分層調(diào)剖注水一體化管柱的研制與應(yīng)用

劉宇飛, 肖國華, 詹 偉, 王金忠，李積學(xué), 王 輝

1中國石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院 2中國石油冀東油田分公司唐山冀油瑞豐化工有限公司 3中國石油青海油田分公司采油二廠

0 引言

由于地層吸水剖面的不均一性，注水開發(fā)時，水沿著優(yōu)勢滲流通道突進，優(yōu)先注入油井，引起油井出水率升高，甚至水淹，形成無效注水循環(huán)，大幅度降低采收率，嚴重影響注水開發(fā)效果[1-3]。因此，油田開發(fā)到中后期，為提高水驅(qū)效果，注水井需要及時采用調(diào)剖措施改善吸水剖面，提高注入水波及體積，提高整個區(qū)塊的開發(fā)效果。為了提高水井調(diào)剖施工效率，國內(nèi)同行研發(fā)并現(xiàn)場試驗了多種調(diào)剖工藝管柱，包括籠統(tǒng)調(diào)剖管柱、單層調(diào)剖管柱、分層偏心調(diào)剖管柱、分層同心調(diào)剖管柱[4-8]等。冀東油田曾經(jīng)采用橋式偏心分注管柱實施調(diào)剖[9]，現(xiàn)場使用過程中存在調(diào)剖后部分水井出現(xiàn)測試儀器下放遇阻、偏心配水器水嘴無法投放、堵塞器打撈失敗、封隔器反洗閥開啟失效等問題，嚴重影響分層注水開發(fā)效果，后續(xù)全部改為專用調(diào)剖管柱進行調(diào)剖，施工結(jié)束后起管柱，再下分注管柱進行注水，致使作業(yè)成本高，周期長。為此，研制了分層調(diào)剖注水一體化工藝管柱來滿足油田一趟管柱既能分層調(diào)剖，又能分層注水的工藝需求，既提高了作業(yè)功效，又降低了生產(chǎn)成本。

1 橋式偏心分注管柱在調(diào)剖后存在的問題及原因分析

據(jù)統(tǒng)計，冀東陸上油田2013～2017年實施偏心分注管柱調(diào)剖60井次，影響后期測調(diào)、反洗井45井次，占調(diào)剖井次75.0%。其中測試遇阻18井次，占問題井次的40%;偏心配水器投不進水嘴10井次，占問題井次的22.2%;偏心配水器水嘴撈不到5井次，占問題井次的11.1%;反洗井不通12井次，占問題井次的26.7%。以3級3段橋式偏心分注管柱調(diào)剖工藝為例(圖1)，介紹調(diào)剖施工工藝、后續(xù)存在問題及原因分析。

圖1 橋式偏心分注管柱結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 橋式偏心分注管柱調(diào)剖施工工藝

以2#注水層施工目的層為例：①停止注水；②下投撈器撈出1#、2#、3#偏心配水器的定量水嘴；③向1#、3#偏心配水器偏心孔投入堵塞器；④對2#注水層實施調(diào)剖(前置段塞+主段段塞+頂替段塞)；⑤調(diào)剖結(jié)束后，下投撈器撈出1#、3#偏心配水器偏心孔內(nèi)的堵塞器；⑥按照配注需求向1#、2#、3#偏心配水器投放相應(yīng)定量水嘴，實施分注及后續(xù)測試。

1.2 存在問題及原因分析

(1)調(diào)剖后，向2#偏心配水器投放定量水嘴失敗或打撈1#、3#偏心配水器堵塞器失敗。原因分析：調(diào)剖過程中井口注入油管的調(diào)剖液和調(diào)剖后地層返吐進入油管的調(diào)剖液在偏心配水器內(nèi)壁沉積、黏附，使2#偏心配水器的偏心孔變小或堵死，導(dǎo)致定量水嘴投不進；1#、3#偏心配水器堵塞器的打撈頭被沉積的調(diào)剖液成膠覆蓋，導(dǎo)致打撈不到。造成各層段配水量無法調(diào)配，嚴重影響分層注水開發(fā)效果。

(2)調(diào)剖后，測試儀器、投撈儀器下放遇阻，導(dǎo)致測試失敗、打撈失敗。原因分析：井筒內(nèi)部是上下連通、底部封堵的結(jié)構(gòu)，對2#注水層段調(diào)剖時，調(diào)剖液會進入2#偏心配水器以下的油管和工具段內(nèi)部，頂替段塞頂替不到，導(dǎo)致其在下段油管及工具段內(nèi)壁沉積、成膠，使內(nèi)通徑變小甚至堵死，儀器通過性能降低，導(dǎo)致儀器下放中途遇阻，測試失敗、打撈失敗。因此需要進行多次反洗井作業(yè)，既增加了作業(yè)成本，又延誤工期。

(3)反洗井不通。原因分析：向2#偏心配水器投放定量水嘴失敗，油套之間大孔道連通，不能形成節(jié)流壓差，封隔器反洗閥失去開啟動力，無法開啟；調(diào)剖液在油套環(huán)空3#封隔器坐封膠筒上方堆積并成膠，堵塞反洗閥進水口。導(dǎo)致無法洗井，縮短檢管周期，嚴重影響分注管柱服役壽命，增加生產(chǎn)成本。

2 解決問題的技術(shù)方案

2.1 隔離定點調(diào)剖技術(shù)

投放密封件，隔離下段進行定點調(diào)剖，解決調(diào)剖液在調(diào)剖層下段沉積的問題。

2.2 防返吐技術(shù)

調(diào)剖器與配水器具備防返吐功能，解決了注入地層的調(diào)剖液返吐進入油管，在油管及工具內(nèi)壁沉積問題。

2.3 自動關(guān)閉技術(shù)

停泵或調(diào)剖結(jié)束時，調(diào)剖器的調(diào)剖通道自動關(guān)閉，解決封隔器反洗閥開啟失效，反洗不通的問題。

3 分層調(diào)剖注水一體化管柱的研制

3.1 分層調(diào)剖注水一體化管柱

分層調(diào)剖注水一體化管柱主要由逐級解卡錨定器、滑套式調(diào)剖開關(guān)、單流偏心配水器、注水封隔器、不壓井洗井閥、篩管和絲堵等組成，見圖2。施工工藝為：①按照工程設(shè)計要求，將分層調(diào)剖注水一體化管柱下井至設(shè)計位置；②油管內(nèi)加壓，坐封各級注水封隔器，坐卡錨定器；③按地質(zhì)配注要求進行分層注水；④需要調(diào)剖時，停止注水，單流偏心配水器自動關(guān)閉注水通道；⑤向目的層滑套式調(diào)剖開關(guān)投入與其內(nèi)徑尺寸匹配的密封桿，封堵目的層下段中心通道；⑥向油管內(nèi)注入調(diào)剖液并加壓，開啟目的層滑套式調(diào)剖開關(guān)的調(diào)剖通道進行調(diào)剖：前置段塞+主段塞+頂替段塞；⑦調(diào)剖結(jié)束后，目的層滑套式調(diào)剖開關(guān)的調(diào)剖通道自動關(guān)閉；⑧用鋼絲繩下入打撈頭，機械抓取密封桿，上提撈出密封桿，中心通道恢復(fù)暢通，結(jié)束本層段的調(diào)剖作業(yè)；⑨進行其他層段的調(diào)剖作業(yè)或恢復(fù)分層注水作業(yè)。

圖2 分層調(diào)剖注水一體化管柱結(jié)構(gòu)示意圖

分層調(diào)剖注水一體化管柱的滑套式調(diào)剖開關(guān)與注水封隔器采用直連設(shè)計方式，目的是注入頂替段塞過程中不但能夠?qū)⒂凸軆?nèi)部密封桿上方調(diào)剖液頂替徹底，而且能夠?qū)⒛康膶佑吞篆h(huán)空，尤其是坐封膠筒上方的調(diào)剖液頂替干凈，避免堆積成膠堵塞反洗閥進水口。

分層調(diào)剖注水一體化管柱具有以下技術(shù)特點：①目的層實施調(diào)剖時隔離了下段，避免調(diào)剖液在下段沉積；②可實現(xiàn)任意層段定點、定量調(diào)剖，即經(jīng)濟又精準；③在停泵或調(diào)剖結(jié)束時調(diào)剖通道可自動關(guān)閉，避免油套連通導(dǎo)致封隔器反洗通道開啟失效；④調(diào)剖開關(guān)與封隔器直連，利于環(huán)空調(diào)剖液頂替更加徹底，避免其成膠堵塞反洗通道進口，反洗井不通；⑤調(diào)剖開關(guān)與配水器具備防返吐功能，防止地層調(diào)剖液返吐進入油管。該管柱主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 分層調(diào)剖注水一體化管柱主要技術(shù)參數(shù)表

3.2 主要配套工具研制

3.2.1 滑套式調(diào)剖開關(guān)

滑套式調(diào)剖開關(guān)由工作筒、密封桿、打撈頭三部分組成。工作筒結(jié)構(gòu)見圖3，密封桿結(jié)構(gòu)見圖4，打撈頭結(jié)構(gòu)見圖5。

1.上接頭；2.“O”形密封圈；3.連通套；4.“T”形密封圈；5.“T”形壓環(huán)；6.“L”形壓環(huán)；7.“C”形密封環(huán)；8.“C”形壓環(huán)；9.滑套；10.“O”形密封圈; 11.彈簧外套；12.彈簧；13.下接頭。

1.打撈桿；2.壓蓋；3.彈簧；4、5.“O”形密封圈；6.主體。

1.上接頭；2.彈簧爪；3.下接頭。

滑套式調(diào)剖開關(guān)工作原理為向工作筒中投入密封桿，上腔打壓，密封桿帶動滑套壓縮彈簧下移的同時，打開調(diào)剖通道進行調(diào)剖；調(diào)剖結(jié)束后在彈簧作用下，滑套上移自動關(guān)閉調(diào)剖通道。滑套式調(diào)剖開關(guān)的調(diào)剖通道短，且雙出孔設(shè)計，適合調(diào)剖液高黏度特性[10-11]和大排量調(diào)剖需求；且調(diào)剖結(jié)束后調(diào)剖通道可自動關(guān)閉，防止調(diào)剖液返吐進入油管和油套連通。主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 滑套式調(diào)剖開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)表

3.2.2 單流偏心配水器

單流偏心配水器由工作筒、定量水嘴和單向閥三部分組成，即在常規(guī)橋式偏心配水器[12-14]基礎(chǔ)上，出口處增設(shè)單向閥，結(jié)構(gòu)示意圖見圖6，截面示意圖見圖7。

1.工作筒；2.定量水嘴；3.單向閥。

圖7 單流偏心配水器A-A截面示意圖

單流偏心配水器工作原理為按照地質(zhì)需求投入偏心定量水嘴，內(nèi)腔充水加壓，推開單向閥進行注水；停注時，單向閥自動關(guān)閉注水通道。注水出口處增設(shè)單向閥，防止已注入地層的調(diào)剖劑返吐進入油管。主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 單流偏心配水器主要技術(shù)參數(shù)表

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

分層調(diào)剖注水一體化管柱在冀東油田現(xiàn)場試驗15口井，最大施工井斜35.8°，最大下入深度3 775 m，最高段數(shù)3段。測試發(fā)現(xiàn)有6口井出現(xiàn)突進層，油井含水量上升，為改善平面矛盾，減緩油井含水上升速度，提高水驅(qū)波及系數(shù)，對其實施調(diào)剖，累計調(diào)剖次數(shù)8次，注入調(diào)剖6.5×104m3，最大調(diào)剖壓力25.5 MPa，調(diào)剖后累計流量測試53次，投撈調(diào)配231次、反洗井40井次(見表4)。到目前為止施工、測調(diào)過程順利，未發(fā)生測試、投撈儀器遇阻及反洗井不通的情況，成功率均為100%。

表4 典型井施工情況統(tǒng)計表

該一體化管柱現(xiàn)場試驗取得較好的經(jīng)濟效益：實施不動管柱調(diào)剖8井次，減少換管柱作業(yè)8井次，節(jié)約更換管柱作業(yè)時間約18 d，實現(xiàn)增油2 234 t。更換管柱作業(yè)費用15萬元，節(jié)約更換管柱費用=8×15=120萬元；累計增油2 234 t，增油效益=(原油價格-噸油操作成本)×增油，創(chuàng)造增油效益220.7萬元；累計創(chuàng)造經(jīng)濟效益340.7萬元。

5 結(jié)論

(1)滑套式調(diào)剖開關(guān)和單流偏心配水器采用防返吐設(shè)計，地層調(diào)剖液不再返吐進入油管造成污染。

(2)分層調(diào)剖注水一體化管柱采用隔離下段、定點定量調(diào)剖的施工方式，使油管內(nèi)調(diào)剖液全部被頂替干凈，防止下段管柱污染。

(3)現(xiàn)場試驗結(jié)果表明分層調(diào)剖注水一體化管柱實現(xiàn)了一趟管柱既能分層調(diào)剖又能分層注水的工藝需求，既簡化了施工工藝，又節(jié)約了生產(chǎn)成本，具有良好的社會經(jīng)濟效益。