渤海油田注水井不動管柱微壓裂工藝研究與應用

王明杰，魏愛拴，嚴孟凱，張利軍，張廣通

中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術分公司（天津300459）

當前，渤海油田注水井長期作業(yè)后，出現(xiàn)無法正常注液情況，主要原因是長期開采導致油藏壓力失衡，地層裂縫逐漸閉合，以及注入水中通常含有機械雜質、有機物、細菌，這些物質可對地層造成傷害，造成地層堵塞[1-4]。為達到注水要求，往往需要通過酸化壓裂作業(yè)完成解堵[5]。酸化壓裂作業(yè)壓力通常在21～70 MPa，渤海地區(qū)井口大部分為21 MPa采油樹，無法直接進行壓裂作業(yè)，通常需要拆除井口，起出油管后通過鉆桿進行酸化壓裂或者直接更換高壓力級別井口設備，增加了作業(yè)費用。針對上述難題，設計了一種井口保護器，改變了原有壓裂工藝，壓裂液不通過采油樹而是通過井口保護器直接進入地層，大大提高了作業(yè)效率。同時在原有酸化壓裂基礎上引入微壓裂工藝，借鑒低滲油藏壓裂增產原理，采用清水作為壓裂液，根據(jù)注水區(qū)域地質特點及巖石力學性質，設計相應施工壓力，使注入水擠壓地層，形成具有一定導流能力的人工裂縫，從而提高地層吸水能力[6-9]。

1 工藝原理

如圖1所示，注水井不動管柱主要包括壓裂泵+壓裂管線+井口保護器+采油樹+油管四通組成。壓裂作業(yè)前，關閉油管四通主閥，拆掉采油樹頂蓋，將井口保護器上部與采油樹相連，下部插入油管掛，壓裂管線與壓裂泵和井口保護器分別連接，測試井口保護器與油管掛之間密封能力。密封測試合格后打開油管四通主閥，按照壓裂設計進行壓裂作業(yè)。完成壓裂后拆除井口保護器，恢復采油樹至正常狀態(tài)，即可進行注水作業(yè)。

注水井不動管柱微壓裂工藝可以采用清水作為介質進行微壓裂作業(yè)，也可以使用酸化劑做酸化壓裂，壓裂規(guī)模不受井口采油樹規(guī)格限制，減少了起下生產管柱和單獨下入壓裂管柱程序，同時避免了配水器、安全閥等井下工具更換。

圖1 注水井不動管柱示意圖

2 結構分析

2.1 結構組成

井口保護器主要包括上接頭、壓環(huán)、坐筒、螺紋管、滑管、法蘭、扭矩桿等（圖2）。上接頭內表面設計為螺紋與滑管連接，外表面為螺紋與壓環(huán)相連，坐筒安裝在壓環(huán)與上接頭之間，可上下活動。坐筒與壓環(huán)之間以及與上接頭之間安裝了防磨墊片，減小了坐筒轉動時的摩擦阻力?；芟虏坑蠦PV扣和密封件，與油管掛連接扣和密封件相同。螺紋管外表面與坐筒內表面全部為矩形螺紋，螺紋管內表面與法蘭螺紋連接，法蘭內表面有密封件，滑管插入法蘭后形成密封，坐筒外表面安裝了扭矩桿，轉動扭矩桿可帶動坐筒在螺紋管上下活動，并帶動滑管上下活動。

圖2 井口保護器結構

2.2 工作原理

微壓裂作業(yè)時，將井口保護器法蘭下放至最低位置，使其與采油樹法蘭相連，擰緊螺栓；上抬扭矩桿至水平位置，正轉扭矩桿帶動坐筒轉動，坐筒沿螺紋管向下移動，同時帶動滑管向下移動，滑管下部BPV扣與油管掛接觸后，通過反轉上接頭使滑管下部BPV扣與油管掛螺紋連接。上接頭連接壓裂管線后試壓無誤即可進行微壓裂作業(yè)。

完成壓裂后，拆除壓裂管線，正轉上接頭使滑管與油管掛分離，然后反轉扭矩桿帶動坐筒沿螺紋管向上移動，坐筒上部與壓環(huán)接觸后，帶動滑管向上移動，使滑管移出采油樹，然后拆掉法蘭連接處螺栓，使用吊車將井口保護器吊至鉆臺。

2.3 技術參數(shù)

這種井口保護器適用于79.4 mm（3?"）和103.2 mm（4116"）這2種尺寸的21 MPa及35 MPa規(guī)格采油樹，管柱密封壓力70 MPa，連接法蘭規(guī)格為API 6A 79.4 mm與103.2 mm法蘭，上接頭扣型88.9 mm（3?"）EUE（非加厚端），工具通徑58 mm，工具長度3 300 mm。

3 試驗井性能評價

如圖3所示，在中海油試驗井，對注水井不動管柱微壓裂工藝關鍵工具井口保護器進行測試。此次功能評價試驗管柱組合為：井口保護器+88.9 mm（3?"）油管+試壓管線。

圖3 井口保護器試驗測試

井口保護器法蘭與采油樹法蘭對接，使用螺栓固定法蘭，關閉采油樹翼閥與主閥，試壓21 MPa合格。

打開采油樹翼閥與主閥，正轉井口保護器扭矩桿，管柱整體向下移動，滑管下部BPV扣與油管掛BPV扣接觸后，反轉油管，滑管與油管掛實現(xiàn)連接，試壓70 MPa合格。井口保護器連接過程耗時30 min，試壓耗時20 min，操作流程及試壓性能達到現(xiàn)場應用要求。

4 現(xiàn)場應用效果

2016年9月，注水井不動管柱微壓裂工藝在渤南某區(qū)塊F8井成功應用，此次作業(yè)選用清水作為壓裂液，微壓裂工藝連接用時1 h，壓裂作業(yè)12 h，隨后恢復注水作業(yè)。

F8井微壓裂作業(yè)前地層吸水指數(shù)為42 m3∕d，微壓裂作業(yè)后達到415 m3∕d，增加了8.9倍，很好地改善了注水井地層的吸水能力。與原有壓裂作業(yè)相比，不動管柱微壓裂工藝作業(yè)時間縮短了150 h，作業(yè)費用減少了200萬元，作業(yè)效果良好。不動管柱微壓裂工藝隨后又在F16、B2H、A16、A20、F1井完成應用，壓裂作業(yè)時間12 h左右，應用情況見表1。

表1 不動管柱微壓裂工藝應用情況

截至2020年6月，注水井不動管柱微壓裂工藝已在渤海油田上百口井應用，與常規(guī)注水井壓裂工藝相比具有以下顯著效果。

1）準備時間，降低作業(yè)成本。注水井不動管柱微壓裂工藝壓裂前準備工作只需要將井口保護器與井口采油樹連接，連接壓裂管線，無需拆卸井口采油樹，無需起出注水管柱，單井可節(jié)約作業(yè)時間150 h，減少作業(yè)成本200萬元。

2）提高注水井效率。注水作業(yè)流程大幅度簡化，12 h完成壓裂作業(yè)，不耽擱油氣井生產；同時降低作業(yè)費用，為注水井多次壓裂提供了可能。F8井1年內進行了3次微壓裂作業(yè)，注水能力得到了有效保障。

5 結論

1）注水井不動管柱微壓裂工藝無需起出注水管柱即可實現(xiàn)壓裂作業(yè)，可選用清水作為壓裂液進行作業(yè)，也可選用酸化劑進行酸化壓裂作業(yè)。

2）注水井不動管柱微壓裂工藝壓裂作業(yè)準備用時1 h，壓裂作業(yè)12 h，單井作業(yè)時間節(jié)約了150 h，作業(yè)費用降低200萬元。

3）通過現(xiàn)場應用驗證，不動管柱微壓裂工藝可有效提高注水井地層吸水指數(shù)，提高注水能力。