環(huán)空壓力控制閥的研究與應(yīng)用

宋 海，張 杰

（中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，烏魯木齊 830011）①

環(huán)空壓力控制閥的研究與應(yīng)用

宋 海，張 杰

（中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，烏魯木齊 830011）①

塔河油田部分區(qū)塊為特稠、超稠油藏，大多采用摻稀降黏生產(chǎn)方式，在完井作業(yè)時(shí)需要考慮摻稀通道的問(wèn)題。對(duì)稠油井中帶有封隔器的完井生產(chǎn)管柱，通常下入摻稀滑套；常規(guī)滑套需要對(duì)管柱進(jìn)行正加壓打開(kāi)循環(huán)通道，滑套內(nèi)部存在明顯的縮徑機(jī)構(gòu)，對(duì)酸壓施工的泵壓和排量有一定的限制；影響了儲(chǔ)層改造的效果。環(huán)空壓力控制閥不需投球，只需對(duì)環(huán)空進(jìn)行加壓即可打開(kāi)閥孔，不會(huì)對(duì)酸壓和生產(chǎn)造成影響，能夠更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。

稠油；摻稀降黏；環(huán)空壓力控制閥

塔河油田部分區(qū)塊屬于典型的稠油油藏，具有密度大、黏度高、流動(dòng)性差的特點(diǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，地面原油黏度最高達(dá)到18×104m Pa·s（60℃）。稠油開(kāi)采的關(guān)鍵是降低原油的黏度，改善原油的流動(dòng)性。塔河工區(qū)多采用摻稀降黏的開(kāi)采方式。

塔河稠油井完井生產(chǎn)管柱分為光管柱和帶封隔器的管柱2種。光管柱由于不存在封隔器，摻稀作業(yè)可以直接在喇叭口處進(jìn)行；對(duì)于帶封隔器管柱，封隔器將環(huán)空上下隔開(kāi)，為了滿足摻稀生產(chǎn)的要求，需在封隔器上部設(shè)計(jì)摻稀滑套，以確保摻稀通道的暢通。常規(guī)的滑套主要由外筒、芯軸（含密封件）、球座（含縮徑機(jī)構(gòu)）及2個(gè)流動(dòng)通道（A通道和B通道）等組成［1-2］。其中，A通道為連通油管與環(huán)空的閥孔；B通道為滑套內(nèi)通道，如圖1所示。

圖1 摻稀滑套結(jié)構(gòu)

在入井時(shí)，A流道被芯軸上的密封機(jī)構(gòu)阻斷，B流道是暢通的，可以進(jìn)行洗井、替漿等作業(yè)。待測(cè)試求產(chǎn)時(shí)，需投球打開(kāi)A流道，從油管內(nèi)投入對(duì)應(yīng)尺寸的球，對(duì)油管進(jìn)行正加壓，推動(dòng)芯軸下行，露出A通道，油管與環(huán)空連通，即可進(jìn)行摻稀作業(yè)；之后繼續(xù)對(duì)油管加壓直至打掉球座，使B流道重新暢通，地層產(chǎn)出稠油流動(dòng)至A流道時(shí)與摻稀油混合，達(dá)到降低原油黏度的目的。

對(duì)于漏失比較嚴(yán)重的稠油井，考慮井控的安全，通常停止鉆進(jìn)直接進(jìn)行測(cè)試求產(chǎn)。一方面測(cè)試管柱需要滿足摻稀的要求；另一方面如果測(cè)試效果不好，還需進(jìn)行酸壓改造，測(cè)試管柱還需滿足酸壓的要求。常規(guī)的滑套存在縮徑機(jī)構(gòu)［3-4］，對(duì)改造效果有一定的影響，為了克服這一不足，同時(shí)滿足摻稀生產(chǎn)和后期可能的酸壓施工要求，研制了環(huán)空壓力控制閥，并取得了良好的應(yīng)用效果。

1 環(huán)空壓力控制閥

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

環(huán)空壓力控制閥結(jié)構(gòu)如圖2所示，由上接頭、O形密封圈、閥孔、剪切銷釘、外套筒、自鎖機(jī)構(gòu)、可移動(dòng)閥體及下接頭等組成。

圖2 環(huán)空壓力控制閥結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

環(huán)空壓力控制閥在入井時(shí)閥孔處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)油管與環(huán)空是不連通的。當(dāng)漏失井需要進(jìn)行替漿作業(yè)或酸壓井需摻稀試油時(shí)，需要打開(kāi)控制閥的閥孔，從環(huán)空進(jìn)行加壓，壓力作用在可移動(dòng)閥體的承壓端面上，承壓端面所承受的壓力可傳遞到剪切銷釘，當(dāng)承壓端面受到的壓力超過(guò)剪切銷釘?shù)募羟辛r(shí)，剪切銷釘斷脫，環(huán)空壓力推動(dòng)可移動(dòng)閥體向下移動(dòng)，閥孔逐漸露出。可移動(dòng)閥體的外表面和自鎖機(jī)構(gòu)的內(nèi)表面均有棘齒，當(dāng)可移動(dòng)閥體向下移動(dòng)到表面棘齒與自鎖機(jī)構(gòu)的棘齒相互咬合時(shí)，閥孔完全打開(kāi)；同時(shí)由于自鎖結(jié)構(gòu)的作用，可移動(dòng)閥體保持固定，油管與環(huán)空的流動(dòng)通道形成。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1） 棘齒咬合牢固［5］可移動(dòng)閥體的外表面棘齒向上傾斜，自鎖結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面棘齒向下傾斜，二者咬合緊密，能夠有效地固定可移動(dòng)閥體。

2） 剪切銷釘設(shè)計(jì)靈活［6］具體可根據(jù)環(huán)空壓力控制閥的下深、壓井泥漿的密度以及封隔器坐封要求等，選擇合適數(shù)量的銷釘，以滿足施工的要求。

1.4 主要技術(shù)參數(shù)

塔河油田常用的環(huán)空壓力控制閥最大外徑為?127 mm，最小內(nèi)徑為?61 mm，總長(zhǎng)0.78 m，工作溫度150℃，適應(yīng)套管內(nèi)徑為?152～?168 mm。

1.5 適用范圍

環(huán)空壓力控制閥具有環(huán)空壓力控制、內(nèi)通徑大的特點(diǎn)，結(jié)合塔河油田的實(shí)際工況，可用于以下作業(yè)中：

1） 壓井作業(yè) 與常用壓井滑套類似，首先隨完井管柱入井，后期進(jìn)行修井作業(yè)時(shí)，若井筒堵塞導(dǎo)致無(wú)法建立循環(huán)時(shí)，可對(duì)環(huán)空加壓打開(kāi)閥孔，建立壓井循環(huán)通道。

2） 稠油摻稀 塔河油田目前多將其應(yīng)用到摻稀作業(yè)中，在控制閥閥孔打開(kāi)后即可實(shí)現(xiàn)稠油與摻稀油的混合，從而達(dá)到降黏的目的。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

TH245CH井是塔河油田主體區(qū)1口稠油側(cè)鉆水平井，采用四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到避水的目的，側(cè)鉆點(diǎn)上提，三開(kāi)下入膨脹管固井完井，四開(kāi)采用?120.65 mm鉆頭進(jìn)行裸眼完井。該井需要分層改造評(píng)價(jià)，測(cè)試求產(chǎn)需要摻稀。為了同時(shí)滿足酸壓和摻稀的需要，管柱中下入封隔器和環(huán)空壓力控制閥。

2.1 管柱結(jié)構(gòu)

該井酸壓完井管柱組合為：油管＋環(huán)空壓力控制閥＋套管封隔器＋油管＋水力錨＋裸眼封隔器＋球座＋篩管＋圓頭盲堵引鞋，其中套管封隔器和裸眼封隔器均為液壓封隔器，需投球；加壓坐封。如圖3。

圖3 TH245CH井結(jié)構(gòu)

裸眼封隔器是為了封隔上部裸眼段，使壓裂液僅作用于下部?jī)?chǔ)層段；水力錨主要是起到錨定的作用，在酸壓施工時(shí)保護(hù)裸眼封隔器與油管；篩管與圓頭盲堵引鞋配合使用是為了接住打掉的球座，避免井下落物；套管封隔器的作用是在對(duì)環(huán)空進(jìn)行加壓開(kāi)啟環(huán)空壓力控制閥時(shí)保護(hù)下部膨脹管。

2.2 施工步驟

1） 為了后期順利下入完井管柱，進(jìn)行刮管、通井和模擬通井等井筒處理。

2） 拆井口、下入酸壓完井管柱、裝采油樹(shù)。

3） 替漿、洗井、坐封封隔器、驗(yàn)封：連接好加壓管線之后，對(duì)管柱進(jìn)行正加壓，逐級(jí)加壓5.0、8.0、11.0、14.0、17.0、20.0 MPa，各穩(wěn)壓3 min后泄壓至0，再次重復(fù)逐級(jí)正加壓1次，仍各穩(wěn)壓3 min后泄壓至0，裸眼封隔器及套管封隔器完全坐封；之后環(huán)空加壓15.0 MPa，穩(wěn)壓15 min無(wú)壓降，驗(yàn)封合格，泄套壓至5.0 MPa；然后再正加壓0～22.0 MPa降至19 MPa，表明坐封球座被擊落，此時(shí)環(huán)空壓力控制閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)。

4） 酸壓施工：泵壓17.4～93.1 MPa，套壓4.7～19.2 MPa，排量0.5～5.9 m3／min；共正注液體655 m3，擠入地層總液量625 m3；停泵20 min測(cè)壓降，泵壓由17.4 MPa降至17.0 MPa，酸壓施工過(guò)程中封隔器坐封良好，有效地保護(hù)了環(huán)空。

5） 測(cè)試、求產(chǎn)：見(jiàn)稠油以后進(jìn)地面測(cè)試流程，先正擠1個(gè)油管容積的摻稀油入井，將稠油擠回地層，之后環(huán)空加壓打開(kāi)控制閥：從環(huán)空依次加壓3.8、32.0、18.0、3.8 MPa，壓力突降顯示控制閥打開(kāi)，之后即可進(jìn)行摻稀生產(chǎn)。

2.3 工況分析

1） 環(huán)空壓力控制閥的內(nèi)徑為61 mm，幾乎與?73.0 mm（2 7/8英寸）油管內(nèi)徑（62 mm）相同，實(shí)現(xiàn)了管柱大通徑；最高泵壓和最大排量分別為93.1 MPa和5.9 m3／min，有利于酸壓施工。

2） 在封隔器坐封以后，驗(yàn)封時(shí)環(huán)空加壓壓力為15 MPa，環(huán)空壓力控制閥的閥孔開(kāi)啟壓力為32 MPa，壓力相差較大，有利于現(xiàn)場(chǎng)操作，封隔器與控制閥壓力設(shè)置互不干擾，均能正常工作。

3 結(jié)論

1） 常規(guī)滑套內(nèi)部存在明顯的縮徑機(jī)構(gòu)，對(duì)酸壓施工的泵壓、排量等造成一定的限制，影響了儲(chǔ)層改造的效果。

2） 環(huán)空壓力控制閥采用環(huán)空加壓的方式，節(jié)省了投球、候球入座等的時(shí)間，避免了因誤投鋼球造成的中途開(kāi)啟或球座多次加壓后密封不嚴(yán)的問(wèn)題，可以取代壓井或摻稀滑套，用于塔河油田的壓井或稠油摻稀作業(yè)。

3） 環(huán)空壓力控制閥在TH245CH井的成功應(yīng)用，表明控制閥性能可靠，能夠滿足塔河稠油井酸壓和摻稀的作業(yè)要求。

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Development and Application of Annulus Pressure Control Valve

Part of the block reservoir in Tahe oilfield is the characters of extra or super heavy oil，for this kind of heavy oil reservoir，mining method of mixing thin oil of viscosity reduction is usually adopted to reduce the viscosity of crude oil when completion operation the method of mixing light oil channel should be considered.When completion string is with a packer in heavy oil wells，it is usually designed with dilute sliding sleeve.The conventional sliding sleeve needs to pitch，suppressed to open flow channel，sliding sleeve contains reducing mechanism，which limits the pump pressure and discharge of fracturing operation.Annulus pressure control valve does not need to pitch and suppressed.Only the annulus suppressed can open flow channels，and won t affect acid fracturing and production，it is better to meets the technical requirements for real construction.

heavy oil；mixed thin oil visbreaking；annulus pressure control valve

TE925.3

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.016

1001-3482（2014）09-0059-03

2014-03-21

宋 海（1985-），男，山東菏澤人，碩士，主要從事完井方面的研究，E-mail：591691852＠qq.com。