分注調(diào)剖一體化技術(shù)研究與應(yīng)用

王文韜

(大港油田 石油工程研究院，天津 300280)

大港油田86%的儲(chǔ)量屬于人工水驅(qū)，區(qū)塊水驅(qū)狀況不均衡，層間矛盾突出，縱向上水淹層注水突進(jìn)，注水低效、無效循環(huán)嚴(yán)重，薄差油層動(dòng)用程度低，水驅(qū)效果差。為控制高滲透油層的注水量，增加吸水差低滲透層的注水量，啟動(dòng)不吸水油層，提高油層動(dòng)用程度，采用分注、調(diào)剖為大港油田改善開發(fā)效果、實(shí)現(xiàn)有效注水的主導(dǎo)技術(shù)。

油田58%的調(diào)剖井采用橋式偏心配水器或橋式同心配水器分注管柱進(jìn)行分注調(diào)剖，配水器調(diào)剖過流通道(?20 mm)狹小，有機(jī)凝膠+體膨顆粒(膨脹后5～30 mm)等調(diào)剖技術(shù)易造成調(diào)剖劑剪切、體膨顆粒堵塞通道，且調(diào)剖完畢后調(diào)剖劑返吐，易在管柱內(nèi)的“口袋”里沉積，影響調(diào)剖效果及后續(xù)分注測(cè)調(diào)。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)難題，研究了防返吐、低剪切分注調(diào)剖一體化工藝技術(shù)，開發(fā)了與分注工藝測(cè)調(diào)配套的專用調(diào)剖工具及開關(guān)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了安全、有效的分注調(diào)剖一體化作業(yè)。

1 分注調(diào)剖一體化技術(shù)研究

針對(duì)現(xiàn)有分注調(diào)剖一體化技術(shù)局限性，制定出工藝技術(shù)研究總體實(shí)施方案。

1) 將調(diào)剖工具預(yù)先連接在分注管柱中配水器上方，不影響測(cè)試、驗(yàn)封等工具的通過及測(cè)試、驗(yàn)封工作的正常進(jìn)行。

2) 調(diào)剖時(shí)，能將調(diào)剖工具開關(guān)用測(cè)試車鋼絲送入到需要調(diào)剖層段的調(diào)剖器工作筒內(nèi)，調(diào)剖工具開關(guān)坐入調(diào)剖工具，封住調(diào)剖層段以下油管，注入調(diào)剖體系，調(diào)剖通道開啟，實(shí)現(xiàn)任意單層段調(diào)剖作業(yè)。

3) 調(diào)剖完成后，調(diào)剖通道自動(dòng)關(guān)閉，地層調(diào)剖體系無法返吐進(jìn)油管，用投撈接頭將調(diào)剖工具開關(guān)撈出，不動(dòng)管柱，恢復(fù)正常注水。

1.1 一體化工藝管柱

設(shè)計(jì)三級(jí)三段分注調(diào)剖一體化工藝管柱，實(shí)現(xiàn)調(diào)剖后不動(dòng)管柱分層注水，第1層與第3層連接調(diào)剖工具可分別對(duì)該層段實(shí)施調(diào)剖作業(yè)，頂部采用帶雙向卡瓦錨定的封隔器，防止調(diào)剖、分注作業(yè)過程中管柱蠕動(dòng)。管柱最小內(nèi)通徑?46 mm，不影響后期分注測(cè)調(diào)驗(yàn)封，如圖1。工藝參數(shù)如表1。

適用井深/m適用井斜/(°)工作壓力/MPa工作溫度/℃≤3 000≤3035130

1.2 一體化工藝技術(shù)分析

1.2.1 調(diào)剖工具下入

管柱正常注水時(shí)，將調(diào)剖器工具預(yù)先裝在注水管柱中配水器上方，根據(jù)需要多級(jí)安裝。調(diào)剖工具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)保證注水時(shí)其自身的封閉狀態(tài)，不影響正常注水，不影響測(cè)試、驗(yàn)封等工具的通過及測(cè)試、驗(yàn)封工作的正常進(jìn)行，不影響封隔器坐封。該調(diào)剖工具適用于由任何規(guī)格型號(hào)的偏心配水器、同心配水器組成的分注管柱。

1.2.2 開啟調(diào)剖工具通道

需要調(diào)剖時(shí)，將調(diào)剖工具開關(guān)用測(cè)試車鋼絲送入到需要調(diào)剖層段的調(diào)剖工具工作筒下方后緩慢上提，調(diào)剖工具開關(guān)上的鎖爪被調(diào)剖工作筒內(nèi)活塞掛開，鎖輪旋轉(zhuǎn)，鎖套在彈簧作用下下移并解除了對(duì)下支撐爪的限制，下支撐爪在張開彈簧的推力作用下向兩側(cè)張開，從而限制調(diào)剖工具開關(guān)向下運(yùn)動(dòng)，并且聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作，使雙定位凸輪在扭簧的作用下打開，限制了調(diào)剖工具開關(guān)向上運(yùn)動(dòng)，將調(diào)剖工具開關(guān)固定在調(diào)剖工具工作筒內(nèi)并與調(diào)剖工作筒密封。此時(shí)，調(diào)剖工具開關(guān)已將管柱調(diào)剖層段上下隔斷封閉，在調(diào)剖液壓力作用下，球閥壓縮，調(diào)剖工具開關(guān)以及調(diào)剖工作筒的活塞一同下移。原復(fù)位彈簧壓縮，活塞下移直至打開調(diào)剖液出口，此時(shí)油套連通，調(diào)剖液進(jìn)入地層。

1.2.3 撈出調(diào)剖工具開關(guān)

停止調(diào)剖作業(yè)后，在活塞復(fù)位彈簧作用下，調(diào)剖工具開關(guān)上移至初始位置，封閉調(diào)剖液回吐通道。下入專用打撈工具，抓住調(diào)剖工具開關(guān)打撈桿，上提，活塞在上提力及復(fù)位彈簧共同作用下，回到初始密封位置，活塞上的定位環(huán)卡入到定位槽內(nèi)，調(diào)剖液出口關(guān)閉。加大上提力，剪斷調(diào)剖工具開關(guān)定位剪釘，打撈桿位移釋放了凸輪限位裝置，解除了活塞對(duì)調(diào)剖工具開關(guān)上行的限制，調(diào)剖工具開關(guān)順利撈出。調(diào)剖工具工作筒恢復(fù)到初始密封位置，注水管柱恢復(fù)到原來狀態(tài)進(jìn)行正常分注。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1) 避免調(diào)剖液沉積。工作時(shí)調(diào)剖工具封閉了調(diào)剖層段以下管柱，實(shí)現(xiàn)了管柱任意層段的單層調(diào)剖，避免了調(diào)剖液在管柱內(nèi)的沉積。

2) 提高調(diào)剖質(zhì)量。專用調(diào)剖工具調(diào)剖劑注入通道大，有機(jī)凝膠+體膨顆粒調(diào)剖劑進(jìn)入地層后粘損小，不易堵塞調(diào)剖通道，提高了調(diào)剖作業(yè)的質(zhì)量。

3) 避免調(diào)剖劑返吐。停止調(diào)剖作業(yè)后，調(diào)剖通道自動(dòng)關(guān)閉，防止地層調(diào)剖劑返吐。

4) 適用性強(qiáng)。能適用現(xiàn)有的分注工藝，且不影響后期測(cè)試需求。

2 關(guān)鍵工具

2.1 調(diào)剖工具

調(diào)剖體系在調(diào)剖工具出口流動(dòng)的過程，相當(dāng)于一個(gè)變化截面的流動(dòng)過程，假定流體在出口的流動(dòng)是一元、等溫且不可壓縮的，忽略重力，調(diào)剖體系出調(diào)剖通道出口的流動(dòng)過程如圖2所示。

圖2 調(diào)剖體系在調(diào)剖工具出口通道流動(dòng)示意

設(shè)調(diào)剖體系在出口流動(dòng)階段中垂直與x軸的任意截面處于半徑為rc,則有：

(1)

利用動(dòng)量守恒，推導(dǎo)圓管截面徑向上調(diào)剖聚合物的黏度為：

(2)

式中：K為稠度系數(shù)；Q為流量；R為圓管半徑。

根據(jù)牛頓萊布尼茨公式可知，調(diào)剖聚合物溶液在等徑圓管任意截面上的平均黏度為：

(3)

將任意截面半徑rc帶入式中，則調(diào)剖聚合物溶液在出口流動(dòng)階段任意截面的表觀黏度為：

(4)

由式(4)模型分析可得，在調(diào)剖聚合物注入量不變情況下，調(diào)剖工具出口半徑越小，調(diào)剖聚合物的表觀黏度越小，且表觀黏度降幅越大。

為降低調(diào)剖聚合物剪切，增大調(diào)剖體系的黏度保留率，提高調(diào)剖效果，綜合考慮調(diào)剖工具設(shè)計(jì)尺寸限制及加工要求，調(diào)剖工具出口通道最大設(shè)計(jì)為?35 mm。同時(shí)為驗(yàn)證新設(shè)計(jì)調(diào)剖通道與原調(diào)剖出口通道調(diào)剖后對(duì)調(diào)剖體系產(chǎn)生的性能影響，在地面模擬了設(shè)計(jì)前后調(diào)剖通道在5 m3/h注入量下的調(diào)剖體系成膠強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)調(diào)剖通道尺寸能降低對(duì)調(diào)剖體系的剪切，提高其黏度保留率，如表2。

表2 不同調(diào)剖通道尺寸下調(diào)剖試驗(yàn)數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)開發(fā)的低剪切調(diào)剖工具與分注工藝測(cè)調(diào)配套，由上、下接頭、外套、內(nèi)套、導(dǎo)向體、復(fù)位彈簧等組成，主要構(gòu)成了活塞機(jī)構(gòu)、復(fù)位機(jī)構(gòu)，如圖3。調(diào)剖通道的開啟壓力設(shè)計(jì)為2 MPa,內(nèi)套、活塞上設(shè)有定位槽和定位環(huán)，定位槽和定位環(huán)在正常注水及調(diào)剖結(jié)束后，把活塞固定在密封位置,保證調(diào)剖器處于密封狀態(tài)。

圖3 調(diào)剖工具

2.2 調(diào)剖工具開關(guān)

調(diào)剖工具開關(guān)由打撈頭、芯子主體、定位凸輪、球閥、閥座、彈簧、下支撐卡爪、鎖套、鎖輪、鎖爪、下導(dǎo)向體、剪釘以及多個(gè)扭簧組成，主要構(gòu)成了防返吐，上行限位，下行限位機(jī)構(gòu)，如圖4。通過球、球閥、球座與彈簧的開關(guān)配合實(shí)現(xiàn)防返吐功能，調(diào)剖壓力高于地層壓力時(shí)，防返吐通道推開，調(diào)剖體系注入地層，當(dāng)?shù)貙訅毫Ω邥r(shí)，防返吐通道關(guān)閉，調(diào)剖體系無法進(jìn)入油管內(nèi)。

圖4 調(diào)剖開關(guān)工具

采用剪釘控制調(diào)剖開關(guān)工具投送，投送剪釘力1 000 N，投撈時(shí)解封剪釘力2 000 N,剪斷銷釘直徑按剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。

(5)

式中：d為剪斷銷釘直徑；F為銷釘被剪斷的總剪切力；n為銷釘個(gè)數(shù)；τb為銷釘?shù)目辜羟袕?qiáng)度。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

分注調(diào)剖一體化工藝技術(shù)目前在大港油田共應(yīng)用9口井，施工成功率100%，保證了分注、調(diào)剖的順利實(shí)施。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最大井深3 087.9 m，最大井斜18°，調(diào)剖后注水啟動(dòng)壓力平均上升3.4 MPa，吸水剖面改善率達(dá)到100%，受益井含水率平均降低6%，其中孔1016井對(duì)應(yīng)井組孔1050-1井、孔檢1井增油7.8 t/d；孔1015-1井對(duì)應(yīng)井組孔1094-1井、孔1017-1井、孔1094井增油10.13 t/d。如圖5。

圖5 孔1016井應(yīng)用分注調(diào)剖一體化技

4 結(jié)論

1) 分注調(diào)剖一體化技術(shù)解決了現(xiàn)有技術(shù)調(diào)剖體系黏度損失率高、易返吐難題，實(shí)現(xiàn)了安全、有效的分注調(diào)剖一體化作業(yè)。

2) 該調(diào)剖工具能與橋式偏心配水器或橋式同心配水器一趟管柱入井，一體化完成作業(yè)，增加了分注工藝與調(diào)剖工藝適用性，同時(shí)分層注水測(cè)調(diào)與調(diào)剖作業(yè)過程與地面設(shè)備兼容，方便了該新工藝的推廣應(yīng)用。該新技術(shù)的創(chuàng)新可為其它井下作業(yè)提供技術(shù)借鑒。