0 引言
针对聚驱油藏非均质性强、地层出砂、返吐严重、埋藏深以及污水混注等问题,胜利油田开展了分层注聚技术研究,形成了双管、单管分层注聚工艺技术。其中,单管分层注聚技术主要针对2~4层分注井设计[1],通过封隔器将各层段隔开,由配聚器对各层注入量进行控制,配聚芯子外表采用降压槽进行压力节流,降压槽中的环形通道对聚合物进行节流和剪切,配聚器整体采用密闭防返吐设计,防止地层砂混合聚合物返吐堵塞注聚通道[2]。管柱分层测调主要配套电磁流量计测试工艺、钢丝打捞和液力助捞工艺,采用递减法进行分层流量测试,根据测试结果查询测调曲线,对节流芯长度进行调节,直至达到分层配注要求。
截至2015年底,单管分层注聚技术在胜利油田分公司的孤岛、孤东和胜利等采油厂累计试验29井次,受驱替相变化的影响,注聚油层吸聚状态不稳定,注入压力波动严重,各层调配合格后维持时间短,现场测调工作量大。在跟踪统计的8口试验井中,半年内累计测试投捞45井次,测试15层,层段合格率仅为46.7%[3]。在地层压力波动情况下,实现分层注入量的恒定不变成为提高分层注聚井层段合格率的关键[4]。鉴于此,笔者研发了自分流式井下调压注聚工艺技术。该技术通过井下低剪切自分流装置实现高、低压层的自动分流和调压,并且保持高、低压层恒定的分流比例,省去了后期的分层调配,满足分层合格注入的需求[5]。
1 技术分析 1.1 结构
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| 图 1 自分流式井下调压注聚工艺管柱 Fig.1 Self-diverting downhole pressure regulation polymer injection string 1—扶正器;2—低剪切自分流装置;3—锚定封隔器;4—单向注入阀;5—丝堵。 |
低剪切自分流装置将油管来液按比例分流,分别注入高压层和低压层,层间通过锚定封隔器分隔,高压层来液通过注水阀注入,低压层来液通过分流注聚装置中的桥式通道注入,管柱配套井下扶正器,保证分流注聚装置稳定运转。
1.2 工作原理下井时,将低剪切自分流装置上端安装扶正器,下端连接锚定封隔器及单向注入阀,下至油层部位,锚定封隔器位于上、下层之间。管柱下至设计深度后,上提下放油管,对管柱加压80~100 kN,完成锚定封隔器胶筒压缩坐封,同时锚定封隔器锚爪与套管内壁接触,卡瓦的横牙和竖牙对管柱进行横向和纵向锚定,防止其发生轴向和径向运动。油管来液经低剪切自分流装置分流为2部分,一部分通过低剪切自分流装置的上出水孔注入锚定封隔器分隔的上部油层,另一部分通过管柱连接的单向注入阀注入下部油层。管柱配套扶正器防止低剪切自分流装置的偏心击振。停注后,下层高压返吐,单向注入阀自动关闭,防止地层返吐物进入油管内。管柱分注2层,测试前反洗井将低剪切自分流装置中的钢球洗出,下入流量计对上层进行测试。通过测试全井可以得到下层的注入量,同时可以判断管柱工作状态是否正常[7]。
1.3 技术参数分注层数2,节流范围0.0~2.5 MPa,上、下分流比例2∶1、3∶1,增压范围0.0~3.0 MPa,启动压差1.5 MPa,层间距≥5 m,适用井斜≤50°,适用套管139.7 mm(5 1/2in)、177.8 mm(7 in)。
1.4 配套工具 1.4.1 低剪切自分流装置低剪切自分流装置(见图 2)主要由分流机构、螺杆马达、螺杆泵及万向联轴器等组成。在分层注聚井高、低压层之间安装低剪切自分流装置,注入液体进入分流机构后,分别流向低压层和高压层,利用高压与低压注入层之间的压差驱动井下螺杆马达转动,马达连接螺杆泵同步运转,将注入液体增压到不小于高压层注入压力,使高压层注入合格[8]。
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| 图 2 低剪切自分流装置结构示意图 Fig.2 Structural schematic of the low shear self-diverting device 1—上接头;2—分流管;3—水力螺杆马达;4—外管;5—上万向联轴器;6—中空主轴;7—推力轴承;8—主轴外管;9—下万向联轴器;10—水力螺杆泵。 |
1.4.2 锚定封隔器
锚定封隔器(见图 3)通过限位机构将封隔器径向连接为一体,同时内、外中心管轴向上发生相对运动,不影响其正常坐封;锚定卡瓦设计为横牙和竖牙2种对称结构,既能够轴向上支撑,又能径向上锚定。限位和锚爪机构实现了整个工具的防转和锚定,提高了封隔器的工作可靠性。通过上提下放管柱撑出卡瓦,依靠管柱重力挤压胶筒,保证胶筒在轴向挤压下完全坐封,横向和纵向卡瓦牙可防止管柱径向旋转扭曲或螺纹松动[9]。
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| 图 3 锚定封隔器结构示意图 Fig.3 Structural schematic of the anchor packer 1—上接头;2—调节环;3—压缩胶筒;4—防转锁块;5—横纵卡瓦;6—卡瓦托;7—外管;8—弹簧;9—导向体;10—轨道中心管。 |
1.4.3 单向注水阀
常用注水阀外部有节流阀,注水时需克服阀嘴节流,不利于高压层的注水开发[10-11]。因此设计了无节流单向注水阀。单向注水阀(见图 4)主要由桥式主体、阀球和阀座组成。
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| 图 4 单向注水阀结构示意图 Fig.4 Structural schematic of the one way water injection valve 1—上接头;2—桥式主体;3—中心短节;4—阀球阀座;5—压帽;6—下接头。 |
桥式主体包括一体式结构的内筒和外筒,其中内筒为1个只有下端开口的倒U形结构,而外筒与内筒之间为上、下贯通的通道。在内筒的底端安装阀座,阀座内径小于放置于内筒中的阀球的直径,内筒开设径向贯通的通孔用于连通内筒内腔和内、外筒之间的通道。正常注水状态下,钢球被水力推出水孔上端,在无压差节流状态下注水,停注后,依靠钢球自身重力回落至球座,防止地层高压进入油管中,同时注入水中的杂质能够在桥式通道内继续下沉,防止注水阀堵塞。
2 室内及现场试验 2.1 室内试验通过地面大排量试压泵对注聚装置注水,来水分2部分,分别流向高压端和低压端,低压端和高压端的出水闸门控制出水量,通过电磁流量计和压力表记录上、下出液端相关数据,取值点间隔20 s。3∶1型和2∶1型调压泵水量分布曲线和压力分布曲线分别如图 5和图 6所示。从图 5可知,改变试压泵排量,减压口与增压口出水量比例始终保持不变,流量分布稳定。
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| 图 5 3∶1型和2∶1型调压泵水量分布曲线 Fig.5 Water distribution of the 3∶1 typeand 2∶1 type pressure regulation pump |
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| 图 6 3∶1型和2∶1型压泵调压力分布曲线 Fig.6 Pressure distribution of the 3∶1 type and 2∶1 type pressure regulation pump |
从图 6可知,系统启动压差1.5 MPa,在分流比3∶1和2∶1条件下,降压幅度保持在1.0~2.0 MPa之间,增压幅度稳定在2.0~3.0 MPa,上、下层压差达到3.0~5.0 MPa,增压系统运转稳定。
2.2 现场试验选取7-41N245井进行现场试验。为了解各注水层吸水状况,对各注水层进行试挤。下入分层试挤管柱(光油管+Y211-150封隔器)至设计深度,首先测试下层吸水状况,在油管内依次加压8.6、9.5、10.4和11.1 MPa,计量各压力点对应的流量,绘制下层指示曲线(见图 7);再测试上层吸水状况,对油套环空依次加压6.2、8.5、10.1和12.1 MPa,计量各压力点对应的流量,绘制上层指示曲线(见图 7)。通过对比发现上、下层吸水差异较大,上层吸水能力较强,下层较差,根据各层配注量大小(上层180 m3/d ,下层60 m3/d)和层间压差,选取3∶1型调压装置下井试验。
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| 图 7 分层测试曲线 Fig.7 Separate layer test curve |
下入自分流式井下调压注聚工艺管柱后,油压9.3 MPa,总注入量235 m3/d,低渗层增压至11.0 MPa,实注56 m3/d,高渗层降压至7.8 MPa,实注179 m3/d,各层均达到配注要求。管柱已在井下试验6个月,运转正常。
3 结 论(1) 自分流式井下调压注聚工艺管柱解决了注聚井油层吸聚状态不稳定以及压力波动严重的问题,通过自分流装置无需调配即可实现各层的注入,满足各层配注要求,同时在总注入量变化的条件下,可以实现各层按比例分配。
(2) 低剪切自分流装置内采用螺杆马达和螺杆泵实现对聚合物的无剪切注入,保证了注聚黏度,同时能够自动适应油层压力的波动,在压力调节范围内保持分层流量比例不变。
(3) 形成了同井内高、低压层间水力螺杆驱动调压注聚技术,利用水力螺杆机械传动,用低压层节流损失的能量提高高压层注入压力,实现了能量的合理转换,达到了节能降耗的目的。
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