角过小或过大），则可以对井壁104周围的地层实施压裂操作，以在井壁104周围的地层中形成一个或多个人造裂缝，并且向所述一个或多个人造裂缝中注入填充介质，以形成一个或多个流体屏障。

在本发明中，流体屏障指的是能够对地层流体的流动产生一定阻碍的结构。也就是说，地层流体在流体屏障中的渗透率应当小于地层流体在地层中的渗透率。例如，地层流体在流体屏障中的渗透率与地层流体在地层中的渗透率之比可以小于等于50%，或者小于等于40%，或者小于等于30%，或者小于等于20%，或者小于等于10%。地层流体在流体屏障中的渗透率与地层流体在地层中的渗透率之比越小，则流体屏障的轴向防窜流能力越强。

本发明所采用的压裂操作可以是任何适合于在地层中形成裂缝的操作。

在一个优选实施例中，填充介质可以包括堵塞介质，其能够在地层中固化，从而形成流体屏障。堵塞介质可以包括胶、水泥、黏土中的至少一种。在本发明的一个优选实施例中，堵塞介质能够耐受50-120℃的温度，从而确保在油井的整个生产寿命内均能提供有效的屏障作用。堵塞介质也可以包括任何可以在地层中固化以形成流体屏障的材料。

在一个优选实施例中，填充介质可以包括支撑剂和堵塞介质二者。支撑剂的作用包括：在裂缝中沉积排列后支撑裂缝；增大孔隙度，提高渗透率，使裂缝具有较高的导流能力；扩大油流通道，减少流体的流动阻力，达到增产目的。支撑剂可以例如包括石英砂、砾石、陶粒、苯乙烯和二乙烯苯交联共聚物颗粒等。在填充过程中，首先注入支撑剂，然后注入堵塞介质，或者替代地，可以同时注入支撑剂和堵塞介质。

在一个优选实施例中，可以在具有天然裂缝的情况下，对井壁周围的地层实施压裂操作，以使天然裂缝进一步裂开和/或形成一个或多个人造裂缝。然后，对天然裂缝和/或人造裂缝进行填充，以形成流体屏障。这样，可以使天然裂缝更加适合用于形成流体屏障和/或补充天然裂缝在数量上的不足，在天然裂缝之外进一步形成更多的人造裂缝。

在一个优选实施例中，还可以在形成了流体屏障之后对油井结构进行清洗，以消除油井结构中以及井壁周围残余的填充介质，从而能够防止污染产层。清洗方式包括酸化解堵等。“污染产层”又称井底损害，是指油井在钻井或修井过程中，由于诸如钻井液漏失或水基钻井液等的滤液漏入地层中等等情形而使井筒附近地层渗透率降低的现象。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于在地层中建造油井结构的方法。在该方法中，首先从地面向地层钻进以形成井壁，该井壁限定井腔。然后，对井壁周围的地层实施压裂操作，以在井壁周围的地层中形成一个或多个人造裂缝。然后，从井腔向一个或多个人造裂缝中注入填充介质，以形成一个或多个流体屏障，其中，地层流体在所述一个或多个流体屏障中的渗透率小于所述地层流体在地层中的渗透率。

在进行压裂操作时，所形成的人造裂缝将会大致沿着地层的地应力方向。在一个优选实施例中，可以在形成井壁之前探测地层的地应力方向，并且使井壁的延伸方向大致垂直于地层的地应力方向，确保所形成的人造裂缝大致垂直于井壁的延伸方向，从而使后续形成的流体屏障具有更好的轴向防窜流效果。

图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的油井结构200。如图3所示，油井结构200包括井口202和井壁204。井壁204从井口202向地层延伸。井壁204限定井腔206。油井结构200还包括位于井壁204周围的地层中的一个或多个流体屏障B。油井结构200的流体屏障B可以是通过从井腔向井壁周围的地层中的天然裂缝和/或高渗层中注入填充介质形成的。油井结构200的流体屏障B也可以是通过从井腔向井壁周围的地层中的人造裂缝中注入填充介质形成的，该人造裂缝是通过对井壁周围的地层实施压裂操作形成的。油井结构200的流体屏障B也可以包括上述经由天然裂缝和/或高渗层形成的流体屏障和经由人造裂缝形成的流体屏障二者。本发明的油井结构200在井壁周围的地层中设立了流体屏障，从而能够防止地层流体在地层内部发生轴向窜流。本发明的油井结构200可以采用控水筛管和机械封隔器进行控水的控水技术，也可以采用控水筛管和连续封隔体进行控水的控水技术。

实施例1

井眼尺寸8-1/2”，水平段长580米，为碳酸盐油藏，井筒周围存在天然裂缝；选择使用连续封隔体技术完井，下入5-1/2”控水筛管，充填30-50目封隔体颗粒；半年后产液量1210 m³/天，产油量169 m³/天，含水率为86%。相比之下，同期投产的同区块临井：对地层存在的天然裂缝进行压裂；压裂过程中注入支撑剂和堵塞介质；对井筒进行循环清洗；下入5-1/2”控水筛管，坐封后充填30-50目的颗粒，结束充填；措施半年后产液485 m³/天，产油量411 m³/天，含水率为15.2%。可以看出，建立地层防窜流屏障后的水平井控水增油效果更好。

实施例2

水平井，井筒尺寸为6英寸，水平段长358米，为灰岩油藏，采用控水筛管和机械封隔器完井。测井解释地层中存在防窜流屏障不足，需要进行人工建立地层防窜屏障，即进行人工压裂后注入堵塞介质。措施半年后产液量300 m³/天，产油量268 m³/天，含水率为10.6%。相比之下，同期投产的同区块临井：采用控水筛管和机械封隔器完井，半年后产液量566 m³/天，产油量62 m³/天，含水率为89%。可以看出，建立地层防窜屏障后的水平井控水增油效果更好。

实施例3

水平井，水平段长730米，井筒尺寸为6英寸，裸眼完井。初期自喷生产，产液量570m³/天，产油量421 m³/天，含水率为26%。生产4个月含水突破，产液量1750 m³/天，产油量16m³/天，含水率为99%。急需堵水增油，计划使用连续封隔体技术进行二次完井。该井所处区块油藏类型为海相砂岩油藏，边水驱动非均质油藏，不存在泥岩交互隔夹层，需要进行人工建立地层防窜屏障，即进行人工压裂后注入堵塞介质，后用连续封隔体技术完井，充填封隔体颗粒为40-70目，控水筛管尺寸4英寸。措施半年后产液1000 m³/天，产油量235 m³/天，含水率为76.5%。相比于措施前的生产情况，建立地层防窜屏障后的水平井控水增油明显，说明人工建立的地层防窜屏障起到了很好地防窜流作用。

尽管已经参照（一个或多个）示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会理解的是，本发明不限于本文所描述的确切结构和组成部分，而且在不偏离如所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，从前面的描述可明白各种修改、变化和变形。本发明不受步骤的所示排序的限制，因为一些步骤可以按照不同的顺序和/或与其它步骤同时进行。因此，本发明不限于所公开的（一个或多个）具体实施例，而是将会包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。