雙螺桿泵同井注采技術(shù)分層管柱研制與應(yīng)用

張永倉 姚飛 劉鈺川 馬百濤 張榮鵬

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠；2.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院；3.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點實驗室；4.大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

隨著油田開發(fā)進(jìn)入特高含水期，采出液含水率不斷升高，地面油水分離及污水回注已成為特高含水油田開發(fā)的共性技術(shù)難題。目前，較為有效的技術(shù)手段是井下油水分離同井注采工藝技術(shù)，利用井下油水分離設(shè)備對生產(chǎn)層的采出液進(jìn)行油水分離，含水率降低的采出液被舉升至地面，分離出的水被回注到注入層，實現(xiàn)同一井筒內(nèi)采出與注入、一井兩用，構(gòu)建新的注采體系，可實現(xiàn)特高含水油田地面產(chǎn)水量降低70%以上，使含水98%的油井繼續(xù)生產(chǎn)至地層產(chǎn)出液含水99%以上，有效延長油田經(jīng)濟(jì)開采周期，提高油田經(jīng)濟(jì)采收率[1-4]。

1 分層管柱設(shè)計難點

雙螺桿泵同井注采技術(shù)是通過封隔器將注采層分開，應(yīng)用水力旋流器在井下進(jìn)行油水分離，運用同軸螺桿泵進(jìn)行分離液的舉升和回注。井下復(fù)雜的工作環(huán)境對分層管柱提出了高效、耐用、適應(yīng)性強的要求，且需要建立相對獨立的注采通道[5-7]。為此，開展了用于雙螺桿泵同井注采工藝的井下分層工藝管柱的研發(fā)與應(yīng)用。

雙螺桿泵同井注采工藝管柱分為生產(chǎn)管柱與分層管柱兩部分：生產(chǎn)管柱由采出螺桿泵、水力旋流器、注入螺桿泵組成；分層管柱由封隔器、雙通道注采器等組成。

分層管柱通常工作在千米井深、工作環(huán)境和工作狀態(tài)非常復(fù)雜，其設(shè)計主要面臨以下三個難點：一是要滿足同一井筒內(nèi)采出與注入，需在井下建立相對獨立的注入和采出通道；二是在注采過程中，采出液進(jìn)入水力旋流器后需要與注、采螺桿泵配合，井下雙螺桿泵的震動較大，對井下工具的密封性、穩(wěn)定性有較高的要求；三是受泵的啟停、泵壓、流體排量、流體性質(zhì)及工況環(huán)境變化影響，管柱內(nèi)外壓力、應(yīng)力以及載荷發(fā)生變化，易導(dǎo)致管柱變形、不穩(wěn)定的振動現(xiàn)象的發(fā)生，影響井下同井注采分層管柱的壽命[8-10]。

2 分層管柱結(jié)構(gòu)

針對目前雙螺桿泵同井注采需求，設(shè)計了采上注下、采下注上兩種類型分層工藝管柱滿足了不同層位注采需求，為實現(xiàn)井組及區(qū)塊同井注采奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1 采上注下分層管柱

2.1.1 管柱結(jié)構(gòu)

采上注下工藝管柱見圖1，主要由可定位插入密封段、Y443封隔器、延伸工作筒組成。該管柱具有密封可靠、穩(wěn)定性高、使用壽命長等特點，耐溫120℃、耐壓35MPa。施工時，利用投送管柱將Y443封隔器下至設(shè)計位置，油管打壓坐封，正轉(zhuǎn)丟手，完成注采層段分隔；隨后起出投送管柱，下入可定位插入密封段，與Y443-114封隔器配合，建立注入通道。

圖1 采上注下工藝管柱

2.1.2 工作原理

核心工具為Y443-114封隔器，主要由坐封套、上卡瓦、密封膠筒、下卡瓦組成，是一種管柱投送、液壓坐封、鉆銑解封的永久式可鉆封隔器。坐封時，在液壓作用下配套坐封器、加力器共同作用產(chǎn)生坐封力，推動坐封套下行壓縮膠筒，密封油套環(huán)形空間，繼續(xù)加壓，上、下卡瓦破碎嵌入套管內(nèi)壁，完成錨定、鎖緊，膠筒始終處于壓緊狀態(tài)，達(dá)到封隔油層的目的。

2.2 采下注上分層管柱

2.2.1 管柱結(jié)構(gòu)

采下注上工藝管柱見圖2，主要由可定位插入密封段、Y215-114封隔器、雙通道注采器、Y111-114封隔器、支撐卡瓦和篩管組成，整體丟手、上下卡瓦雙向錨定，管柱穩(wěn)定性高。

圖2 采下注上工藝管柱

其工藝原理是利用投送管柱將分層管柱下至設(shè)計位置，通過提放管柱，坐封、丟手，實現(xiàn)注采層段分隔；隨后起出丟手管柱，下入可定位插入密封段，與雙通道注采器配合，建立獨立的采出、注入通道。

2.2.2 工作原理

核心工具為Y215-114封隔器主要由上接頭、坐封套、丟手機構(gòu)、鎖環(huán)、錨定、密封膠筒、下接頭組成。封隔器設(shè)計了防上頂卡瓦，可減少管柱蠕動引起封隔器及插管密封失效的隱患，膠筒位置位于卡瓦下端，管柱密封性好。坐封時，通過提放管柱，膠筒受管柱重力擠壓坐封，鎖環(huán)卡在鎖環(huán)套上，使膠筒始終保持壓縮坐封狀態(tài)，實現(xiàn)油套環(huán)空密封；繼續(xù)下放，卡瓦沿燕尾槽伸出，卡在套管內(nèi)壁，實現(xiàn)錨定；工具坐封后，丟手機構(gòu)與本體脫開，實現(xiàn)丟手。解封時，下入油管絲扣抓撈獲后，上提管柱，帶動坐封套上行，膠筒在自身彈性恢復(fù)力作用下復(fù)原，卡瓦牙回收，工具解封。

2.3 雙通道注采器

雙通道注采器主要由上接頭、橋式內(nèi)管、外管、底堵、下接頭組成。設(shè)計了橋式注采雙通道結(jié)構(gòu)，與插入密封段配合，通過側(cè)孔實現(xiàn)注入；采出液通過下端進(jìn)入橋式通道，完成正常采出；注入孔設(shè)計在注采器下端，增加有效密封長度，保證密封可靠。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

目前，雙螺桿泵同井注采工藝技術(shù)已在大慶、大港、冀東、吉林等油田應(yīng)用了20口井，其中采上注下8口井，采下注上12口井，分層管柱工藝成功率100%，工作有效期2年以上，單井平均日產(chǎn)液下降70.9%，含水下降了4%。2019年，在大慶油田進(jìn)行了同井注采工藝現(xiàn)場井組試驗，對井組內(nèi)注采“死角”區(qū)域剩余油進(jìn)行挖潛，取得了較好效果。同井注采現(xiàn)場試驗井生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1，試驗井組因高含水關(guān)井2年，3口井實施同井注采技術(shù)后，日產(chǎn)液分別由84、71、71m3下降至8.4、9.7、7.4m3，綜合含水率分別下降了3.8%、3.1%、6.8%，截至目前已累計運行633天，階段增油728t。

表1 同井注采現(xiàn)場試驗井生產(chǎn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

1）針對同井注采過程中分層管柱穩(wěn)定性差，封隔器失效的問題，設(shè)計了采上注下、采下注上兩種工藝管柱，耐溫120℃、耐壓35MPa，實現(xiàn)2-3層段雙螺桿泵同井注采工藝要求。

2）采上注下分層管柱采用Y443可鉆封隔器和插入密封結(jié)構(gòu)，管柱簡單、密封可靠、使用壽命長。

3）采下注上分層管柱采用整體丟手式結(jié)構(gòu)，管柱穩(wěn)定性高，上、下卡瓦雙向錨定，平衡注入層活塞力，配套徑向穩(wěn)定器，解決管柱徑向擺動問題。

4）同井注采工藝現(xiàn)場應(yīng)用20井次，分層管柱工藝成功率100%，管柱工作有效期2年以上，單井平均日產(chǎn)液下降了70.9%，含水下降了4%。