防砂分注工藝研究與應用

李 俠,馬宏偉,王小勇,陳 景,趙 娜

(1.中國石化河南油田分公司技術監測中心,河南南陽473132;2.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院)

防砂分注工藝研究與應用

李 俠1,馬宏偉2,王小勇2,陳 景2,趙 娜2

(1.中國石化河南油田分公司技術監測中心,河南南陽473132;2.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院)

為解決注水井因油層返吐出砂導致無法分層注水的問題,開發應用了單流防砂分注工藝和控制洗井防砂分注工藝,該工藝在注水管柱上采用防倒流措施,防止地層水倒流進入井筒、井筒水倒流進入油管,減緩了注水井快速泄壓時對地層的壓力傳導,防止因地層返吐導致的嚴重出砂問題,延長了分注時間。

分層注水;防砂分注;控制洗井;現場應用

河南油田經過30多年的注水開發,進入高含水注水開發后期,注入水長期沖刷巖石骨架,破壞地層膠結物質和孔隙結構;注水、泄壓、洗井等工作制度的多次轉換,也會導致地層空隙骨架受到破壞;聚合物驅后在近井地帶殘存的聚合物,減緩了流體的流動,當注水井快速泄壓時,地層深部和近井地帶的瞬時高壓差會導致地層骨架垮塌,造成地層返吐出砂。

地層出砂容易造成水嘴堵塞、注水管柱砂埋、洗井不通、投撈測試遇阻,無法實現測試及調配,導致作業頻繁,影響有效分注。在注水井防返吐分注方面,油田開展了不斷地探索試驗和研究[1-3],先后開展了洗井后投球分注、單流偏心配水器和定壓洗井凡爾防返吐分注、剪切過濾分注等工藝,分別取得了一定效果,從下井無法分注到分注有效期3個月以上、6個月以上,緩解了聚合物返吐分注困難問題,但是,對于壓降大的情況下,如地面管線穿孔導致注水壓力從15 M Pa左右瞬間下降到零時,仍然會出現返吐,而且沒有解決注水井返吐伴隨出砂堵塞的問題。

為解決注水井因油層返吐出砂導致無法分層注水的問題,研究應用了單流防砂分注工藝和控制洗井防砂分注工藝。

1 單流防砂分注工藝

注水井注水過程中不會出砂,注水井出砂主要是在地面注水壓力突然下降時,如地面管線穿孔、反洗井操作過快,降壓測試控制不當,導致油層和井筒產生較高壓降,出現倒流,在倒流返吐過程中攜帶出砂,砂埋油層、堵塞管柱,無法注水。單流防砂分注工藝通過在注水管柱上采用單流防砂器,將容易出砂的油層射孔段卡封,注入水只能通過單流防砂器進入油層,不能從油層倒流進入井筒,通過控制油層壓力避免快速下降實現防返吐出砂。

1.1 單流防砂分注管柱組成

管柱主要由單流防砂器、單流偏心配水器、注水封隔器、限壓洗井閥、篩管絲堵等組成(見圖1),主要適應出砂油層厚度在8米以內的分注井。

圖1 防砂分注管柱示意

1.2 工作原理

坐封分注:管柱下井后,油管蹩壓15 M Pa,坐封封隔器、單流防砂器,通過試井鋼絲投撈調配偏心配水器水嘴,實現分注。

防地層返吐出砂:單流防砂器在油管蹩壓后,兩個單向皮碗在油層上下卡封,在易出砂層段形成防護層,注入水可以通過單流防砂器密封注水閥進入地層向地層注水;停注、泄壓時,密封注水閥關閉,地層水不會返吐,避免地層出砂進入井筒。密封注水閥滲漏時,地層水微量返吐進入井筒,單流偏心配水器單向閥、限壓洗井閥防倒流,避免微量返吐物通過配水器和底部篩管進入油管內,造成管柱和水嘴堵塞,進一步延長工作壽命。

管柱解封:上提管柱,封隔器解封,單流防砂器單向皮碗解封機構解封,管柱起出。

1.3 技術參數

單流防砂分注工藝技術參數見表1。

表1 單流防砂分注技術參數

2 控制洗井防砂分注工藝

單流防砂分注工藝是通過在注水管柱上采用單流防砂器,將容易出砂的油層射孔段卡封實施防砂分注,當分注井出砂油層厚度在8 m以上,或者出砂油層不確定時,實施工藝難度較大,成功率低。單流偏心配水器和限壓洗井閥組成的限壓洗井防返吐分注工藝[2],通過限壓洗井閥在一定壓降下防倒流,當注水壓力突降大,如地面管線穿孔,井筒液體仍然會通過限壓洗井閥出現倒流,引起地層出砂,為此,開展了控制洗井防砂分注工藝研究配套。

控制洗井防砂分注工藝通過在注水管柱上應用可撈式控制洗井防砂閥,將注水管柱形成單向密閉系統,注入水只能通過單流偏心配水器進入油層,不能從油層進入井筒,防止地層水倒流進入井筒,防止出砂。

2.1 控制洗井防砂分注管柱組成

管柱主要由單流偏心配水器、注水封隔器、控制洗井防砂閥、絲堵等組成(見圖2),主要適應出砂油層不確定、出砂嚴重的分注井。

2.2 工作原理

坐封分注:管柱下井后,油管蹩壓15 M Pa以上,坐封封隔器,通過試井鋼絲投撈調配偏心配水器水嘴,實現分注。

防地層返吐出砂:單流偏心配水器單向閥防倒流,避免注入水通過配水器返吐進入油管內;控制洗井防砂閥的控制活塞將洗井通道堵死,避免注入水通過洗井通道進入油管內,防止在突然出現高壓降情況下地層返吐出砂。

反洗井:通過試井鋼絲下打撈筒撈出控制洗井防砂閥的控制活塞,打開洗井通道,反洗井;洗井結束,重新從油管內投入控制活塞,關閉洗井通道,正常注水。

管柱解封:上提管柱,封隔器解封,管柱起出。

圖2 控制洗井防砂分注管柱示意

2.3 技術參數

控制洗井防砂分注工藝技術參數見表2。

表2 控制洗井防砂分注技術參數

3 現場應用

該技術從2007年開始,先后在雙河、魏崗等油田開展防砂分注現場應用85井次,其中單流防砂分注工藝應用8井次,控制洗井防砂分注工藝應用77井次,工藝成功率96.4%,可對比井平均分注有效期從實施前的4個月提高到12個月,最長有效期達到44個月,仍有效;有效的減少了地層出砂造成的配水器、管柱砂埋、洗井不通等問題,取得了較好的應用效果。

魏崗油田魏214井應用單流防砂分注工藝之前,因停注、泄壓、洗井時地層出砂,造成測試遇阻、洗井不通、無法正常分注,2007年由于地層出砂嚴重導致作業3次,作業頻繁,分注時率低,嚴重影響注水開發效果(見表3)。

表3 魏214井2007年作業原因分析

該井于2007年10月實施單流防砂分注工藝,封隔器坐封壓力15M Pa,第一層配注50 m3/d,第二層配注20 m3/d,實施后,達到配注要求。截至目前,順利進行水量測試16次,停注、反洗井25次,沒有發現因出砂造成洗井不通、測試遇阻、無法分注的現象,防砂分注有效期達44個月,防砂效果顯著,目前仍有效。

雙河油田雙2205井應用控制洗井防砂分注工藝之前,經常因管線穿孔、洗井時地層出砂,砂堵油管3根-5根,造成測試遇阻、洗井不通、無法正常分注。

2008年7月4日實施控制洗井防砂分注工藝,實施后,達到配注要求。期間出現10次管線穿孔停注,打撈控制洗井閥洗井1次,均實現正常分注,2009年7月25日因封隔器失效換封,截至目前有效期換封一次,平均有效期13個月,較之前延長一倍以上。

防砂分注工藝雖然延長了分注有效期,但是部分單層注水量較高的井,有效期較短,起出工具檢查表明,單流偏心配水器防倒流閥存在被刺壞的現象,導致防倒流能力下降,通常防倒流閥在注水量50 m3/d左右時,有效期達到15個月左右,隨著注水量的增大,有一定的下降,目前正在試驗改進耐磨性能高的防倒流閥。

4 結論與認識

(1)在注水管柱上采用防倒流措施,防止地層水倒流進入井筒、井筒水倒流進入油管,是防止注水井因快速泄壓返吐出砂的有效方法。

(2)單流防砂器不僅具有防返吐出砂的功能,而且能夠防止層間倒流,設計有安全機構,能實現管柱分段處理。

(3)隨著注水管線的不斷老化,腐蝕穿孔現象將會頻繁發生,對于疏松砂巖油藏注水井,有必要提前應用防返吐防砂分注工藝,不僅有助于提高分注有效期,而且有利于保護井下套管。

[1] 董文軍.防聚合物返吐分層注水新技術[J].石油機械,2004,32(7):49-50.

[2] 劉青松.防返吐偏心配水管柱的研制與應用[J].河南石油,2005,19(1):67-68.

[3] 馬宏偉.聚合物驅后注水井防堵分注技術[J].石油鉆采工藝,2009,31(3):46-48.

TE358.1

A

1673-8217(2011)05-0124-03

2011-05-12

李俠,工程師,1968年生,長期從事采油工藝推廣應用工作。

編輯:吳官生