投球分層注水工藝模擬試驗(yàn)

鄭亮（遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）

投球分層注水工藝模擬試驗(yàn)

鄭亮（遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）

研制了可視化的投球分層注水模擬實(shí)驗(yàn)裝置。利用該裝置研究了多層不同吸水量剖面工況下調(diào)剖球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和封堵規(guī)律。并通過試驗(yàn)，驗(yàn)證了多層不同吸水量剖面工況下，調(diào)剖球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、封堵效果與剖面吸水流量占比、目標(biāo)層深度等因素具有重大相關(guān)性，其中剖面吸水流量占比是首要影響因素，目標(biāo)層吸水流量占比大于60%時(shí)，投球工藝效果普遍較好。

投球；分層注水；模擬；試驗(yàn)

投球分層注水工藝是一種新型的分注調(diào)剖工藝。該工藝針對(duì)工具無法下入、層內(nèi)矛盾無法解決的特殊注水井，通過井口或井內(nèi)投球，利用調(diào)堵球選擇性封堵炮眼，實(shí)現(xiàn)注水層間剖面的調(diào)整，提高細(xì)分注水效果。該具有施工工藝簡(jiǎn)單、工作量小、費(fèi)用低、不污染地層環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在遼河油田普遍存在的大斜度井、套損（變）井、出砂嚴(yán)重井，以及夾層發(fā)育不良或超薄隔層油藏具有廣闊的應(yīng)用前景。筆者研制了可視化的投球分層注水模擬實(shí)驗(yàn)裝置。本文利用該裝置研究了多層不同吸水量剖面工況下調(diào)剖球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和封堵規(guī)律。

1 模擬試驗(yàn)系統(tǒng)研制

根據(jù)投球分層注水工藝技術(shù)原理與試驗(yàn)需求，自主研制了投球分層注水模擬實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置模擬管柱采用高強(qiáng)度有機(jī)玻璃制成，在管壁螺旋分布直徑圓洞模擬射孔套管，高強(qiáng)度有機(jī)玻璃管連接三個(gè)出水口模擬吸水地層。通過調(diào)節(jié)主閥門及節(jié)流閥門的大小來控制干線排量，通過與有機(jī)玻璃管連接的3個(gè)回路閥門來控制回水量大小，通過流量計(jì)觀測(cè)干線及各回路流量。在投球閥門控制的三通處進(jìn)行投球操作。該裝置模擬多層不同吸水量剖面工況下投球分層注水工藝，具有投球運(yùn)動(dòng)、封堵狀態(tài)直觀可視，注水流量、剖面吸水量動(dòng)態(tài)可調(diào)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可測(cè)的特點(diǎn)。

2 模擬試驗(yàn)方法與效果評(píng)價(jià)方法

2.1 多層不同吸水量剖面工況的模擬方法

在實(shí)際工況下，多層剖面的不同吸的現(xiàn)象是由地層壓力，油層孔隙率等多種因素綜合作用的結(jié)果。為了在試驗(yàn)中模擬多層不同吸水量剖面的工況，通過對(duì)閥門的調(diào)節(jié)流量的原理進(jìn)行了分析。管道中的流體流經(jīng)閥門時(shí)，其流動(dòng)參數(shù)可以由流體力學(xué)的公式求解。由于閥口為薄壁孔口，其流量公式可以由伯努利方程推導(dǎo)得出：

式中：q為流經(jīng)閥口的流量；C為常量；A（x）為閥門的過流斷面面積；Δp為閥口兩端的壓力差。

因此，采用地層吸水量特性閥門調(diào)節(jié)的模擬方法可以實(shí)現(xiàn)模擬多層不同吸水量剖面工況，解決了多層不同吸水量剖面工況的模擬技術(shù)難題。

2.2 模擬試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)方法

在投球分層注水模擬試驗(yàn)中，試驗(yàn)效果的科學(xué)評(píng)價(jià)是關(guān)鍵所在。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)和工藝原理，采用直觀定性評(píng)價(jià)和流量及流量占比變化定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，分析評(píng)價(jià)分注調(diào)剖工藝模擬試驗(yàn)效果。

2.2.1 直觀定性評(píng)價(jià)

利用實(shí)驗(yàn)裝置透明可視的特點(diǎn)，將試驗(yàn)效果描述為封堵、部分封堵或未封堵。根據(jù)各層封堵孔數(shù)判斷封堵效果。

2.2.2 流量及流量占比變化定量評(píng)價(jià)

設(shè)定評(píng)價(jià)參數(shù)L和β，L為注水流量；β為單層分注流量占比，單位為%。以第一層為例：

L=L1前-L1后其中L為第一層流量變化，L1前與L1后為第一層投球前后單層流量

β1前=L1前/L前其β1前為第一層投球前單層分注流量占比，L前為投球前注水總流量

β1后=L1后/L后其β1后為第一層投球后單層分注流量占比，L后為投球后注水總流量

通過比較投球前后L（注水流量）與β（單層分注流量占比）的變化來評(píng)價(jià)投球分注調(diào)剖工藝模擬試驗(yàn)效果。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

多層不同吸水量剖面工況下，調(diào)剖球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、封堵效果與剖面吸水流量占比、注水流量、目標(biāo)層深度等因素具有重大相關(guān)性。下圖為同一注水流量下，投球前后流量占比變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注水流量2.5m3/h，初始流量占比為7：2：1；投球后，流量占比為4：2.9：3.1投球有效封堵高吸水層，達(dá)到了投球目的。

4 結(jié)語

4.1 試驗(yàn)表明，投球分層注水工藝可有效實(shí)現(xiàn)多層不同吸水量剖面工況下選擇性注水層間剖面的調(diào)整，提高細(xì)分注水效果。

4.2 剖面吸水流量占比是首要影響因素，目標(biāo)層吸水流量占比大于60%時(shí)，投球工藝效果普遍較好。

4.3 在目標(biāo)剖面吸水流量占比較小時(shí)，注水流量和目標(biāo)層深度共同決定了投球工藝效果。目標(biāo)層在底部時(shí)，注水量大，投球效果較好；目標(biāo)層在頂部時(shí)，注水量小，投球效果較好。