泵下預(yù)埋式投球可調(diào)層堵水技術(shù)研究

肖 江

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

油田進(jìn)入高含水開發(fā)期，層間和平面矛盾十分突出。為了解決這些矛盾，必須不斷地選擇相對高含水層采取堵水措施，以達(dá)到穩(wěn)油控水的目的。然而，多數(shù)高含水層的封堵都是暫時的，當(dāng)出現(xiàn)新的高含水層或全井含水已超過原來堵水層位的含水時，必須對堵層進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整時，需要作業(yè)施工，費用高，占井時間長，而以往研究的不動管柱調(diào)層堵水技術(shù)［1～4］(壓力脈沖控制技術(shù)、環(huán)空電纜控制技術(shù)、多管液壓控制技術(shù)等)在進(jìn)行生產(chǎn)層的調(diào)整時，存在調(diào)層不可靠、工作量大、成功率低等問題。為此，研究了泵下預(yù)埋式投球可調(diào)層堵水技術(shù)，實現(xiàn)不動管柱調(diào)層堵水。該技術(shù)具有用時短、成本低、調(diào)層成功率高等優(yōu)點。該技術(shù)的實現(xiàn)對改善生產(chǎn)效果、緩解層間矛盾、更大限度地發(fā)揮潛力層生產(chǎn)力、提高采收率具有重大的意義。

1 工作原理

在雙泵筒抽油泵下儲球器內(nèi)預(yù)埋大量鋼球，根據(jù)堵水需要，上提下放抽油桿，每下放一次抽油桿，則儲球器只能釋放一個鋼球，堵水管柱的各層配產(chǎn)器內(nèi)裝有電動開關(guān)和記錄通過球數(shù)的傳感器，通過記錄在規(guī)定時間內(nèi)下放球數(shù)的數(shù)量，指引目的層段的電動開關(guān)動作，達(dá)到調(diào)層目的。

2 工藝設(shè)計

泵下預(yù)埋式投球可調(diào)層堵水管柱的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。它主要由雙泵筒抽油泵、篩管、儲球器、桶桿、智能配產(chǎn)器、封隔器等組成。下面主要介紹一下雙泵筒抽油泵、儲球器、智能配產(chǎn)器的具體結(jié)構(gòu)和工作原理。

2.1 雙泵筒抽油泵結(jié)構(gòu)設(shè)計及原理

2.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

雙泵筒抽油泵結(jié)構(gòu)如圖2 所示，它由上下泵筒、上下柱塞、出油閥、進(jìn)油閥、進(jìn)/排油接頭組成。上下泵筒泵徑不同，上大下小，串接在一起，中心管將上、下柱塞連為一體，進(jìn)、出油閥均設(shè)計在柱塞總成上。

圖1 堵水管柱示意圖

圖2 雙泵筒抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 工作原理

上沖程運動時，柱塞總成上行，上柱塞與下泵筒之間環(huán)腔體積增大，壓力減小，進(jìn)油閥打開，出油閥在油管內(nèi)液柱壓力作用下關(guān)閉，井液經(jīng)進(jìn)/排油接頭進(jìn)入環(huán)腔內(nèi)。

下沖程運動時，柱塞總成下行，上柱塞與下泵筒之間的環(huán)腔體積減小，壓力增大，環(huán)腔中的井液通過進(jìn)/排油接頭使進(jìn)油閥關(guān)閉，出油閥打開，經(jīng)上泵柱塞內(nèi)孔通道排入到油管中。此時，由于進(jìn)油閥關(guān)閉，油管內(nèi)的液柱的壓力通過進(jìn)油閥施加在下柱塞上，強迫柱塞克服稠油的摩擦阻力下行。

2.2 儲球器結(jié)構(gòu)設(shè)計及原理

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

儲球器結(jié)構(gòu)如圖3 所示。它由上下接頭、扶正壓帽、推進(jìn)彈簧、儲球室和彈簧銷子組成。

圖3 儲球器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 工作原理

儲球器可儲存40 ～50 個球，正常生產(chǎn)時不釋放鋼球，彈簧銷子漲出，阻擋鋼球下落，需要釋放鋼球時，把桿柱下放到預(yù)定位置，桿柱擠壓鋼球，壓縮彈簧銷子，鋼球下落。該儲球器連接到雙泵筒抽油泵下部，中間連接一根篩管，采用側(cè)進(jìn)油方式，儲球器內(nèi)采用環(huán)形軌道，使投入井下的球避開拉桿。

2.3 智能配產(chǎn)器結(jié)構(gòu)設(shè)計及原理

2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能配產(chǎn)器結(jié)構(gòu)如圖4 所示，為分體偏心式結(jié)構(gòu)，核心部分由傳感器、電源、控制電路、驅(qū)動電路、電機、行程控制裝置以及開關(guān)閥門等組成。

圖4 智能配產(chǎn)器結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.2 工作原理

智能配產(chǎn)器中每有一個鋼球通過則會記錄一個信號。每層配產(chǎn)器預(yù)置了不同的存儲信息(即感應(yīng)鋼球數(shù))，只有在規(guī)定時間內(nèi)通過此開關(guān)器的鋼球個數(shù)與預(yù)置的存儲信息相符時開關(guān)才會動作，即用鋼球數(shù)量多少產(chǎn)生的不同指令來控制相應(yīng)層段的開關(guān)器動作。

3 調(diào)層控制方法

抽油桿帶動雙泵筒抽油泵柱塞下移，柱塞下端連接桶桿，柱塞碰泵時，桶桿恰好碰能觸落球器中的鋼球，且每次碰泵只能觸落一個鋼球。當(dāng)鋼球從配產(chǎn)器通道經(jīng)過時，每個配產(chǎn)器開始統(tǒng)計一定時間內(nèi)通過自身的鋼球個數(shù)。操作者根據(jù)施工設(shè)計，必須在規(guī)定的時間內(nèi)通過控制抽油桿運動，投放相應(yīng)個數(shù)的鋼球，投放時間間隔則沒有要求。到規(guī)定的時間時，如果經(jīng)過鋼球數(shù)與配產(chǎn)器預(yù)置數(shù)值相同，則電機啟動，把開關(guān)推向相反的位置，并記錄位置狀態(tài)。其它層位的配產(chǎn)器由于經(jīng)過鋼球總數(shù)與自身預(yù)置數(shù)值不同，不發(fā)生任何動作。

4 應(yīng)用實例

4.1 管柱工藝設(shè)計

該工藝設(shè)計從上至下依次為抽油桿、雙泵筒抽油泵、桶桿、篩管、儲球器、丟手接頭、封隔器、智能配產(chǎn)器等，如圖5 所示。

圖5 X3－XX2 井堵水管柱工藝示意圖

X3－XX2 井為三個層位。每個層位安裝一個智能配產(chǎn)器，XI11～XI2 層位對應(yīng)智能配產(chǎn)器1，開關(guān)閥動作預(yù)置鋼球數(shù)為3 個，XII1 +2 層位對應(yīng)智能配產(chǎn)器2，開關(guān)閥動作預(yù)置鋼球數(shù)為4 個，XII5 +6 ～XI19 層位對應(yīng)智能配產(chǎn)器3，開關(guān)閥動作預(yù)置鋼球數(shù)為5 個。

4.2 調(diào)層控制過程

以調(diào)整XI11～XI2 層位為例，調(diào)層時，停止抽油機運行，懸繩器卸下，吊車掛在光桿卡子上，然后下放抽油桿，下放時，發(fā)生碰泵現(xiàn)象，每發(fā)生一次碰泵或每完成一個沖程，則會有一個鋼球下落，碰泵與否可以通過觀察吊車與光桿卡子之間連接的鏈繩松緊狀態(tài)判斷。因為XI11～XI2 層位對應(yīng)的為智能配產(chǎn)器1，開關(guān)閥動作預(yù)置鋼球數(shù)為3 個，所以，人為控制在20 min 內(nèi)完成三個沖程，使3 個鋼球下落，每個沖程間隔時間不受限制。完成后，將設(shè)備恢復(fù)原來狀態(tài)，正常運行，調(diào)層堵水結(jié)束。

4.3 應(yīng)用效果

從調(diào)層成功率看，成功率高。X3－XX2 井配產(chǎn)器下井時為全關(guān)閉狀態(tài)，待作業(yè)完后，通過投球，打開XII5 +6～XI19 層位，生產(chǎn)一段時間后，再次投球，打開XI11～XI2 層位，生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1。

第一次投球打開配產(chǎn)器:作業(yè)完(8.20 作業(yè)完成)后，投球打開XII5 + 6 ～XI19 層位，見液，產(chǎn)液量為40.3t/d，生產(chǎn)5 d 后，產(chǎn)液量穩(wěn)定，日產(chǎn)液為9.38 t/d，液面為910 m，說明打開配產(chǎn)器。

第二次投球打開配產(chǎn)器:由于產(chǎn)液量過低，再次投球，打開XI11～XI2 層位，開采XII5 +6 ～XI19 和XI11～XI2 兩個層位，日產(chǎn)液提高到22.36 t/d，日提高產(chǎn)液量12.98 t/d，液面為755 m，上升了155 m，說明打開配產(chǎn)器。

從含水角度分析，單采XII5 +6 ～XI19 層位時，含水為95.84%，合采XII5 +6 ～XI19 和XI11～XI2 兩個層位時，含水為94.85%，下降了0.79%。從以上分析看出，XI11～XI2 層位產(chǎn)液量高于XII5 +6 ～XI19 層位，且含水低，說明XI11～XI2 層位優(yōu)于XII5 +6 ～XI19 層位，是開采的主要層位。

表1 X3－3502 生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

5 結(jié) 論

泵下預(yù)埋式投球可調(diào)層堵水技術(shù)調(diào)層簡單，費用低，調(diào)層成功率高為高含水開發(fā)階段進(jìn)一步細(xì)分開采，實現(xiàn)控水挖潛提供了技術(shù)支持。該技術(shù)能夠判斷油井主力生產(chǎn)層，通過智能配產(chǎn)器能關(guān)閉非主力層，可防止非主力層影響主力層發(fā)揮，提高開發(fā)效果。

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