華北油田目前以砂巖區(qū)塊為開發(fā)主體,多屬于典型的多層系、非均質(zhì)復雜斷塊油藏,現(xiàn)已進入注水開發(fā)中后期,層間矛盾日益突出,實施分層注水已成為油田精細開發(fā)、提高采收率和水驅(qū)動用儲量的主要技術(shù)手段。 目前華北油田油藏類型多、油層埋藏深(平均2900m)、溫度高(平均102℃)、井身斜度大、套變套損井逐年增多,注水井井筒技術(shù)狀況逐漸惡化。2012年以前,注水井分注率和細分率低,分注率16.7%,一級二段分注井占總分注井的88.6%;分注工藝較為簡單,96%分注井為常規(guī)空心、偏心、地面定量分注,遠遠不能滿足油田精細分注工藝的技術(shù)需求;傳統(tǒng)的投撈調(diào)配測試成功率偏低,且測試周期長、工作量巨大,亟需先進的高效測調(diào)技術(shù)手段。
1 華北油田分注工藝技術(shù)現(xiàn)狀
為滿足油田精細注水開發(fā)需求,提高深斜井分注技術(shù)水平,2012年起結(jié)合華北油田地質(zhì)特點,優(yōu)選出3種新型分注工藝;為提高測調(diào)效率,引進了測調(diào)聯(lián)動分層配水高效測調(diào)技術(shù);為適應高溫大斜度井分注需要,開展了系列分注配套工具研究。
1.1 新型分注工藝
1.1.1橋式偏心分注工藝 采用橋式偏心配水器進行井下分層注水。橋式偏心配水器主通道周圍布有橋式通道,使目的層段在進行流量或壓力測試時,其他層段依然可以通過橋式通道正常注水,不改變其他層段的工作狀態(tài),最大限度地減小了各層之間的層間干擾,從而有效提高分層流量調(diào)配效率及分層測壓效率。橋式偏心配水器結(jié)構(gòu)見下圖。
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2015-6-11 09:58 上傳
技術(shù)特點: (1)橋式偏心分注技術(shù)集流流量測試,能夠?qū)崿F(xiàn)注水層位流量的單層直測,有效消除非集流流量測試中遞減法帶來的誤差,從而提高測試精度; (2)橋式過流通道的設(shè)計,消除了中心通道集流壓差;一次驗封過程相當于每一級封隔器均驗兩次,有效提高了驗封測試一次成功率及測試效率; (3)橋式偏心分注可以進行中心通道分層壓力測試,不用投撈配水堵塞器,減少投撈次數(shù),提高測試效率;瞬時實現(xiàn)井下關(guān)井,井筒續(xù)流時間短,測試資料誤差小,測試精度高。
1.1.2 橋心同心分注工藝 采用橋式同心配水器進行井下分層注水。配水器工作筒水流出口為2個對稱的窄長形出口,內(nèi)部中心的陶瓷芯體可通過井下測調(diào)儀的調(diào)節(jié)動作實現(xiàn)上下移動,實現(xiàn)出水口面積大小的調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)精細化注水目的。在主體出水口兩側(cè)設(shè)計了橋式通道,保證測調(diào)某一層時不影響其他層段注水?烧{(diào)水嘴關(guān)鍵部位采用高鈷基硬質(zhì)合金,耐高溫、耐腐蝕、不結(jié)垢,耐沖刷能力強,大幅提高了其耐用性能。可調(diào)工作筒為特殊防砂設(shè)計,可以保證水嘴在井下工作期間調(diào)節(jié)套的傳動部分不會發(fā)生砂卡、活動水嘴和座體無水流動處不會出現(xiàn)泥沙囤積現(xiàn)象。橋式同心配水器結(jié)構(gòu)見下圖。
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2015-6-11 09:58 上傳
技術(shù)特點: (1)橋式同心配水器工作筒和可調(diào)水嘴采用一體化設(shè)計,不需要進行水嘴投撈,減少施工勞動量; (2)配水器工作筒的尺寸較短,長度僅為0.7m,更適合小卡距分層配水需要; (3)井下測調(diào)儀與配水工作筒的定位對接和水量大小調(diào)節(jié)對接均為同心對接,對接成功率基本為100%,并且不受井深、井斜、結(jié)垢等各種井況的影響; (4)井下測調(diào)儀的動力傳遞為一根直軸,結(jié)構(gòu)簡單;采用大扭矩低轉(zhuǎn)速進口電機減速器可以實現(xiàn)高分辨率、高精度注水調(diào)節(jié),尤其對低注入量的水井調(diào)配優(yōu)點更大。
1.1.3 免投撈測調(diào)一體化分注工藝 采用免投撈一體化同心配水器進行井下分層注水。配水器中心管上部環(huán)形面上對稱開有2個細長槽式的出水孔,正好與旋轉(zhuǎn)芯子上2個凸面相對稱吻合,當測調(diào)儀的電機帶動旋轉(zhuǎn)芯子轉(zhuǎn)動時,可逐步打開或關(guān)閉2個對稱的出水槽孔,起到開啟或關(guān)閉出水孔的作用,從而實現(xiàn)精細化注水目的。配水器水嘴材質(zhì)采用硬質(zhì)合金鋼;水嘴為矩形+梯形的異形水嘴,即使水嘴被堵,將水嘴開大就可使堵水嘴異物被沖走;進水通道加濾網(wǎng),防止水嘴堵塞。免投撈一體化配水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)見下圖。
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技術(shù)特點: (1)不需要投撈芯子和水嘴,能夠做到免投撈,儀器一次下井就可實現(xiàn)任意分層調(diào)節(jié)水量、分層驗封;提高了工作效率,降低了勞動強度; (2)中心通徑大(46mm),可適應各種測試儀器通過;外徑。ㄗ畲笸鈴92mm),管柱作業(yè)時起下容易; (3)具有防返吐、防砂功能;配水器具備反向截止功能,地面停注時,配水器自動關(guān)閉,可防止地層返吐出砂及臟物進入。
1.1.4 3種分注工藝適應條件 2012年華北油田公司確定在同口油田、阿爾油田先行開展新型分注工藝示范區(qū)建設(shè),兩年來經(jīng)過對3種新型分注工藝綜合性能(見下表)進行評價對比和現(xiàn)場實踐得出:
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2015-6-11 09:59 上傳
(1)橋式偏心分注工藝適合井斜角≤25°、井深≤3000m的分注井; (2)橋式同心、免投撈測調(diào)一體化工藝均采用同心對接方式,在深井、大斜度井上更具優(yōu)勢。
1.2 測調(diào)聯(lián)動分層配水高效測調(diào)技術(shù) 測調(diào)聯(lián)動分層配水高效測調(diào)(地面直讀電動測調(diào))系統(tǒng)主要由地面控制傳輸系統(tǒng)、橋式偏心(同心)分層配水管柱、采集調(diào)節(jié)系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)4部分組成。該系統(tǒng)可實現(xiàn)測試“流量實時監(jiān)測,壓力同步讀取,水嘴連續(xù)可調(diào)”,一次下井可完成多層段測試、流量調(diào)整,具有小水量測試精度高、測調(diào)效率高的優(yōu)點。高效測調(diào)與常規(guī)測調(diào)技術(shù)對比見下表。
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地面控制傳輸系統(tǒng)由地面控制箱、電纜絞車及信號傳輸電纜等組成,主要完成對井下儀器的供電控制、通訊以及上傳信號的處理與采集。其主要功能是控制井下測調(diào)儀在井內(nèi)完成水量調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集及保存,并對數(shù)據(jù)進行可視化處理,實現(xiàn)調(diào)節(jié)過程直讀并可判斷出儀器與堵塞器的對接狀態(tài)。 橋式偏心(同心)分層配水管柱由橋式偏心(橋式同心、免投撈一體化)配水器、可洗井封隔器及球座等部分組成。其主要優(yōu)點是目的層測試調(diào)配過程中其他層仍可正常注水,進一步提高準確率。 采集調(diào)節(jié)系統(tǒng)由井下測調(diào)儀、可調(diào)式水嘴等部分組成。井下測調(diào)儀由測調(diào)車通過電纜下入分注管柱中,并與橋式偏心(先進同心)配水器對接;根據(jù)地質(zhì)配注要求調(diào)節(jié)配水器水嘴大小,并進行流量、壓力、溫度等參數(shù)測試;設(shè)計的磁定位功能能夠通過井下工具對儀器進行準確定位,同時儀器中增加了開臂、收臂、正調(diào)、負調(diào)、水嘴開度等霍爾器件,能夠?qū)x器在井下的任何動作狀態(tài)進行監(jiān)測并反饋到地面控制系統(tǒng)中。井下連續(xù)可調(diào)式水嘴,“閥門式”調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu),直接無級調(diào)節(jié),提高了配水精度。 輔助系統(tǒng)由測試車、防噴管、電纜剪斷器及打撈筒等部分組成,其優(yōu)點是測試車采用閉式循環(huán)液壓傳動系統(tǒng),可實現(xiàn)儀器在井內(nèi)平穩(wěn)起下,并具備電子指深指重功能,提高了操作的平穩(wěn)性、安全性。
1.3 系列分注配套工具 為適應高溫大斜度井分注需要,2013年開展了高溫分注封隔器、可鉆式油管支撐錨、新型扶正器、大斜度井自動關(guān)閉坐封球座、井口防回流閥等系列配套工具。
1.3.1 高溫分注封隔器 所有封隔器的膠筒、密封件均采用氫化丁腈橡膠,所有零部件采用鎳磷鍍防腐處理;封隔器的反洗閥采用線密封及自動回位機構(gòu),解決了夾砂及關(guān)閉不嚴的問題。逐級解封封隔器中心管采用鎖塊連接,解封力小,有利于安全起出。研制的系列封隔器承壓差由25MPa提高到50MPa,耐溫由120℃提高到150℃。
1.3.2 配套工具 (1)新型扶正器。 為確保管柱下入時對封隔器膠筒的保護,減少起下過程中對分注工具的磨損,研制出螺旋、滾珠扶正器(下圖)。螺旋扶正器選用碳纖維復合材料,摩擦系數(shù)小,用于管柱的居中坐封。滾珠扶正器可旋轉(zhuǎn),將滑動摩擦轉(zhuǎn)化為滾動摩擦,降低工具串下井摩擦力。
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(2)大斜度井自動關(guān)閉坐封球座。 針對大斜度井投棒難以到位、洗井易將鋼球返出等問題,研發(fā)出大斜度井球座(下圖)。該球座下井為常開狀態(tài),避免了封隔器中途坐封;大傾角設(shè)計,保證在大斜度情況下正常密封;坐封時自動關(guān)閉、鎖緊,排除了洗井時鋼球被沖到地面的風險。
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(3)可鉆式油管支撐錨。 為了徹底消除管柱蠕動造成的解封現(xiàn)象,采用坐封工具與支撐錨兩體結(jié)構(gòu)形式,井下支撐錨固定在套管壁上,其錨定后,液壓坐封工具與支撐錨脫手起出地面;支撐錨一次下入可永久使用,需解除時下入螺桿鉆具可安全鉆削去除(下圖)。
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(4)井口防回流閥。 為防止停注時井內(nèi)水倒流,注水井口均需安裝單流閥。針對目前單流閥存在可靠性差、壽命短等問題,研發(fā)出新型井口防回流閥(下圖)。該回流閥設(shè)計有特殊閥座,所有密封件和單流閥件均裝在閥芯體上,一次拆除可更換任意易損件;閥球、閥座均采用陶瓷材料,閥芯體采用不銹鋼材料,從而其耐磨、耐腐蝕性大大提高。
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2 技術(shù)應用情況及效果 兩年來共實施新型分注工藝井406口,其中橋式偏心分注井184口,占新型分注工藝井45.3%;先進同心分注井222口(橋式同心分注井139口、免投撈測調(diào)一體化分注井83口),占新型分注工藝井54.7%。華北油田分注工藝實現(xiàn)五項突破,一是最大井深達到3590m,最高溫度達到127℃,最大井斜達到59.3°,最大級數(shù)達到六級六段,最小可實現(xiàn)1m隔層分注。兩級兩段分注井高效測調(diào)時間由過去的2~3d縮短到目前2h,大幅度提高了工作效率。 兩年來通過不斷優(yōu)化改進、完善提升,已經(jīng)初步形成了適應華北油田地質(zhì)條件的新型分注工藝體系,尤其是深井(≥3000m)、高溫井(≥120℃)、大斜度井(≥30°)分注工藝得到長足進步。兩年來華北油田共實施新型分注工藝區(qū)塊65個,井組406口,對應油井833口;見效區(qū)塊48個,見效率73.8%;井組249口,見效率61.3%;見效油井401口,見效率48.1%;累計增液23.47萬m3,累計增油7.66萬t(下表)。
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3 分注工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢 隨著油田開發(fā)程度的不斷深入和復雜井況的出現(xiàn),為進一步延長分注井免修期,提高分注合格率,提高工藝實施效率,降低操作成本,分注工藝還需要繼續(xù)發(fā)展與提高。 (1)注水配套工具。封隔器性能將向耐高溫、耐高壓差方向發(fā)展,開發(fā)新型高溫高壓密封新材料,逐步適應超深井和特殊高溫油藏注水工藝的要求。 (2)配水方式。由以水嘴大小控制水量,逐步發(fā)展為井下定量配水。配注全過程在井下自動進行,由程序控制,依據(jù)預設(shè)配注方案和實時監(jiān)測的分層流量結(jié)果,通過微電機、按設(shè)定周期自動調(diào)節(jié)配注閥開度。井下智能配注器由內(nèi)置可充電電池供電,通過無線傳輸方式,進行配注和測調(diào)周期的調(diào)整、讀取井下監(jiān)測數(shù)據(jù);或利用動力與數(shù)據(jù)組合電纜使PC機對井下各層段進行實時配注,實現(xiàn)注水井的自動控制測調(diào)。 (3)管柱功能。由單一的注入功能向著注入、信息采集、測試集成化方向發(fā)展,提高機電一體化程度,加速注水井智能化管理。工藝管柱不但可滿足分層注水工藝的要求,而且還可滿足吸水剖面改造工藝要求,如分層酸化和調(diào)剖等。 (4)注水作業(yè)方式。過去各油田注水井作業(yè)基本采用壓井或放噴方式。為提高油藏水驅(qū)開發(fā)效果,減少地層能量損耗,減少環(huán)境污染,注水作業(yè)方式將向著不壓井、不放噴技術(shù)方向發(fā)展,為此集團公司目前正在大力推廣應用注水井帶壓作業(yè)施工方式。 (5)油管防腐。涂層由敷涂樹脂發(fā)展到噴涂環(huán)氧粉末、鎳磷涂層、內(nèi)襯塑料管和不銹鋼管,防腐處理由化學處理發(fā)展到噴砂處理,質(zhì)量和環(huán)保性能逐步提高,同時提高配套井下工具抗腐蝕性能。 4 結(jié)論 (1)華北油田精細分注工藝已形成了系列化、規(guī)范化,可滿足不同類型油藏地質(zhì)條件、不同井筒狀況的分層注水需要。 (2)隨著老油田開發(fā)的不斷深入,需要進一步提高分層注水工藝的適應性和配套程度,今后要大力發(fā)展新型高效的分注工藝和測調(diào)工藝,向智能化、自動化、一體化方向發(fā)展。(原載《石油鉆采工藝》)
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