液控式可選層分層酸化工藝及配套工具研究

方忻,孫雷

(西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500)

陳守海

(中國石油集團測井有限公司吐哈事業部，新疆 鄯善 838202)

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液控式可選層分層酸化工藝及配套工具研究

方忻,孫雷

(西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川 成都 610500)

陳守海

(中國石油集團測井有限公司吐哈事業部，新疆 鄯善 838202)

介紹了一種用于注水井的可選層分層定量注水與酸化工藝技術，該技術僅需在井口控制油管內的壓力，即可選擇性的對某一注入層段進行酸化,并具備常規分層調配注水功能。同時，為保證順利實現前述功能，配套開發了一種液控式開關注入閥，利用軌道換向原理實現閥開啟、關閉的選擇性切換。該技術相對常規分層注水工藝，優勢在于在不需要鋼絲和電纜配套作業的條件下，可選擇性地開啟、關閉井下某一注入層的出液閥，實現特定層段的液體注入，滿足分層酸化、測吸水注水指數曲線等措施服務。綜合該技術原理，具有操作簡單、快捷、作業成本低的優勢。

液控式；可選層；分層酸化；軌道開關閥

注水井酸化是提高注水井注入能力的常用措施，通過酸化措施，對注水井近井地帶進行解堵，提高單井/層注水量，滿足油田正常的注水驅油需求。注水井酸化時，采取選擇性的單層酸化，可有針對性地提高水井酸化效率[1]。常規注水井分層酸化采用以下2種方式：一種是建立在已實施的分層注水工藝基礎上，當需要對某一注入層進行酸化時，通過鋼絲作業投撈配水器芯子，封堵不需要酸化的注入層；另外一種則是利用滑套工具的分層注水井，可選擇性開、關某一層或多層的滑套，進行分層酸化。因此，上述的分層酸化施工，無論哪一種都需要配套鋼絲作業，影響了分層酸化的施工效率，同時增加了人員和設備的服務成本[2]。

另外，近年來一部分注水井實施了預置電纜式自動測調注水工藝，后期可在地面通過預置電纜選擇開關注入層，實現分層酸化的目的，但該注水方式施工成本較大，并不利于推廣應用[3,4]。針對常規分層酸化工藝存在施工程序復雜和施工時間長等問題，現開發液控式可選層分層酸化工藝，在滿足常規分層注水工藝功能的基礎上，同時具備分層酸化的功能，在不需要配套鋼絲作業投撈操作的情況下，只需在井口通過液壓操作，即可選擇性開、關井下注入層，實施分層酸化操作。

1 液控式可選層分層酸化系統組成

該管柱包括地面酸化(含液壓控制)流程和井下分層注酸管柱2大部分。地面酸化流程主要由注入泵和酸液喂入撬等組成，酸化時注入泵對酸液進行增壓注入地層，同時，也可通過注入泵控制油管內的壓力變化，選擇性開、關井下軌道式開關閥。井下分層注酸管柱主要包括軌道式開關閥，每一個注入層安裝一套軌道式開關閥，可根據井口油管內壓力的變化，開、關閥門。液控式可選層分層酸化系統組成如圖1所示。

2 工作原理

施工時下入液控式可選層分層酸化管柱，如圖1所示每層安裝一個軌道式開關閥，均屬于同一種結構和尺寸，再連接地面酸化流程。通過以下步驟原理完成注水井所有注入層的酸化解堵，具體過程如下：

圖1 液控式可選層分層酸化工藝系統組成示意圖

1)正常注水過程。下入液控式可選層分層酸化工藝管柱，設定好各層軌道開關閥軌道的初始位置，各層軌道開關換軌次序如表1所示。初始操作時，各層正常注水，每一層的出水閥均處于開啟狀態，注水井處于正常注水狀態。

2)分層酸化過程。當需要對注水井進行分層酸化時，連接地面酸化流程，注入泵改變油管內壓力，同時切換井下所有層軌道式開關閥的軌道。如表1所示，在第5、6、7次序時，對應選擇性打開某一注入層，其他2個注入層出水閥關閉，此時地面喂入泵啟動，流程注入酸液進行酸化。該方式也可以用于各層吸水指示曲線測試，選擇性開啟某一層出水閥時，通過計量地面注水壓力和流量，獲得當前層的吸水指示曲線。

3)恢復正常注水過程。繼續同時對井下所有軌道式開關閥進行換軌操作，如表1所示，在第1次序時，打開井下所有開關閥的注液閥，進入正常注水狀態。同時也可繼續切換開關閥軌道，選擇性打開某一層或兩層的出水閥，對注水層進行選擇性注水。

表1 井下軌道式開關閥循環開啟順序表

3 主要配套工具

軌道式開關閥是選擇性開、關井下注入層的關鍵工具，結構主要包括工具本體上的節流出液閥、導向軌道、活塞和銷釘組成的換軌機構，其中節流出液閥內部可安裝配水芯子，具有注水量調配功能，如圖2所示。

圖2 軌道式開關閥結構示意圖

工作原理采用往復式循環軌道的設計方法[5,6]，通過管內液控方式關閉或開啟出液通道。關閉出液閥時，當銷釘在長軌道內上死點位置時，套筒上推出液閥并關閉出液口；開啟出液閥時，當銷釘在短軌道內上死點位置時，套筒不上推出液閥，閥處于開啟狀態，即可酸化對應的注入層。

圖3 軌道式開關閥換軌原理示意圖

如圖3所示，銷釘的運動軌跡由滑槽軌道的設計路線決定，該圖列出了工具軌道槽的一部分滑道。在油管不斷打壓和泄壓的過程中，銷釘處于軌道槽的不同位置。油管未加壓時，軌道式開關閥的變位活塞在復位彈簧的作用下處于原始狀態，此時，銷釘在滑道軌跡中的位置處于點C區域(藍色點)。

假定在油管未打壓狀態條件下,銷釘初始位置在C1點，軌道開關閥操作過程原理描述如下：

1)油管內打壓，變位活塞壓縮彈簧向上滑移，帶動銷釘在軌道滑槽中由C1移動到點A1區域(紅色點)。由于銷釘處于A區域時，變位活塞軸向上移到極限位置A1，套筒緊壓節流出液閥，軌道式開關閥處于關閉狀態，在此狀態下，只要油管沒有泄壓，定壓閥始終保持關閉狀態；

2)油管泄壓，變位活塞和銷釘在復位彈簧的作用下，活塞下移，銷釘按滑槽設定軌跡移動到C2區域，變位活塞回到原始位置；

3)油管內打壓，變位活塞壓縮彈簧向上滑移，帶動銷釘在軌道滑槽中由C2移動到點A2區域，軌道式開關閥仍處于關閉狀態。同理，當銷釘繼續移至A3區域時，仍關閉出液閥；

4)油管泄壓，變位活塞和銷釘在復位彈簧的作用下，變位活塞下移，銷釘按滑槽設定軌跡移動到C4區域，變位活塞回到原始位置；

5)油管內打壓，變位活塞壓縮彈簧向上滑移，帶動銷釘在軌道滑槽中由C4移動到點B2區域(綠色點)。由于銷釘處于B區域時，變位活塞軸向上移到極限位置B，套筒不能和節流出液閥接觸，不能封死定壓閥的出水口，軌道式開關閥處于開啟狀態，即可酸化該注入層或進行正常注水；

6)重復上面的步驟即可完成軌道開關閥的開、關，選擇性開、關井下某一層的軌道式開關閥。

4 技術特點

1)可在地面直接通過控制油管內的壓力，選擇性開關井下注液閥，減少鋼絲作業中的人員、設備服務成本，并提高施工效率。

2)在增加分層酸化的功能基礎上，繼續保持了原注水井正常的分層調配和測試功能，增加了工藝的普適性。后期可通過鋼絲作業輔助操作，重新設置井下軌道式開關閥的開啟、關閉順序。

3)工藝可選層分層酸化功能可用于注水井其他措施、測試，如分層調剖、測吸水指數曲線等，操作過程方便。

4)軌道式開關閥可重復使用，并通過優化的軌道結構設計，讓工具在換軌過程中，銷釘不承受較大的載荷力，只起滑移導向的作用，提高了工具的使用壽命。

5 試驗情況

2016年7月，對軌道式開關閥進行了換軌試驗，共對3套軌道式開關閥進行了換軌開啟、關閉試驗，每套工具換軌試驗各操作48次，主要參數指標如表2所示。

表2 軌道開關閥試驗技術指標

圖4是試驗過程中軌道開關閥出水閥的出水情況，試驗過程中，軌道銷釘移至“開”滑到時，出水閥順利開啟。

圖4 軌道式開關閥換軌試驗效果圖

6 結論

1)液控式可選層分層酸化工藝不需常規鋼絲作業投撈配合，即可完成分層酸化、調剖和測吸水指數曲線等措施，研究出了一種高效、低成本的可選層分層開、關工藝。

2)液控軌道式開關閥可根據注水井應用需求設計軌道，設置出水閥在油管內壓變化時的開、關組合和順序。多個軌道式開關閥組合使用，即可選擇性的開、關某一個或幾個注入層的出水閥，滿足注水井相關工藝措施的需求。

3)目前液控式可選層分層酸化工藝適用于3層分注的注水井，并在陸地試驗井開展試驗，驗證了可選層分層酸化的可行性。今后可進一步優化管柱工藝和工具，讓工藝用于3層以上的分層注水井，提高工藝的適應性。

[1]王洪斌,趙永杰,劉立穩,等.大港油田高含水油層分層酸化工藝研究與應用[J] .鉆采工藝,2006,29(5):133～134.

[2] 徐軍.注水井分層酸化工藝技術在現河的應用[J].內蒙古石油化工,2013 (1):107～109.

[3] 呂國勝,王天慧,王現鋒,等.預置電纜自動測調分注技術研究及應用[J].機械工程師,2016 (7):111～113.

[4] 張鳳輝,薛德棟,楊萬有,等.電纜永置式井下測調技術研究及應用[J].石油機械,2015, 43(9):79～82.

[5] 孫明,劉殷韜,申興哲,等.圓周往復式循環軌道的設計方法[J].石油機械,2004,32(12):28～29.

[6] 程心平,鄭金中,楊萬有,等.簡易防砂坐封驗封一趟管柱工藝研究及試驗[J].石油機械,2013,41(10):86～89.

[編輯] 洪云飛

2016-05-28

國家科技重大專項(2011ZX05030-005-06)。

方忻(1987-)，男，助理工程師，碩士生，現主要從事采油工藝和井下工具開發方面的研究工作；E-mail：fangxin2@cnooc.com.cn。

TE934.3

A

1673-1409(2016)25-0071-04

[引著格式]方忻,孫雷，陳守海.液控式可選層分層酸化工藝及配套工具研究[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(25)：71～74.