?193.68 mm套管井注采一體化工藝技術(shù)研究

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(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300459 ；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452)

渤海油田的高產(chǎn)量和高開發(fā)成本有別于陸地油田，為了解決海上油田開發(fā)成本高的難題，從鉆完井方面探索油田降本增效措施。目前，渤海油田分采工藝和分注工藝[1]屬于獨(dú)立工藝，分采工藝主要有Y管電泵分采工藝和智能分采[2]工藝等；分注工藝有同心集成[3]分層注水工藝和智能分層注水工藝等。根據(jù)渤海油田的低成本、大排量、分層采油、分層注水的開發(fā)需求，研究出了適合渤海油田的?193.68 mm套管井[4]注采一體化工藝技術(shù)。該工藝技術(shù)通過?193.68 mm套管完井設(shè)計(jì)，能提高作業(yè)效率、降低套管費(fèi)用、節(jié)約鉆井液及固井材料和降低鉆頭費(fèi)用。通過注采一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)油井采出和注入兩種模式的轉(zhuǎn)化，節(jié)約注水開發(fā)時更換管柱的費(fèi)用。

1 技術(shù)分析

1.1 管柱結(jié)構(gòu)

?193.68 mm套管井注采一體化工藝管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。完井套管為?193.68 mm套管[5]；注采一體化工藝管柱從上往下依次連接井下安全閥、過電纜封隔器、注采Y接頭、循環(huán)滑套、定位密封、1#注采工作筒、插入密封、2#注采工作筒和導(dǎo)向堵頭等。

每一個油層對應(yīng)1套注采工作筒，層位數(shù)決定所需下入注采工作筒的數(shù)量，通過注采工作筒的開關(guān)實(shí)現(xiàn)油層的分采；通過鋼絲作業(yè)投入配注器實(shí)現(xiàn)分注。注采Y接頭作為工藝的核心工具，具備采油通道和測試通道，測試通道滿足測試工具和開關(guān)工具的下入，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的動態(tài)測試；單流閥在電潛泵[6-7]停泵狀態(tài)下防止井液倒流，從而避免由于葉導(dǎo)輪反轉(zhuǎn)造成電泵的損壞；同時確保注水狀態(tài)時候?qū)﹄姳猛ǖ赖母綦x，保證注水管柱的密封可靠。定位密封和插入密封保證層間密封可靠性，防止分采、分注中的竄層。

1.2 工藝原理

1.2.1分采原理

1) 油井生產(chǎn)過程。地層產(chǎn)液通過注采工作筒進(jìn)入管柱內(nèi)，通過循環(huán)滑套進(jìn)入油套環(huán)空，再進(jìn)入到電潛泵內(nèi)，通過電潛泵的多級葉導(dǎo)輪的作用，井液的壓能增高，進(jìn)入到注采Y接頭和油管，最終舉升到地面。生產(chǎn)堵塞器和注采Y接頭的工作筒密封配合，實(shí)現(xiàn)對旁通管的封堵，防止通過電潛泵提壓后的井液回流。

1—油管；2—電纜；3—井下安全閥；4—電纜穿越器；

2) 動態(tài)測試[8-9]過程。通過電纜作業(yè)，電纜連接著測試堵塞器和測井儀器一起下井，測試堵塞器和注采Y接頭的工作筒密封配合，測井儀器繼續(xù)向下直至到產(chǎn)層，電泵正常生產(chǎn)，測井儀器從下往上移動，進(jìn)行地層相關(guān)參數(shù)測試。測試堵塞器防止通過電潛泵提壓后的井液回流，同時能實(shí)現(xiàn)電纜的動態(tài)密封。

3) 分層控制過程。某一產(chǎn)能需要打開或者關(guān)閉時，通過鋼絲作業(yè)，鋼絲連接著開關(guān)工具下入到油層，對目標(biāo)層位的注采工作筒開關(guān)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)層的開關(guān)。

1.2.2分注原理

油井生產(chǎn)到一定階段，地層能量不足，需要對地層充能，從而需要注水開發(fā)。常規(guī)油井轉(zhuǎn)注水井需要修井作業(yè)[10]進(jìn)行更換管柱，而注采一體工藝技術(shù)只需要通過鋼絲作業(yè)就能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。通過鋼絲作業(yè)打撈注采Y接頭處的堵塞器，其關(guān)閉循環(huán)滑套[11]，最后通過鋼絲作業(yè)下入配注器，配注器和注采工作筒配合，通過配注器的水嘴實(shí)現(xiàn)單層注入量的調(diào)控。

1.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

1) 管柱結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，只需一趟管柱即可實(shí)現(xiàn)分層開采和分層注入的功能。

2) 不動管柱情況下，通過鋼絲作業(yè)實(shí)現(xiàn)開采工藝和分注工藝的切換。

2 注采Y接頭

2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

注采Y接頭主要由Y接頭、單流閥和工作筒組成，如圖2所示。其中單流閥[12]由彈簧、密封球、閥體短節(jié)組成；工作筒和旁通管連接；閥體短節(jié)和電潛泵相連接。

注采Y接頭有生產(chǎn)和注入2種工作狀態(tài)。生產(chǎn)狀態(tài)需通過鋼絲作業(yè)投入生產(chǎn)堵塞器，生產(chǎn)堵塞器和工作筒實(shí)現(xiàn)定位密封，防止井液回流到旁通管；產(chǎn)液通過電潛泵的增壓進(jìn)入到閥體短節(jié)，推開密封球，最后進(jìn)入到油管實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。注入狀態(tài)通過鋼絲作業(yè)打撈生產(chǎn)堵塞器，旁通管和Y接頭上部的油管進(jìn)行溝通，實(shí)現(xiàn)注入通道建立；單流閥實(shí)現(xiàn)對電潛泵的隔離。

1—Y接頭；2—彈簧；3—密封球；4—生產(chǎn)堵塞器；

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

1) 注采一體化設(shè)計(jì)。通過生產(chǎn)堵塞器實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)功能，通過單流閥實(shí)現(xiàn)注入功能。

2) 低壓損設(shè)計(jì)。Y接頭內(nèi)部采用等通徑設(shè)計(jì)，過流通道的直徑和閥體短節(jié)內(nèi)徑一致。

3) 密封可靠性高。工作筒和閥體短節(jié)密封部位采用表面特殊處理[13]，保證在井下的長期密封。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

工作壓力 35 MPa

Y接頭最大外徑 169 mm

單流閥最大外徑 60.3 mm

單流閥節(jié)流壓損 <0.1 MPa；

工作筒最大外徑 60.3 mm

工作筒密封內(nèi)徑 58.75 mm

3 井下模擬試驗(yàn)

2018-01，在陸地試驗(yàn)井進(jìn)行了?193.68 mm套管井注采一體化工藝管柱的功能測試。試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)井外層套管為339.73 mm(13in)套管，井深1 100 m；內(nèi)層套管為?193.68 mm套管，下深1 000 m。?193.68 mm套管底部下入兩層簡易防砂管柱。電潛泵規(guī)格為107電泵機(jī)組，泵掛深度800 m；旁通管為60.3 mm(2in)無接箍油管。1#注采工作筒深度900 m，井斜45°；2#注采工作筒深度1 000 m，井斜55°。

3.1 生產(chǎn)模擬試驗(yàn)

工藝管柱到位后，通過鋼絲作業(yè)投入生產(chǎn)堵塞器，加壓坐封過電纜封隔器。進(jìn)行生產(chǎn)測試，測試結(jié)果如表1。

表1 生產(chǎn)測試數(shù)據(jù)

3.2 注水模擬試驗(yàn)

鋼絲作業(yè)打撈生產(chǎn)堵塞器，分別投入1#配產(chǎn)器和2#配產(chǎn)器，工具到位后脫手順利。進(jìn)行生產(chǎn)測試，注入過程中油管和?193.68 mm套管環(huán)空無水返出。測試結(jié)果如表2。

表2 注水測試數(shù)據(jù)

模擬結(jié)束后，起出測試管柱，管柱起出過程無卡阻，對下井工具進(jìn)行檢查，工具密封表面無損傷。

井下模擬試驗(yàn)結(jié)果表明: 井下工具功能和密封性良好；生產(chǎn)功能和注入功能切換順利，滿足現(xiàn)場使用要求。

4 結(jié)論

1) ?193.68 mm套管井注采一體化工藝降低了鉆完井費(fèi)用和節(jié)約換管柱費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)降本增效。

2) 注采Y接頭為分層開采和分層注入的轉(zhuǎn)換工具，其密封表面采用特殊處理，提高了工具在井下的長期密封能力；采用等通徑設(shè)計(jì)，減少生產(chǎn)過程中的壓力損失。

3) 井下模擬試驗(yàn)表明，配套工具功能和耐壓性能良好，分采功能和分注功能通過鋼絲作業(yè)切換順利，工作可靠，滿足現(xiàn)場使用要求，為油田開發(fā)提供新思路。