勝利油田注水井分層酸化管柱研究現狀及發(fā)展建議

李永康， 賈貽勇， 張廣中， 王宏萬， 崔玉海

（1.中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司勝利采油廠，山東東營 257051）

勝利油田有注水井10 600余口，分注井5 000余口，廣泛分布于整裝、斷塊、低滲透等類型油藏，截至目前，注水開發(fā)依然是該油田穩(wěn)定發(fā)展的基礎[1–2]。為了實現并保持“注夠水，注好水，有效注水”的目標，勝利油田在分注井欠注后，考慮到層間矛盾相對突出，將分層酸化作為解堵增注的主要措施，也將其作為提高“三率”（水井分注率、注水層段合格率、注采對應率）的有效手段之一。

目前，國內外關于油水井分段壓裂技術的研究較多，但對分層酸化技術研究較少。分段壓裂技術與分層酸化技術有相通之處，且取得了巨大進步，但從成本、規(guī)模、長效、后期檢換的安全性能等方面綜合考慮，該技術用于注水井的分層酸化是不合適的[3–10]。目前，常用的注水井分層酸化技術有化學暫堵酸化和機械分層酸化2類，機械分層酸化應用更為普遍。分層酸化管柱是機械分層酸化的載體，按所用封隔器類型劃分，可將其分為擴張型和壓縮型2類，其中擴張型分層酸化管柱主要配套K344型擴張式封隔器[11–12]，壓縮型分層酸化管柱主要配套Y341型、Y211型、Y221 型、Y241 型和 Y511 型等壓縮型封隔器[13–16]；按管柱功能劃分，可將其分為分層酸化管柱和分層酸化分層注水一體化管柱[17–18]；按換層方式劃分，又可以將其分為投撈式和免投撈式2種，其中投撈式管柱主要有投撈芯子式、投球（棒、堵塞器）式、下測調儀器式等[19]，而免投撈式管柱主要有有纜式和無纜式，有纜式是通過電纜傳遞信號控制換層，無纜式主要是通過壓力波傳遞信號實現換層[20–21]。

現有分層酸化管柱基本滿足了勝利油田常規(guī)井況（?139.7～?177.8 mm 套管）分層酸化需求，但近年來隨著該油田常規(guī)套損分層注水井、油井轉注水井和新投入大井眼注水井數量的日益增加，以及油田降本增效要求的逐步升高，對分注井分層酸化技術及所用管柱的性能提出了更高要求。為此，筆者在分析勝利油田注水井分層酸化管柱礦場需求和近幾年發(fā)展的基礎上，探討了存在的問題，指出了攻關方向和發(fā)展建議。

1 技術需求

勝利油田的整裝、斷塊油藏埋深一般小于2 500 m，地層溫度低于120 ℃，地層壓力低于25 MPa；低滲透油藏埋深小于4 000 m，地層溫度低于150 ℃，地層壓力低于35 MPa。整裝、斷塊油藏分注井以2～3層為主，最大分層數為7層；低滲透油藏分注井以2層為主，最大分層數為4層。隨著“三率”和精細注水水平的日益提高，勝利油田在進行注水井分層酸化時，特殊井況和常規(guī)分注井降本增效要求酸化管柱要具有特殊功能。

1.1 特殊井況下的需求

近年來，勝利油田套損分注井比例日益增加，治理后形成了一批套管內徑為102.0/90.0 mm的分注井，為確保能夠“注夠水，注好水，有效注水”，需要配套相應的分層酸化管柱。另外，勝利油田調整油藏方案時，將一些用?244.5 mm套管的油井轉為了注水井，同時勝利油田海上新投入的分注井以使用?244.5 mm套管為主，在此情況下，也需要完善分層酸化管柱，以適應礦場需求。

1.2 降本增效的需求

對于低油價的常態(tài)化，降本增效成為國內油田普遍采用的應對措施之一。就分層酸化管柱而言，應主要做到2方面：1）提高管柱的施工成功率及管柱的礦場適應性；2）增加管柱的功能，通過增加分層酸化管柱的功能而減少其他投入，進而達到降本增效的目的。

2 研究現狀

針對技術需求，近年來勝利油田研究形成了基本管柱、可替酸的分層酸化管柱、酸化返排一體化管柱、分層酸化分層注水一體化管柱和重復酸化完井管柱等，進行了大量應用，并取得了一定應用效果。

2.1 基本管柱

針對勝利油田整裝、斷塊及低滲透油藏常規(guī)井分層酸化需求，研究形成了3種基本分層酸化管柱（如圖1所示），目前每年在現場應用近千井次。

圖1 基本分層酸化管柱Fig.1 Basic stratified acidizing strings

K344型管柱主要由K344型封隔器、水力錨、投球滑套、節(jié)流器和洗井閥等組成，如圖1（a）所示。主要用于整裝、斷塊等類型油藏注水井的分層酸化，分1～6層酸化的約占90%，其中分2～3層酸化的約占85%。

Y211/Y221型管柱主要由Y211/221型封隔器、投球滑套、節(jié)流器和洗井閥等組成，如圖1（b）所示。主要用于整裝、斷塊和低滲透油藏注水井的分層酸化，分1～2層酸化的約占4%。

Y341型管柱主要由Y341型封隔器、補償器、投球滑套、水力錨、定壓滑套和洗井閥等組成，如圖1（c）所示。主要用于低滲油藏注水井的分層酸化，分1～6層酸化的約占6%。

3種基本分層酸化管柱的技術指標：K344型管柱的工作壓力≤25 MPa，工作溫度≤120 ℃，適用于內徑為99.6～220.5 mm的套管；Y211/Y221和Y341型管柱的工作壓力≤35 MPa，工作溫度≤150 ℃，適用于內徑為99.6～220.5 mm的套管。

其中，投球滑套是分層酸化的主要配套工具之一，用以控制酸化換層。投球滑套主要由上接頭、中心管、內部滑套、活塞、彈簧、擋套和滑套座組成，如圖2所示。

圖2 投球滑套結構Fig.2 Structure of a ball-throwing sliding sleeve

使用時，投球滑套（不帶球）隨管柱下井。酸化換層時，投球至內部滑套，在注入液作用下控制剪釘被剪斷，鋼球隨內部滑套下落至滑套座，關閉投球滑套下部管柱進液通道；同時，注入液推動活塞克服彈簧力下移，打開出液孔，實現對應層位的酸化。

2.2 可替酸分層酸化管柱

分層酸化時，炮眼處污染易引起酸化啟動力高的情況，由于常規(guī)分層酸化管柱無法替酸，一般需更換壓力等級高的井口重新施工，會耗費更多的人力物力，增加成本，同時增大施工安全風險。針對該問題，勝利油田研究形成了可替酸分層酸化管柱，其核心是研制出多功能洗井閥，替換了基本分層酸化管柱中的洗井閥。多功能洗井閥主要由閥球機構和鎖爪機構組成，如圖3所示。

圖3 多功能洗井閥結構Fig.3 Structure of a multi-functional flushing valve

可替酸分層酸化管柱下井時，不帶鋼球，保證正向暢通，實現正向替酸及對酸化層段的酸液浸泡，降低施工泵壓。投球后，正向加壓至剪釘被剪斷，閥座帶動鎖爪下移至限位處。然后，鎖爪內收，將閥球鎖住，避免反洗井時將球洗出；同時，通過鎖環(huán)實現鎖緊。此時，可實現普通洗井閥功能?？商嫠岱謱铀峄苤募夹g指標：工作壓力≤35 MPa，工作溫度≤150 ℃。目前，該分層酸化管柱已廣泛應用于勝利油田分注井的酸化施工中。

2.3 酸化–返排一體化管柱

現場對注水井進行分層酸化時，需要及時將解堵后形成的酸渣返排，以降低對地層的污染。目前，一般利用混氣返排、抽汲返排等措施提高返排效果，但成本相對較高。為此，研制了酸化–返排一體化管柱，該管柱主要由轉換器、封隔器和射流解堵器等組成，如圖4所示。

圖4 酸化–返排一體化管柱結構Fig.4 Acidizing–flowback integrated string

酸化時，酸液依次經過油管、轉換器內中心管、封隔器中心管、?48.0 mm油管、射流解堵器吸入口，然后進入目的層酸化。返排時，返排液依次經過套管環(huán)空、轉換器內外中心管環(huán)空、封隔器中心管、?48.0 mm 油管環(huán)空、?88.9 mm 油管與?48.0 mm 油管環(huán)空、絲堵、射流解堵器噴嘴、?48.0 mm油管、封隔器中心管、轉換器內中心管、油管，然后流出井筒，主要靠動力液流經射流解堵器噴嘴時產生的負壓實現酸渣的高效返排，進而降低返排成本。目前，酸化–返排一體化管柱在勝利油田累計實施50 余井次，最大壓差達到 11 MPa。

2.4 分層酸化分層注水一體化管柱

常規(guī)分注井分層酸化、完井需分步進行，即先下入分層酸化管柱進行分層酸化，然后起出，再下入分層注水管柱完井，因此會造成占井周期長、工序多等問題。為此，研制了分層酸化分層注水一體化管柱，用一趟管柱完成分層酸化和分層注水。分層酸化分層注水一體化管柱主要由封隔器、一體化配水器和配水器等組成，如圖5所示。

圖5 分層酸化分層注水一體化管柱Fig.5 Stratified acidizing–separate injection integrated string

使用分層酸化分層注水一體化管柱時，按管柱入井—酸洗—投球坐封并開啟下層配水器—酸化下層—投球換層—酸化上層—返排洗球—正常注水的流程進行。投球換層時，一體化芯子剪斷剪釘，實現2級分離，上部402部分出水孔打開，酸化對應層位；下部404部分隨低密度球下落至底部配水器，關閉下部出水孔。完成酸化后，返排出低密度球，轉入正常分注，測調與常規(guī)空心測調類似。分層酸化分層注水一體化管柱實現了一趟管柱分層酸化后轉分層注水完井，節(jié)約了工具費用、縮短了占井周期，達到了降本增效的目的。截至目前，已發(fā)展形成了化分層酸化、分層注水測調一體化技術[20]。

分層酸化分層注水一體化管柱的技術指標：工作壓力≤35 MPa，工作溫度≤150 ℃，適用層數≤3層。年均實施約30井次，施工成功率100%。

2.5 重復酸化完井管柱

由于分層酸化分層注水一體化管柱仍采用投球滑套式換層，故不能對單層進行重復酸化。針對該問題，結合分層注水測調一體化技術[21–23]，形成了重復酸化完井管柱。重復酸化完井管柱的核心是，用測調一體化配水器替換基本分層注水管柱中的投球滑套，通過電纜向井下輸入測調儀器，地面控制水嘴開關，實現換層，如圖6所示。重復酸化完井管柱目前主要用于勝利油田單層的重復酸化，年均實施約20井次。

圖6 測調一體化注水系統(tǒng)Fig.6 Measurement–adjustment integrated water injection system

3 存在問題及發(fā)展建議

盡管近年來勝利油田在注水井分層酸化管柱研究方面取得了較多成果和較好的應用效果，但相對于技術需求，依然存在一些問題：1）隨著套損井比例增大及分層注水工藝的不斷完善，套管內徑小于90.0和80.0 mm的分注井都存在一定的分層酸化需求，對于分層酸化管柱的耐壓能力提出了更高要求；2）酸化–返排一體化管柱雖然能實現酸渣的高效返排，但其提放管柱式換層制約了技術的規(guī)?；茝V應用；3）分層酸化分層注水一體化管柱可實現酸化、注水管柱的有效融合，但滑套結構的換層方式使酸化層數受限且無法實現重復酸化；4）重復酸化完井管柱雖然可實現重復酸化，但需要下入測調儀進行酸化換層，耗時較長且增加了作業(yè)風險，考慮安全性、時效性和成本等因素，目前主要用于單層酸化。

針對上述問題，結合相關研究現狀和目前的技術發(fā)展趨勢，提出以下發(fā)展建議：

1）不斷優(yōu)化完善分層酸化管柱。針對勝利油田整裝、斷塊、低滲透油藏及難動用儲量的水驅開發(fā)，結合分注、酸化工藝和材料研究的不斷進步，通過關鍵配套工具技術攻關及管柱結構的優(yōu)化配套，逐步形成低成本、低風險酸化管柱，以滿足礦場需求。

2）進一步研究多功能集成管柱。近年來，基于降本提質增效目的，勝利油田提出了“分注管柱（陸上）在井5年以上”的目標，并初步建設了相應的示范區(qū)。但長遠考慮，有必要研究形成適用范圍更廣的集分層注水、分層酸化等功能于一體的集成管柱。

3）加強智能注水技術和智能管柱研究。相比常規(guī)投撈式換層方式，智能注水技術換層方式的安全性、可操作性更高，為多功能集成管柱的研究創(chuàng)造了條件。例如，勝利油田已經研究形成的有線傳輸智能注水技術和無線智能測控分注技術（相關注水系統(tǒng)見圖7）[24–26]，均累計應用達80井次以上，取得了很好的應用效果。為了實時掌握井下注水情況，為油藏方案調整提供精準依據，應進一步開展智能注水技術和智能管柱的研究及礦場實踐。

圖7 智能注水系統(tǒng)Fig.7 Intelligent water injection system

4 結 論

1）勝利油田現有分層酸化管柱滿足了很多現場需求，取得了一定效果：K344型、Y221/Y211型和Y341型等3種基本分層酸化管柱，滿足了勝利油田整裝、斷塊、低滲透等油藏常規(guī)注水井的分層酸化需求；可替酸分層酸化管柱實現了酸洗功能，提高了酸化成功率；酸化–返排一體化管柱一趟管柱實現了酸化、高效返排功能，節(jié)約了成本；分酸分注一體化管柱一趟管柱實現了分層酸化、分層注水，縮短了占井周期，實現了降本增效；重復酸化完井管柱實現了單層的重復酸化。

2）隨著勝利油田在套損井治理、難動用儲量水驅開發(fā)及長壽命注水方面的不斷發(fā)展，對注水井分注技術及相應的分層酸化技術提出了更高要求。

3）基于礦場需求、研究現狀和目前的技術發(fā)展趨勢，建議在不斷完善現有技術的同時，加強多功能集成管柱的研究。同時，應進一步研究具有智能分注、智能酸化等功能的智能注水技術和智能管柱，并開展相應的礦場實踐。