一種新型免投撈周期性注水技術(shù)研制及應用

李 越，董社霞，曾奇燈，張成君，王天慧，王 磊

（1.中海油田服務股份有限公司，天津300459；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

渤中25-1油田X井原設計為沙河街二段先期排液井，后期轉(zhuǎn)注，完善臨近注采關(guān)系。由轉(zhuǎn)注沙河街一層，改為同時給明化鎮(zhèn)、沙河街油組注水，作業(yè)難度如下：

1)沙河街二段油層壓力30 MPa，明化鎮(zhèn)三段油層壓力12 MPa，層間壓差明顯，長時間注水容易造成沙河街注水竄層到明化鎮(zhèn)油組，可能導致壓開儲層，存在一定地質(zhì)風險，需周期性注水。

2)使用常規(guī)注水工具/滑套，周期注水每次開關(guān)層需要動員鋼絲作業(yè)或連續(xù)油管設備，作業(yè)周期長，管理費用高。

3)沙河街和明化鎮(zhèn)層位斜深差2 000 m，壓力差別較大，后期酸化等措施處理，需對套管、尾管掛及封隔器等進行保護。

解決措施：應用新型周期性注水管柱與優(yōu)化后的防砂管柱相結(jié)合，通過地面液壓控制裝置實施調(diào)節(jié)井下各層流量閥的開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)周期性注水。

1 周期性注水管柱結(jié)構(gòu)及特點

1.1 防砂管柱優(yōu)化

沙河街油層為原井射孔連坐不防砂管柱，明化鎮(zhèn)補孔井段需要防砂，將只對明化鎮(zhèn)防砂的防砂管柱優(yōu)化成明化鎮(zhèn)防砂與沙河街注入一體的管柱形式，如圖1所示，具有如下特點：

1)實現(xiàn)封隔明化鎮(zhèn)與沙河街產(chǎn)層，防止竄層，滿足注水要求和沙河街酸化要求；

2)注水時非射孔段套管不承壓，酸化時酸液不接觸非射孔段套管，保護套管與尾管掛；

3)封隔器坐封前，環(huán)空內(nèi)可替入封隔液，長期保護油管及套管；

4)注水管柱只需下到明化鎮(zhèn)（井深2 000 m），避免沙河街（井深4 000 m）溫度較高對注水管柱產(chǎn)生的影響，適應目前所有注水工藝；

5)滿足注水與擋砂要求，結(jié)構(gòu)簡單；

6)錨定密封增加一個密封筒，便于后期措施。

圖1 防砂管柱優(yōu)化Fig.1 Sand control str ing optimization

1.2 周期性注水管柱

周期性注水管柱由地面液壓控制系統(tǒng)、能穿越液控管線的隔離/定位密封、井下流量控制閥（開/關(guān)）、水力錨、循環(huán)滑套、井下安全閥、井口管線集成穿越器等組成，井下管柱如圖2所示，其特點如下[1-4]：

1)地面控制井下流量閥開關(guān)，實現(xiàn)明化鎮(zhèn)、沙河街周期性單層注水；

2)無需電纜、鋼絲作業(yè)，節(jié)省作業(yè)時間與費用；

3)單層最大注水量1 200 m3/d，滿足油藏注水量要求；

4)井下工具全部為機械結(jié)構(gòu)，無活動的電子元件，簡單可靠，壽命長；

5)下入152.4 mm加長定位密封及120.65 mm插入密封，通用尺寸對防砂管柱無特殊要求，適用各種井型，適應性強；

6)下入水力錨，防止管柱竄動，保障層間安全；

7)地面液壓控制系統(tǒng)，操作簡單，對地面注水泵等設備無特殊要求，日常注水管理與普通井無異。

圖2 周期性注水管柱Fig.2 Periodic water injection pipe string diagram

2 周期性注水管柱關(guān)鍵工具

2.1 井下流量閥

井下流量閥技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 井下流量閥技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of flow control valve

井下流量閥直接與2根液控管線連接，如圖3所示。防砂段內(nèi)用6.35 mm液控管線，套管環(huán)空內(nèi)用9.53 mm液控管線，液控管線由井口油管掛、采油樹穿出連接至地面液控系統(tǒng)，實現(xiàn)地面控制。流量閥的控制邏輯為單相控制，一根液控管線控制閥開啟，另一根液控管線控制閥關(guān)閉；為減少液控管線的數(shù)量，多個流量閥可以共用關(guān)閉管線，即n個流量閥需要n+1根液控管線[5-6]。本井2層需要3根管線，如圖 4所示[7-11]。

圖3 井下流量閥Fig.3 Flow control valve

圖4 井下流量閥連接示意Fig.4 Connection diagram of flow control valve

2.2 穿越液控管線的隔離/定位密封

隔離密封、定位密封技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 可穿越管線的隔離/定位密封技術(shù)參數(shù)Table 2 Connection diagram of Isolation seal&location seal

隔離密封、定位密封與防砂封隔器密封筒配合使用將油層分開，防止層間竄流的重要工具。由于每層的流量閥都需要連接液控管線，因此隔離/定位密封必須具有穿越液控管線的功能，如圖5所示。本井隔離密封需要穿越2根液控管線，定位密封需要穿越3根液控管線。

圖5 可穿越管線的隔離/定位密封示意Fig.5 Isolation seal/location seal

2.3 井口集成液控管線穿越器

為節(jié)省成本，轉(zhuǎn)注后仍使用原采油樹及油管掛，只有電纜穿越孔、6.35 mm NPT接口、9.53 mm NPT接口、12.7 mm NPT接口各1個，常規(guī)方式電纜穿越孔使用堵塞器封死，剩余3個液控管線接口；使用周期性注水管柱井下流量閥需要3根液控管線控制，井下安全閥需要1根液控管線控制，即至少需要采油樹及油管掛要滿足4個液控管線接口，原井采油樹及油管掛少1個液控管線接口。因此，舍棄常規(guī)方式，將控制井下流量閥的3根液控管線密封集成在一起，從電纜穿越孔處一起穿出，既解決采油樹及油管掛穿越孔少問題，又能保證管線穿越處的密封性能，如圖6所示，技術(shù)參數(shù)如表3所示。

圖6 井口集成液控管線穿越器（示意（左）、實物（中、右））Fig.6 Integr ated thr ough tool of wellhead for liquid control line

2.4 地面液控系統(tǒng)

地面液壓控制系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表4所示，原理如圖7所示，得到穩(wěn)定氣源后，打開手動氣源開關(guān)，使氣壓通過雙頭氣液增壓泵實現(xiàn)油液的泵注。通過閥門的切換，可以調(diào)整各根管線的泵注與回路。3條管線控制2個井下流量閥，管線序號分別為1號、2號、3號，1號管線為共用關(guān)閉管線，2號管線為流量閥1的開啟管線，3號管線為流量閥2的開啟管線[12-14]。

表3 井口集成液控管線穿越器技術(shù)參數(shù)Table 3 Connection diagram of integrated through tool

表4 地面液控系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)Table 4 Connection diagram of ground hydraulic control system

3 作業(yè)步驟

（1）車間組裝測試

出海作業(yè)前，在庫房將每層井下流量閥、隔離/定位密封分別連接，接好對應液控管線并做好標記。整體試壓后，連接到地面控制液控系統(tǒng)進行功能測試。試壓及功能測試合格后進行包裝，防止運輸途中受損。

（2）下入防砂管柱

管柱組合：下部：73 mm EU帶孔圓堵+73 mm EU倒角帶孔油管+101.6 mm加長錨定密封+73 mm EU倒角油管+水力錨+73 mm EU倒角油管+變扣+73 mm EU油管+變扣+139.7 mm盲管+120.65 mm密封筒+244.48 mm封隔器總成；上部：錨定密封+120.65 mm密封筒+139.7 mm優(yōu)質(zhì)篩管+139.7 mm盲管+244.48 mm封隔器總成。

（3）下入周期性注水管柱

管柱組合：73 mm EU圓堵+73 mm EU倒角油管+下層流量閥+隔離密封總成+73 mm EU倒角油管及短接+上層流量閥+定位密封總成+水力錨+88.9 mm EU油管+井下安全閥+88.9 mm EU油管+油管掛。

流量閥及隔離/定位密封總成已經(jīng)在車間組裝完畢，現(xiàn)場只需按設計連接油管及配長短接，連接液控管線試壓合格即可，操作簡單。液控管線帶壓下入，每個油管接箍安裝管線護罩，保障管線安全下入。

（4）安裝地面液控系統(tǒng)

（5）試壓、試注

試壓：關(guān)閉井下流量閥，正打壓35 MPa，穩(wěn)壓15 min，放壓至零，合格；環(huán)空打壓21 MPa，穩(wěn)壓15 min，放壓至零，合格。

試注：兩層試注記錄如表5所示，開關(guān)井下流量閥切換注水層位操作時間1 h。

圖7 地面液壓控制系統(tǒng)原理圖Fig.7 Schematic diagram of ground hydraulic control system

表5 試注記錄Table 5 Record of trial injection

4 應用效果

渤中25-1油田X井上返補孔后分兩層注水，注入層段斜深差2 000 m，注入壓力差18 MPa，管柱滿足需求同時能實現(xiàn)酸化作業(yè)并有效保護好井筒安全，對管柱設計要求高。通過引入一種新型免投撈周期性注水技術(shù)，達到了以下效果：

（1）施工后沙河街井段及明化鎮(zhèn)井段日注水量曲線如圖8所示，實現(xiàn)了沙河街與明化鎮(zhèn)周期性注水，防止層間壓差過大造成明化鎮(zhèn)被壓開；

（2）實現(xiàn)了地面調(diào)控井下流量閥，平臺人員自行操作，調(diào)控時間在1 h以內(nèi)，100%的節(jié)省鋼絲作業(yè)時間與費用；

（3）滿足油藏注入量要求，可以實現(xiàn)酸化作業(yè)，同時對套管、尾管掛等起到有效保護。

一種新型免投撈周期性注水技術(shù)實現(xiàn)渤中25-1油田X井兩層周期性交替注水并滿足酸化作業(yè)與井筒保護需求。該管柱施工作業(yè)安全，后期注水及酸化效果良好，同時避免反復進行鋼絲作業(yè)，節(jié)省作業(yè)時間與費用。

5 結(jié) 論

新型周期性注水管柱采取地面液控系統(tǒng)實時調(diào)控井下流量閥，新型周期性注水管柱有效解決由于層間壓差過大引起的地質(zhì)風險，實現(xiàn)油藏周期交替分層注水補充儲層能量需求。

新型周期性注水管柱開關(guān)層無需鋼絲或連續(xù)油管干預，使用地面液壓控制系統(tǒng)操作簡單，時間快，節(jié)省作業(yè)時間與成本。

新型周期性注水管柱充分考慮后期酸化作業(yè)需求，對套管、尾管掛等實現(xiàn)了有效的保護。

新型周期性注水管柱在渤中25-1油田的首次應用成功，為該技術(shù)在渤海油田及其它油田的推廣使用夯實了技術(shù)基礎，提供了寶貴經(jīng)驗。

圖8 日注水量曲線Fig.8 Water injection curve