液控式可選層分層酸化工藝及配套工具研究

方忻,孫雷

(西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500)

陳守海

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部，新疆 鄯善 838202)

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液控式可選層分層酸化工藝及配套工具研究

方忻,孫雷

(西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500)

陳守海

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部，新疆 鄯善 838202)

介紹了一種用于注水井的可選層分層定量注水與酸化工藝技術(shù)，該技術(shù)僅需在井口控制油管內(nèi)的壓力，即可選擇性的對(duì)某一注入層段進(jìn)行酸化,并具備常規(guī)分層調(diào)配注水功能。同時(shí)，為保證順利實(shí)現(xiàn)前述功能，配套開發(fā)了一種液控式開關(guān)注入閥，利用軌道換向原理實(shí)現(xiàn)閥開啟、關(guān)閉的選擇性切換。該技術(shù)相對(duì)常規(guī)分層注水工藝，優(yōu)勢(shì)在于在不需要鋼絲和電纜配套作業(yè)的條件下，可選擇性地開啟、關(guān)閉井下某一注入層的出液閥，實(shí)現(xiàn)特定層段的液體注入，滿足分層酸化、測(cè)吸水注水指數(shù)曲線等措施服務(wù)。綜合該技術(shù)原理，具有操作簡(jiǎn)單、快捷、作業(yè)成本低的優(yōu)勢(shì)。

液控式；可選層；分層酸化；軌道開關(guān)閥

注水井酸化是提高注水井注入能力的常用措施，通過酸化措施，對(duì)注水井近井地帶進(jìn)行解堵，提高單井/層注水量，滿足油田正常的注水驅(qū)油需求。注水井酸化時(shí)，采取選擇性的單層酸化，可有針對(duì)性地提高水井酸化效率[1]。常規(guī)注水井分層酸化采用以下2種方式：一種是建立在已實(shí)施的分層注水工藝基礎(chǔ)上，當(dāng)需要對(duì)某一注入層進(jìn)行酸化時(shí)，通過鋼絲作業(yè)投撈配水器芯子，封堵不需要酸化的注入層；另外一種則是利用滑套工具的分層注水井，可選擇性開、關(guān)某一層或多層的滑套，進(jìn)行分層酸化。因此，上述的分層酸化施工，無論哪一種都需要配套鋼絲作業(yè)，影響了分層酸化的施工效率，同時(shí)增加了人員和設(shè)備的服務(wù)成本[2]。

另外，近年來一部分注水井實(shí)施了預(yù)置電纜式自動(dòng)測(cè)調(diào)注水工藝，后期可在地面通過預(yù)置電纜選擇開關(guān)注入層，實(shí)現(xiàn)分層酸化的目的，但該注水方式施工成本較大，并不利于推廣應(yīng)用[3,4]。針對(duì)常規(guī)分層酸化工藝存在施工程序復(fù)雜和施工時(shí)間長(zhǎng)等問題，現(xiàn)開發(fā)液控式可選層分層酸化工藝，在滿足常規(guī)分層注水工藝功能的基礎(chǔ)上，同時(shí)具備分層酸化的功能，在不需要配套鋼絲作業(yè)投撈操作的情況下，只需在井口通過液壓操作，即可選擇性開、關(guān)井下注入層，實(shí)施分層酸化操作。

1 液控式可選層分層酸化系統(tǒng)組成

該管柱包括地面酸化(含液壓控制)流程和井下分層注酸管柱2大部分。地面酸化流程主要由注入泵和酸液喂入撬等組成，酸化時(shí)注入泵對(duì)酸液進(jìn)行增壓注入地層，同時(shí)，也可通過注入泵控制油管內(nèi)的壓力變化，選擇性開、關(guān)井下軌道式開關(guān)閥。井下分層注酸管柱主要包括軌道式開關(guān)閥，每一個(gè)注入層安裝一套軌道式開關(guān)閥，可根據(jù)井口油管內(nèi)壓力的變化，開、關(guān)閥門。液控式可選層分層酸化系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 工作原理

施工時(shí)下入液控式可選層分層酸化管柱，如圖1所示每層安裝一個(gè)軌道式開關(guān)閥，均屬于同一種結(jié)構(gòu)和尺寸，再連接地面酸化流程。通過以下步驟原理完成注水井所有注入層的酸化解堵，具體過程如下：

圖1 液控式可選層分層酸化工藝系統(tǒng)組成示意圖

1)正常注水過程。下入液控式可選層分層酸化工藝管柱，設(shè)定好各層軌道開關(guān)閥軌道的初始位置，各層軌道開關(guān)換軌次序如表1所示。初始操作時(shí)，各層正常注水，每一層的出水閥均處于開啟狀態(tài)，注水井處于正常注水狀態(tài)。

2)分層酸化過程。當(dāng)需要對(duì)注水井進(jìn)行分層酸化時(shí)，連接地面酸化流程，注入泵改變油管內(nèi)壓力，同時(shí)切換井下所有層軌道式開關(guān)閥的軌道。如表1所示，在第5、6、7次序時(shí)，對(duì)應(yīng)選擇性打開某一注入層，其他2個(gè)注入層出水閥關(guān)閉，此時(shí)地面喂入泵啟動(dòng)，流程注入酸液進(jìn)行酸化。該方式也可以用于各層吸水指示曲線測(cè)試，選擇性開啟某一層出水閥時(shí)，通過計(jì)量地面注水壓力和流量，獲得當(dāng)前層的吸水指示曲線。

3)恢復(fù)正常注水過程。繼續(xù)同時(shí)對(duì)井下所有軌道式開關(guān)閥進(jìn)行換軌操作，如表1所示，在第1次序時(shí)，打開井下所有開關(guān)閥的注液閥，進(jìn)入正常注水狀態(tài)。同時(shí)也可繼續(xù)切換開關(guān)閥軌道，選擇性打開某一層或兩層的出水閥，對(duì)注水層進(jìn)行選擇性注水。

表1 井下軌道式開關(guān)閥循環(huán)開啟順序表

3 主要配套工具

軌道式開關(guān)閥是選擇性開、關(guān)井下注入層的關(guān)鍵工具，結(jié)構(gòu)主要包括工具本體上的節(jié)流出液閥、導(dǎo)向軌道、活塞和銷釘組成的換軌機(jī)構(gòu)，其中節(jié)流出液閥內(nèi)部可安裝配水芯子，具有注水量調(diào)配功能，如圖2所示。

圖2 軌道式開關(guān)閥結(jié)構(gòu)示意圖

工作原理采用往復(fù)式循環(huán)軌道的設(shè)計(jì)方法[5,6]，通過管內(nèi)液控方式關(guān)閉或開啟出液通道。關(guān)閉出液閥時(shí)，當(dāng)銷釘在長(zhǎng)軌道內(nèi)上死點(diǎn)位置時(shí)，套筒上推出液閥并關(guān)閉出液口；開啟出液閥時(shí)，當(dāng)銷釘在短軌道內(nèi)上死點(diǎn)位置時(shí)，套筒不上推出液閥，閥處于開啟狀態(tài)，即可酸化對(duì)應(yīng)的注入層。

圖3 軌道式開關(guān)閥換軌原理示意圖

如圖3所示，銷釘?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡由滑槽軌道的設(shè)計(jì)路線決定，該圖列出了工具軌道槽的一部分滑道。在油管不斷打壓和泄壓的過程中，銷釘處于軌道槽的不同位置。油管未加壓時(shí)，軌道式開關(guān)閥的變位活塞在復(fù)位彈簧的作用下處于原始狀態(tài)，此時(shí)，銷釘在滑道軌跡中的位置處于點(diǎn)C區(qū)域(藍(lán)色點(diǎn))。

假定在油管未打壓狀態(tài)條件下,銷釘初始位置在C1點(diǎn)，軌道開關(guān)閥操作過程原理描述如下：

1)油管內(nèi)打壓，變位活塞壓縮彈簧向上滑移，帶動(dòng)銷釘在軌道滑槽中由C1移動(dòng)到點(diǎn)A1區(qū)域(紅色點(diǎn))。由于銷釘處于A區(qū)域時(shí)，變位活塞軸向上移到極限位置A1，套筒緊壓節(jié)流出液閥，軌道式開關(guān)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，在此狀態(tài)下，只要油管沒有泄壓，定壓閥始終保持關(guān)閉狀態(tài)；

2)油管泄壓，變位活塞和銷釘在復(fù)位彈簧的作用下，活塞下移，銷釘按滑槽設(shè)定軌跡移動(dòng)到C2區(qū)域，變位活塞回到原始位置；

3)油管內(nèi)打壓，變位活塞壓縮彈簧向上滑移，帶動(dòng)銷釘在軌道滑槽中由C2移動(dòng)到點(diǎn)A2區(qū)域，軌道式開關(guān)閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)。同理，當(dāng)銷釘繼續(xù)移至A3區(qū)域時(shí)，仍關(guān)閉出液閥；

4)油管泄壓，變位活塞和銷釘在復(fù)位彈簧的作用下，變位活塞下移，銷釘按滑槽設(shè)定軌跡移動(dòng)到C4區(qū)域，變位活塞回到原始位置；

5)油管內(nèi)打壓，變位活塞壓縮彈簧向上滑移，帶動(dòng)銷釘在軌道滑槽中由C4移動(dòng)到點(diǎn)B2區(qū)域(綠色點(diǎn))。由于銷釘處于B區(qū)域時(shí)，變位活塞軸向上移到極限位置B，套筒不能和節(jié)流出液閥接觸，不能封死定壓閥的出水口，軌道式開關(guān)閥處于開啟狀態(tài)，即可酸化該注入層或進(jìn)行正常注水；

6)重復(fù)上面的步驟即可完成軌道開關(guān)閥的開、關(guān)，選擇性開、關(guān)井下某一層的軌道式開關(guān)閥。

4 技術(shù)特點(diǎn)

1)可在地面直接通過控制油管內(nèi)的壓力，選擇性開關(guān)井下注液閥，減少鋼絲作業(yè)中的人員、設(shè)備服務(wù)成本，并提高施工效率。

2)在增加分層酸化的功能基礎(chǔ)上，繼續(xù)保持了原注水井正常的分層調(diào)配和測(cè)試功能，增加了工藝的普適性。后期可通過鋼絲作業(yè)輔助操作，重新設(shè)置井下軌道式開關(guān)閥的開啟、關(guān)閉順序。

3)工藝可選層分層酸化功能可用于注水井其他措施、測(cè)試，如分層調(diào)剖、測(cè)吸水指數(shù)曲線等，操作過程方便。

4)軌道式開關(guān)閥可重復(fù)使用，并通過優(yōu)化的軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓工具在換軌過程中，銷釘不承受較大的載荷力，只起滑移導(dǎo)向的作用，提高了工具的使用壽命。

5 試驗(yàn)情況

2016年7月，對(duì)軌道式開關(guān)閥進(jìn)行了換軌試驗(yàn)，共對(duì)3套軌道式開關(guān)閥進(jìn)行了換軌開啟、關(guān)閉試驗(yàn)，每套工具換軌試驗(yàn)各操作48次，主要參數(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 軌道開關(guān)閥試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

圖4是試驗(yàn)過程中軌道開關(guān)閥出水閥的出水情況，試驗(yàn)過程中，軌道銷釘移至“開”滑到時(shí)，出水閥順利開啟。

圖4 軌道式開關(guān)閥換軌試驗(yàn)效果圖

6 結(jié)論

1)液控式可選層分層酸化工藝不需常規(guī)鋼絲作業(yè)投撈配合，即可完成分層酸化、調(diào)剖和測(cè)吸水指數(shù)曲線等措施，研究出了一種高效、低成本的可選層分層開、關(guān)工藝。

2)液控軌道式開關(guān)閥可根據(jù)注水井應(yīng)用需求設(shè)計(jì)軌道，設(shè)置出水閥在油管內(nèi)壓變化時(shí)的開、關(guān)組合和順序。多個(gè)軌道式開關(guān)閥組合使用，即可選擇性的開、關(guān)某一個(gè)或幾個(gè)注入層的出水閥，滿足注水井相關(guān)工藝措施的需求。

3)目前液控式可選層分層酸化工藝適用于3層分注的注水井，并在陸地試驗(yàn)井開展試驗(yàn)，驗(yàn)證了可選層分層酸化的可行性。今后可進(jìn)一步優(yōu)化管柱工藝和工具，讓工藝用于3層以上的分層注水井，提高工藝的適應(yīng)性。

[1]王洪斌,趙永杰,劉立穩(wěn),等.大港油田高含水油層分層酸化工藝研究與應(yīng)用[J] .鉆采工藝,2006,29(5):133～134.

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[編輯] 洪云飛

2016-05-28

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05030-005-06)。

方忻(1987-)，男，助理工程師，碩士生，現(xiàn)主要從事采油工藝和井下工具開發(fā)方面的研究工作；E-mail：fangxin2@cnooc.com.cn。

TE934.3

A

1673-1409(2016)25-0071-04

[引著格式]方忻,孫雷，陳守海.液控式可選層分層酸化工藝及配套工具研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(25)：71～74.