空心單管分層注聚工藝優(yōu)化及其在勝利油田的應(yīng)用

唐高峰

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東 東營 257000)

空心單管分層注聚工藝優(yōu)化及其在勝利油田的應(yīng)用

唐高峰

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東 東營 257000)

針對空心單管分層注聚工藝在注聚井多層分注應(yīng)用中存在的測試結(jié)果前后差異大、測調(diào)圖版通用性差等問題，開展了單管分層注聚測調(diào)工藝優(yōu)化研究，根據(jù)注入情況，分析計(jì)算不同聚合物的注入粘度和測調(diào)曲線的偏移量，修正測調(diào)圖版?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明：改進(jìn)后的工藝測調(diào)成功率提高36%，層段合格率提高22%，有效降低了測調(diào)費(fèi)用和工作量，對注聚區(qū)的穩(wěn)定開發(fā)具有重要意義。

分層注聚 空心單管 工藝優(yōu)化 圖版修正

1 概況

單管分層注聚工藝技術(shù)因分注層數(shù)多，在現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用[1-3]。勝利油田注聚驅(qū)油藏非均質(zhì)性嚴(yán)重，籠統(tǒng)聚驅(qū)開發(fā)過程中，聚合物進(jìn)入高滲層，薄差油層動(dòng)用程度低，層間矛盾突出。為進(jìn)一步緩解層間矛盾，提升三次采油開發(fā)效果，結(jié)合勝利聚驅(qū)油藏出砂、返吐嚴(yán)重，油層埋藏深，污水混注等特點(diǎn),研究配套了密閉防返吐分層注聚工藝技術(shù)[3],見圖1。其特征是井下采用一趟注聚工藝管柱，通過封隔器分隔油層，聚合物經(jīng)各級配聚器實(shí)現(xiàn)2～4層分段注入。該項(xiàng)技術(shù)在勝采、孤東、孤島采油廠進(jìn)行了29口井的現(xiàn)場試驗(yàn)，通過對分注井注入狀態(tài)的持續(xù)跟蹤分析，原測試圖版通用性低，需反復(fù)測試調(diào)配，嚴(yán)重影響了分層注聚井的層段合格率和現(xiàn)場推廣實(shí)施進(jìn)展。

2 問題分析

2.1調(diào)配曲線通用性較差，需要反復(fù)投撈調(diào)試，工作量大

調(diào)配分層流量時(shí)，下入節(jié)流芯子對超注層的注入量進(jìn)行控制，不同流量下，壓差大小的控制主要通過節(jié)流芯子的長短來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場調(diào)配時(shí)采用前期現(xiàn)場試驗(yàn)形成的壓差-流量曲線圖版，實(shí)施中發(fā)現(xiàn)調(diào)配曲線并不適用于每口注聚井，按照曲線圖版選取的配聚芯子不能達(dá)到實(shí)際壓差節(jié)流量的控制要求，單井符合度較低，造成調(diào)配過程復(fù)雜，需要反復(fù)進(jìn)行投撈試驗(yàn)進(jìn)行規(guī)律摸索，現(xiàn)場工作量較大，影響各井正常生產(chǎn)(見圖2)。

圖1 單管分層注聚管柱

圖2 配聚器芯子節(jié)流原理

圖3 芯子投撈示意

2.2注聚芯子投撈易遇阻，影響投撈成功率

注聚井注入聚合物溶液為非牛頓彈性流體，聚合物長期在污水混注狀態(tài)下，管柱內(nèi)壁或者尾端容易形成塊狀或團(tuán)狀的聚合物堆積，當(dāng)管柱內(nèi)下入測調(diào)儀器進(jìn)行分層測調(diào)時(shí)，造成測調(diào)儀器下放或者上提遇阻，特別是需要打撈或者投送配聚芯子時(shí)，由于配聚芯子外徑在53～57 mm,長度在50～2 300 mm(最長時(shí)6節(jié))，井筒中上提或者下放時(shí)更容易在27/8TBG油管內(nèi)遇卡，影響投撈調(diào)配效率和成功率[4](見圖3)。

3 分層注聚工藝優(yōu)化研究

3.1分層測試工藝優(yōu)化

注聚井采用單泵對單井的注入模式，注入井筒中聚合物為母液與污水的混合物，當(dāng)母液和污水比例發(fā)生改變時(shí)，聚合物的濃度和粘度同步發(fā)生變化，最終影響流量計(jì)的測試結(jié)果。一般進(jìn)行分層測試時(shí)，通過調(diào)節(jié)注聚站單井的污水閘門控制壓力點(diǎn)，求取對應(yīng)井中各層的吸水指數(shù)，閘門調(diào)節(jié)將改變污水量的大小，造成出口聚合物母液與污水比例的變化，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，影響后期調(diào)配。為了保證單井注入聚合物的粘度恒定，根據(jù)實(shí)際配注情況對井下分層測試工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

(1)全井配注量小于100 m3/d，井口閘門壓點(diǎn)測試。調(diào)節(jié)井口閘門快速壓點(diǎn)測試，測試過程中地層注入的聚合物為井下管柱內(nèi)原有聚合物，粘度未發(fā)生改變，測試時(shí)間控制在1 h以內(nèi)，第一個(gè)壓力點(diǎn)不調(diào)節(jié)閘門直接測試，后調(diào)節(jié)2～3個(gè)壓力點(diǎn)進(jìn)行分層測試。

(2)全井配注量大于100 m3/d，注聚站壓點(diǎn)測試。在不改變污水和母液配比條件下，在注聚站同步調(diào)節(jié)污水閘門和聚合物母液量控制壓力點(diǎn)，測試過程中聚合物粘度要求恒定，第一個(gè)壓力點(diǎn)不調(diào)節(jié)閘門直接測試，后調(diào)節(jié)2～3個(gè)壓力點(diǎn)進(jìn)行分層測試[5]。

3.2單井測調(diào)曲線圖版優(yōu)化

調(diào)配前對井口注入聚合物取樣，通過聚合物粘度分析，完成曲線公式的修正和測調(diào)曲線圖版的繪制，指導(dǎo)單井測調(diào)工作，具體步驟如下：

(1)井口取樣，通過粘度流變儀測出注入聚合物流變曲線，模擬曲線公式，求出冪律指數(shù)和稠度系數(shù)，其中

μ=Kγn-1

(1)

式中，μ為粘度，mPa·s；γ為剪切速率，s-1；K為稠度系數(shù)；n為冪律指數(shù)。

圖4 粘度變化與剪切速率變化曲線

用數(shù)學(xué)回歸方法按照上述公式對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，得到稠度系數(shù)和冪律指數(shù)，如圖4，測試得到的流變曲線公式擬合后為：y=14.992x-0.143 4，數(shù)據(jù)回歸得到稠度系數(shù)K=14.992，冪律指數(shù)n=0.856 6。

(2)將冪律指數(shù)n和稠度系數(shù)K代入經(jīng)驗(yàn)公式，模擬計(jì)算不同流速下對應(yīng)雷諾數(shù)值：

(2)

式中，Re為雷諾數(shù)；D0為工作筒直徑，mm；Di為芯子外徑，mm；v為流速，m/s；ρ為密度，kg/m3。

(3)根據(jù)雷諾數(shù)大小，代入已知的摩阻系數(shù)λ計(jì)算公式：

λ=-0.023 5ln(Re)+0.288 6,Re≤2 000
λ=-0.089 7ln(Re)+0.791 8,Re>2 000

(4)將計(jì)算出的摩阻系數(shù)代入節(jié)流方程，求取節(jié)流壓差：

(3)

式中，△p為節(jié)流壓差，MPa；L0為節(jié)流芯子長度，mm。

(5)根據(jù)流量和壓差的對應(yīng)關(guān)系，建立不同芯子長度下的節(jié)流曲線圖版，如圖5。

圖5 流量-壓差圖版

(6)通過圖版進(jìn)行節(jié)流芯子長度選擇。

實(shí)例：對GO7-23N374井進(jìn)行優(yōu)化，該井上層配注80 m3/d，下層100 m3/d，分層測試結(jié)果顯示上層實(shí)注117 m3/d，下層實(shí)注56 m3/d，需要控制上層注入量，投入節(jié)流芯子的外徑為53 mm，工作筒內(nèi)徑為55 mm。首先在井口對聚合物取樣，測試聚合物流變曲線如圖6所示。

圖6 GO7-23N374井聚合物流變曲線

表1 GO7-23N374井不同流量下對應(yīng)的雷諾數(shù)

通過擬合曲線方程，得到冪律指數(shù)n=0.892 3，稠度系數(shù)K=10.49，將測試結(jié)果代入雷諾數(shù)方程，計(jì)算不同注入量下的雷諾數(shù)，結(jié)果見表1。

將雷諾數(shù)代入摩阻系數(shù)計(jì)算方程(Re≤2 000)，得到不同摩阻系數(shù)值，再次代入節(jié)流方程，即可得到1～6節(jié)長度的注聚芯子，在不同流量下對應(yīng)的節(jié)流壓差曲線圖版,見圖7。

圖7 GO7-23N374井流量壓差曲線

3.3規(guī)范注聚芯子打撈與投送

3.3.1 芯子打撈

(1)打撈前，停注母液，單注污水24 h，將管柱和井筒內(nèi)聚合物驅(qū)入地層。

(2)地面配套鋼絲(2.0～2.4 mm)測調(diào)設(shè)備，攜帶專用防噴管和打撈工具，對井下配聚芯子進(jìn)行打撈[6]。

(3)打撈工具下行遇阻時(shí)，需要進(jìn)行反洗井，具體操作見注聚井反洗要求。

(4)打撈工具下到位后，打撈設(shè)備要逐級加力，加力載荷小于5 000 kN。

(5)當(dāng)打撈力超過額定載荷后，通過套管反注，油管緩慢放壓進(jìn)行液力助撈；

(6)芯子捕撈后起出過程中，通過油層井段時(shí)上提速度控制在10 m/min，井口100 m以下上提速度控制在30 m/min，100 m以上速度控制在10 m/min。

3.3.2 芯子投送

(1)投送前，停注母液，單注污水24 h，將管柱內(nèi)聚合物驅(qū)入地層，同時(shí)對配聚器工作筒中與芯子的配合面進(jìn)行清洗。

(2)井口安裝防噴管，使用投送爪將配聚芯子投入井筒中。

(3)地面配套鋼絲(2.0～2.4 mm)測調(diào)設(shè)備，攜帶投送工具，將投入井筒中的芯子推送至工作筒內(nèi)，上提后快速下放投送工具對配聚芯子進(jìn)行撞擊，連續(xù)操作3次，保證芯子到位。

(4)后起出投送工具，起出時(shí)，通過油層井段時(shí)上提速度控制在20 m/min，井口100 m以下上提速度控制在30 m/min，100 m以上速度控制在10 m/min[7]。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2014年6月至10月期間，針對空心單管分層注聚技術(shù)在測試、調(diào)配、投撈等環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，在勝采、孤島、孤東等采油廠對單管分層注聚工藝進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)化了分層測試工藝，規(guī)范測調(diào)曲線圖版，改進(jìn)注聚芯子打撈與投送方法，現(xiàn)場試驗(yàn)15口井(見表2)，一級兩段13口，兩級三段2口，測試調(diào)配102井次，截至目前測調(diào)合格10口井19層，層段合格率59.3%，提高22%，測調(diào)成功率提高了36%，有效降低了重復(fù)測調(diào)費(fèi)用和工作量，提高了分層注聚井開發(fā)效果。

表2 現(xiàn)場應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論與認(rèn)識

空心單管分層注聚技術(shù)的難點(diǎn)主要在測試調(diào)配環(huán)節(jié)，現(xiàn)場測試調(diào)配需根據(jù)各區(qū)塊的實(shí)際情況，修正不同粘度下的節(jié)流壓差曲線，測試調(diào)配工作量大。通過前期試驗(yàn)總結(jié)了一定的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，提高了注聚井的測調(diào)效率和層段合格率，但是從油田注聚工程的整體系統(tǒng)考慮提出以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

(1)提高配聚污水的水質(zhì)。從現(xiàn)場測調(diào)情況看，配聚污水水質(zhì)差，尤其是污水中固體懸浮顆粒會同聚合物共同作用，造成配聚器注聚通道堵塞，從而影響管柱工作的可靠性。

(2)延長聚合物溶解時(shí)間，并配套粗濾和精濾雙層過濾裝置，使聚合物母液溶解更加充分均勻，防止堆積后形成團(tuán)狀或塊狀堵塞管柱，影響后期測調(diào)和洗井。

(3)配聚芯子節(jié)流壓差大小對注入聚合物的粘度變化影響較大，注入過程中要保持聚合物粘度穩(wěn)定。

[1] 耿朝暉，劉清偉，聚合物單管分層注入工藝研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006，25(增刊)：38-41.

[2] 馮定,李喜梅,黃朝斌,等.分層注聚配注器環(huán)空聚合物流動(dòng)研究[J].石油機(jī)械，2009，37(lO):7-10.

[3] 肖虎,唐高峰.空心單管分層注聚技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].石油機(jī)械,2010,38(1):60-62.

[4] 金勇才,樊時(shí)華.高效測調(diào)分層注水工藝技術(shù)在吐哈油田的應(yīng)用[J].中國化工貿(mào)易,2014(1):228,379.

[5] 張書進(jìn),王中國.大慶油田提高測調(diào)效率工藝技術(shù)新進(jìn)展[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2010,28(5):243-245.

[6] 程朝華.提高調(diào)配成功率對策研究[J].科技向?qū)?203(8):374,383.

[7] 張艷鳴.分層注水井小井距配水投撈技術(shù)的研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2014(6):107-108.

(編輯 謝 葵)

Process optimization of separate-layer polymer injectionby single hollow tube and its application in Shengli Oilfield

Tang Gaofeng

(PetroleumEngineeringTechnologyResearchInstituteofShengliOilfieldCompany，SINOPEC,Dongying257000，China)

Aiming at the problems of separate-layer polymer injection by single hollow tube，such as big differences before and after testing，poor universality of testing charts，the testing process was optimized.According to the injection conditions，the viscosity of various polymer solutions and the offset of testing curves were analyzed and calculated to amend the testing charts.The field application results showed that after improving testing process，the testing success rate and the qualified rate of separate-layer were increased by 36% and 22%，respectively.Thus this can reduce effectively the cost and workload of testing，which is significant to the stable development of the polymer injection area.

separate-layer polymer injection；single hollow tube；process optimization；test chart correction.

TE357.4

A

2015-02-13；改回日期2015-04-15。

唐高峰(1960—)，高級工程師，多年從事油田開發(fā)及管理工作。電話:0546-8791798，E-mail:weilx@163.com。

“十二五”國家重大專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目“勝利油田特高含水期提高采收率技術(shù)”(2011ZX05011)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.03.018