保護(hù)油層分層采油工藝管柱試驗(yàn)研究

李志廣，閆永維，李風(fēng)濤，李 川，張子佳，王 勇

（1.中國(guó)石油大港油田石油工程研究院，天津300280；2.大港油田第六采油廠，天津300280）①

保護(hù)油層分層采油工藝管柱試驗(yàn)研究

李志廣1，閆永維1，李風(fēng)濤1，李 川1，張子佳1，王 勇2

（1.中國(guó)石油大港油田石油工程研究院，天津300280；2.大港油田第六采油廠，天津300280）①

目前，油田大多數(shù)老區(qū)塊和部分新開(kāi)發(fā)區(qū)塊的地層能量低，壓井作業(yè)后壓井液污染油層，油井恢復(fù)周期長(zhǎng)，恢復(fù)后的油井產(chǎn)能大幅度降低，直接影響油井產(chǎn)量。為解決常規(guī)機(jī)械分層采油生產(chǎn)管柱不能保護(hù)油層的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了新型的油層保護(hù)器，配套安全接頭，自驗(yàn)封封隔器，并對(duì)新研制的保護(hù)油層分層采油管柱優(yōu)化配套?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)分析表明：管柱能夠有效降低油井檢泵作業(yè)后產(chǎn)能恢復(fù)的時(shí)間，同時(shí)能夠在油井生產(chǎn)時(shí)關(guān)閉或開(kāi)啟任一油層，實(shí)現(xiàn)油井不動(dòng)管柱換層開(kāi)采。

保護(hù)油層；分層采油；檢泵；壓井；管柱

隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)，地層能量、壓力逐年下降，導(dǎo)致油層脫氣、氣液比上升嚴(yán)重。受油井高氣液比壓力不穩(wěn)定影響，油井在作業(yè)時(shí)不壓井就易于發(fā)生井涌或井噴。按照井控的安全作業(yè)要求，油井在作業(yè)過(guò)程通常都要進(jìn)行壓井。但是，多數(shù)老區(qū)塊處于開(kāi)發(fā)中后期，地層能量低，壓井作業(yè)后，壓井液污染油層，油井恢復(fù)周期長(zhǎng)，并且恢復(fù)后其產(chǎn)能也會(huì)大幅降低，直接影響原油的產(chǎn)量。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，平均每次壓井可造成20%的產(chǎn)量損失；據(jù)大港油田資料統(tǒng)計(jì)，大港油田采油二廠由于壓井作業(yè)造成油層污染，油井產(chǎn)量平均恢復(fù)周期為12.7 d，僅去年就有26口油井恢復(fù)期超過(guò)3個(gè)月，8口油井當(dāng)年未恢復(fù)，影響產(chǎn)量將近10 000 t；采油三廠壓井作業(yè)后產(chǎn)量恢復(fù)期在5 d以上的占41.7%，產(chǎn)量未恢復(fù)的占16.3%。

針對(duì)上述問(wèn)題，傳統(tǒng)修井工藝是通過(guò)改良的壓井液壓井或放噴作業(yè)來(lái)解決。通過(guò)改良?jí)壕旱男阅軄?lái)實(shí)現(xiàn)油層保護(hù)，首先是因成本問(wèn)題在推廣上有一定的難度；其次對(duì)于壓力敏感性地層，往往一壓就漏，不壓就噴，壓井難度大、時(shí)間長(zhǎng)、耗資大，造成修井作業(yè)復(fù)雜化；再者這種方法也不能從根本上解決低能油井修井作業(yè)時(shí)油層污染的問(wèn)題。放噴作業(yè)則使局部地層壓力降低，損害地層結(jié)構(gòu)，影響油層的出油能力。所以壓井和放噴作業(yè)都不利于油氣資源的可持續(xù)發(fā)展。

隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，地層情況越來(lái)越復(fù)雜，開(kāi)發(fā)層系多，層間矛盾突出，合采已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求，分采已成為當(dāng)前油田開(kāi)發(fā)的主要手段。目前國(guó)內(nèi)外為保證作業(yè)安全，針對(duì)分采生產(chǎn)工藝管柱檢泵過(guò)程還是以壓井作業(yè)為主。但是對(duì)于壓力敏感性油井，壓井作業(yè)會(huì)造成嚴(yán)重的產(chǎn)量損失；若利用現(xiàn)有不壓井作業(yè)設(shè)備，雖然作業(yè)安全性能夠保證，但與常規(guī)設(shè)備相比，操作復(fù)雜、占井周期長(zhǎng)、投入大、作業(yè)成本高。針對(duì)以上問(wèn)題，本文對(duì)保護(hù)油層分層采油工藝管柱進(jìn)行研究，既能實(shí)現(xiàn)檢泵修井過(guò)程的不壓井作業(yè)，提高作業(yè)安全性，保護(hù)油氣層，又能降低修井過(guò)程的作業(yè)成本、縮短占井周期，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)時(shí)的不動(dòng)卡層管柱換層開(kāi)采。

1 技術(shù)分析

1.1 保護(hù)油層分層采油工藝管柱結(jié)構(gòu)［1-2］

管柱主要由保護(hù)油層丟手管柱與防噴抽油管柱組成，保護(hù)油層丟手卡層管柱：由上至下分別由Y445型丟手封隔器、TF安全接頭、井下油層保護(hù)裝置、Y341型自驗(yàn)封封隔器、TF安全接頭、井下油層保護(hù)裝置、絲堵組成［2］。防噴抽油管柱：外部由上至下分別為油管、防噴裝置、篩管、絲堵、芯管、井下油層保護(hù)裝置開(kāi)關(guān)器；內(nèi)部為抽油桿、桿式抽油泵、抽油泵尾端篩孔捅桿。如圖1所示。

圖1 保護(hù)油層分層采油工藝管柱結(jié)構(gòu)

1.2 工藝原理

保護(hù)油層丟手卡層管柱由新型Y445型丟手封隔器及Y341型自驗(yàn)封封隔器卡層，每個(gè)層位由井下油層保護(hù)裝置控制卡層管柱內(nèi)部與生產(chǎn)層的聯(lián)通與關(guān)閉。油層保護(hù)裝置在開(kāi)關(guān)器操作之前或提出之后均處于關(guān)閉狀態(tài)，從而保證檢泵過(guò)程生產(chǎn)層處于關(guān)閉狀態(tài)無(wú)需壓井?？▽臃飧羝飨露税惭bTF安全接頭，確保管柱卡時(shí)能夠有效脫離，便于后續(xù)分步處理，如圖2所示。

圖2 保護(hù)油層丟手卡層管柱結(jié)構(gòu)

防噴抽油管柱下端安裝有油層保護(hù)裝置開(kāi)關(guān)器，通過(guò)機(jī)械方式推開(kāi)（拖回）油層保護(hù)裝置內(nèi)部滑套，打開(kāi)（關(guān)閉）生產(chǎn)層。管柱上帶有防噴裝置，確保上提抽油桿柱時(shí)抽油管柱內(nèi)部是封閉的，能夠防噴；生產(chǎn)時(shí)通過(guò)桿式抽油泵下端的篩孔捅桿頂開(kāi)防噴裝置內(nèi)部單向閥使油流通過(guò)，如圖3所示。

圖3 防噴抽油管柱

1.3 施工工藝［3］

1.3.1 管柱下入過(guò)程

1） 下入保護(hù)油層丟手卡層管柱 Y445型丟手封隔器＋TF安全接頭＋井下油層保護(hù)裝置＋油管＋Y341型自驗(yàn)封封隔器＋TF安全接頭＋井下油層保護(hù)裝置＋絲堵，至設(shè)計(jì)層位，加壓至15 MPa坐封Y341、Y445型卡層封隔器。

2） 丟開(kāi)管柱 投球，加壓至25 MPa憋開(kāi)丟手，提出油管。

3） 下入抽油管柱 油管+防噴裝置+篩管+絲堵+芯管+油層保護(hù)裝置開(kāi)關(guān)器，下至設(shè)計(jì)深度，開(kāi)關(guān)器打開(kāi)油層保護(hù)裝置

4） 下入抽油桿柱 抽油桿+桿式抽油泵+抽油泵尾端篩孔捅桿，桿式抽油泵尾端篩管捅桿推開(kāi)防噴裝置單向閥，同時(shí)泵的下端依靠3個(gè)聚四氟環(huán)在桿式泵與防噴裝置之間形成密封，進(jìn)行生產(chǎn)。

5） 形成生產(chǎn)過(guò)程油流通道 生產(chǎn)層→芯管與丟手卡層管柱中心管之間環(huán)形空間→抽油管柱與Y445型封隔器上端套管環(huán)形空間→篩管→防噴裝置→桿式抽油泵尾端篩孔捅桿→桿式抽油泵抽油桿與油管之間環(huán)形空間→井口。

1.3.2 檢泵與換層生產(chǎn)工藝

1） 起出抽油桿柱 抽油桿+桿式抽油泵+桿式抽油泵尾端篩管捅桿。上提桿柱，通由篩孔捅桿提出防噴裝置，單向閥關(guān)閉。

2） 起出抽油管柱 油管+防噴裝置+絲堵+芯管+油層保護(hù)裝置開(kāi)關(guān)器，上提抽油管柱，開(kāi)關(guān)器拖動(dòng)油層保護(hù)裝置滑套關(guān)閉生產(chǎn)層。

3） 換層生產(chǎn) 更換生產(chǎn)管柱芯管，更換對(duì)應(yīng)層位油層保護(hù)裝置開(kāi)關(guān)器，下入抽油管柱，下入抽油桿柱，進(jìn)行生產(chǎn)。

2 關(guān)鍵配套工具

2.1 井下油層保護(hù)裝置［4-9］

井下油層保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，其由上主體、分瓣柱塞擋套、下主體、O形密封膠圈及活塞組成。

圖4 井下油層保護(hù)裝置

2.2 技術(shù)參數(shù)

2.3 工作原理

井下油層保護(hù)裝置為機(jī)械式開(kāi)關(guān)裝置，在管柱中主要功能是開(kāi)啟或關(guān)閉地層與管柱內(nèi)部的聯(lián)通通道，依靠開(kāi)關(guān)器開(kāi)啟或關(guān)閉該裝置，并由分瓣柱塞擋套的分瓣爪進(jìn)行固定。開(kāi)關(guān)器操作之前或提出之后，該裝置均處于關(guān)閉狀態(tài)，起到保護(hù)油層的作用。

3 技術(shù)特點(diǎn)

1） 保護(hù)油層分層采油工藝管柱采用機(jī)械式開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)行分層控制，比液壓式的開(kāi)關(guān)裝置性能更加可靠。

2） 保護(hù)油層分層采油工藝管柱能同時(shí)實(shí)現(xiàn)分層采油和保護(hù)油層雙重效果。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

保護(hù)油層分層采油工藝管柱既能實(shí)現(xiàn)檢泵修井過(guò)程的不壓井作業(yè)，提高作業(yè)安全性，保護(hù)油氣層，又能降低修井過(guò)程的作業(yè)成本、縮短占井周期，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)時(shí)不動(dòng)卡層管柱換層開(kāi)采。在大港油田采油廠進(jìn)行了多口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)施成功率100%，實(shí)現(xiàn)油井帶壓作業(yè)，有效避免油層污染。

典型井例：歧23-28井，如圖5～6所示。

圖5 歧23-28井修井前井身結(jié)構(gòu)

圖6 歧23-28井修井后井身結(jié)構(gòu)

歧23-28井生產(chǎn)層段為2 704～2 803.1 m，因此不需要分層，以往檢泵壓井過(guò)程中壓井液漏失嚴(yán)重。2013-08-30，下入保護(hù)油層工藝管柱，實(shí)現(xiàn)了檢泵過(guò)程的不壓井作業(yè)。由圖7可以看出（數(shù)據(jù)來(lái)自大港油田油水井生產(chǎn)信息采集與管理平臺(tái)）：檢泵完成后油井產(chǎn)能在4 d內(nèi)得到恢復(fù)，避免了油層污染，減少油井恢復(fù)期（如圖7），目前仍在正常生產(chǎn)。

圖7 岐23-28井生產(chǎn)曲線

5 結(jié)論

1） 研制的分層采油工藝管柱針對(duì)每一段油層都對(duì)應(yīng)配置油層保護(hù)器，檢泵作業(yè)時(shí)保護(hù)器即可關(guān)閉，不用壓井施工，達(dá)到油層不污染的目的；生產(chǎn)時(shí)根據(jù)需要換層，可開(kāi)啟任意層的保護(hù)器達(dá)到換層生產(chǎn)的目的。

2） 該管柱配套安全接頭，使用方便，安全可靠，為管柱后期措施提供便利條件。

3） 該管柱配套Y341型自驗(yàn)封封隔器，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)封隔器坐封后驗(yàn)封的功能。

4） 油層保護(hù)器為機(jī)械式開(kāi)啟、關(guān)閉，達(dá)到換層的目的，與液壓換層開(kāi)關(guān)比較，具有開(kāi)啟、關(guān)閉方便、準(zhǔn)確、直觀的特點(diǎn)。

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Test and Application of Layering Oil Production Pipe String for Oil Reservoir Protection

At present，formation energy of most long-term developed oilfield and some new developed oil field is low.The recovery cycle of oil well is long after oil reservoir is polluted by wellkilling fluid，and oil well capacity is greatly reduced after recovery，which directly affects the oil production.The conventional mechanical layering oil production pipe cannot protect oil reservoir.To solve this problem，the reservoir protection device，safety joint and self-checking packer are designed，and layering oil production pipe string for oil reservoir protection is deployed for optimization.Through analysis of the application in the field，the data shows that the pipe string can effectively reduce the recovery time of well capacity after the pump inspection operation，also can close or open any oil layer in production，achieving to switch production layer without dragging the pipe string.

oil reservoir protection；layering oil production；pump inspection；well-killing；pipe string

TE 931.2

A

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.014

1001-3482（2014）11-0057-04①

2014-05-07

中石油大港油田基金項(xiàng)目“多壓力系統(tǒng)油層分采技術(shù)及配套工具研究與應(yīng)用”（20110209）

李志廣（1965-），男，天津薊縣人，高級(jí)工程師，主要從事機(jī)械采油工作，E-mail：yong2002043226＠163.com。