防砂分注工艺研究与应用

2011-11-09马宏伟王小勇

石油地质与工程 2011年5期

关键词：砂器水器防砂

李侠,马宏伟,王小勇,陈景,赵娜

(1.中国石化河南油田分公司技术监测中心,河南南阳473132;2.中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院)

防砂分注工艺研究与应用

李侠1,马宏伟2,王小勇2,陈景2,赵娜2

(1.中国石化河南油田分公司技术监测中心,河南南阳473132;2.中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院)

为解决注水井因油层返吐出砂导致无法分层注水的问题,开发应用了单流防砂分注工艺和控制洗井防砂分注工艺,该工艺在注水管柱上采用防倒流措施,防止地层水倒流进入井筒、井筒水倒流进入油管,减缓了注水井快速泄压时对地层的压力传导,防止因地层返吐导致的严重出砂问题,延长了分注时间。

分层注水;防砂分注;控制洗井;现场应用

河南油田经过30多年的注水开发,进入高含水注水开发后期,注入水长期冲刷岩石骨架,破坏地层胶结物质和孔隙结构;注水、泄压、洗井等工作制度的多次转换,也会导致地层空隙骨架受到破坏;聚合物驱后在近井地带残存的聚合物,减缓了流体的流动,当注水井快速泄压时,地层深部和近井地带的瞬时高压差会导致地层骨架垮塌,造成地层返吐出砂。

地层出砂容易造成水嘴堵塞、注水管柱砂埋、洗井不通、投捞测试遇阻,无法实现测试及调配,导致作业频繁,影响有效分注。在注水井防返吐分注方面,油田开展了不断地探索试验和研究[1-3],先后开展了洗井后投球分注、单流偏心配水器和定压洗井凡尔防返吐分注、剪切过滤分注等工艺,分别取得了一定效果,从下井无法分注到分注有效期3个月以上、6个月以上,缓解了聚合物返吐分注困难问题,但是,对于压降大的情况下,如地面管线穿孔导致注水压力从15 M Pa左右瞬间下降到零时,仍然会出现返吐,而且没有解决注水井返吐伴随出砂堵塞的问题。

为解决注水井因油层返吐出砂导致无法分层注水的问题,研究应用了单流防砂分注工艺和控制洗井防砂分注工艺。

1 单流防砂分注工艺

注水井注水过程中不会出砂,注水井出砂主要是在地面注水压力突然下降时,如地面管线穿孔、反洗井操作过快,降压测试控制不当,导致油层和井筒产生较高压降,出现倒流,在倒流返吐过程中携带出砂,砂埋油层、堵塞管柱,无法注水。单流防砂分注工艺通过在注水管柱上采用单流防砂器,将容易出砂的油层射孔段卡封,注入水只能通过单流防砂器进入油层,不能从油层倒流进入井筒,通过控制油层压力避免快速下降实现防返吐出砂。

1.1 单流防砂分注管柱组成

管柱主要由单流防砂器、单流偏心配水器、注水封隔器、限压洗井阀、筛管丝堵等组成(见图1),主要适应出砂油层厚度在8米以内的分注井。

图1 防砂分注管柱示意

1.2 工作原理

坐封分注:管柱下井后,油管蹩压15 M Pa,坐封封隔器、单流防砂器,通过试井钢丝投捞调配偏心配水器水嘴,实现分注。

防地层返吐出砂:单流防砂器在油管蹩压后,两个单向皮碗在油层上下卡封,在易出砂层段形成防护层,注入水可以通过单流防砂器密封注水阀进入地层向地层注水;停注、泄压时,密封注水阀关闭,地层水不会返吐,避免地层出砂进入井筒。密封注水阀渗漏时,地层水微量返吐进入井筒,单流偏心配水器单向阀、限压洗井阀防倒流,避免微量返吐物通过配水器和底部筛管进入油管内,造成管柱和水嘴堵塞,进一步延长工作寿命。

管柱解封:上提管柱,封隔器解封,单流防砂器单向皮碗解封机构解封,管柱起出。

1.3 技术参数

单流防砂分注工艺技术参数见表1。

表1 单流防砂分注技术参数

2 控制洗井防砂分注工艺

单流防砂分注工艺是通过在注水管柱上采用单流防砂器,将容易出砂的油层射孔段卡封实施防砂分注,当分注井出砂油层厚度在8 m以上,或者出砂油层不确定时,实施工艺难度较大,成功率低。单流偏心配水器和限压洗井阀组成的限压洗井防返吐分注工艺[2],通过限压洗井阀在一定压降下防倒流,当注水压力突降大,如地面管线穿孔,井筒液体仍然会通过限压洗井阀出现倒流,引起地层出砂,为此,开展了控制洗井防砂分注工艺研究配套。

控制洗井防砂分注工艺通过在注水管柱上应用可捞式控制洗井防砂阀,将注水管柱形成单向密闭系统,注入水只能通过单流偏心配水器进入油层,不能从油层进入井筒,防止地层水倒流进入井筒,防止出砂。

2.1 控制洗井防砂分注管柱组成

管柱主要由单流偏心配水器、注水封隔器、控制洗井防砂阀、丝堵等组成(见图2),主要适应出砂油层不确定、出砂严重的分注井。

2.2 工作原理

坐封分注:管柱下井后,油管蹩压15 M Pa以上,坐封封隔器,通过试井钢丝投捞调配偏心配水器水嘴,实现分注。

防地层返吐出砂:单流偏心配水器单向阀防倒流,避免注入水通过配水器返吐进入油管内;控制洗井防砂阀的控制活塞将洗井通道堵死,避免注入水通过洗井通道进入油管内,防止在突然出现高压降情况下地层返吐出砂。

反洗井:通过试井钢丝下打捞筒捞出控制洗井防砂阀的控制活塞,打开洗井通道,反洗井;洗井结束,重新从油管内投入控制活塞,关闭洗井通道,正常注水。

管柱解封:上提管柱,封隔器解封,管柱起出。

图2 控制洗井防砂分注管柱示意

2.3 技术参数

控制洗井防砂分注工艺技术参数见表2。

表2 控制洗井防砂分注技术参数

3 现场应用

该技术从2007年开始,先后在双河、魏岗等油田开展防砂分注现场应用85井次,其中单流防砂分注工艺应用8井次,控制洗井防砂分注工艺应用77井次,工艺成功率96.4%,可对比井平均分注有效期从实施前的4个月提高到12个月,最长有效期达到44个月,仍有效;有效的减少了地层出砂造成的配水器、管柱砂埋、洗井不通等问题,取得了较好的应用效果。

魏岗油田魏214井应用单流防砂分注工艺之前,因停注、泄压、洗井时地层出砂,造成测试遇阻、洗井不通、无法正常分注,2007年由于地层出砂严重导致作业3次,作业频繁,分注时率低,严重影响注水开发效果(见表3)。

表3 魏214井2007年作业原因分析

该井于2007年10月实施单流防砂分注工艺,封隔器坐封压力15M Pa,第一层配注50 m3/d,第二层配注20 m3/d,实施后,达到配注要求。截至目前,顺利进行水量测试16次,停注、反洗井25次,没有发现因出砂造成洗井不通、测试遇阻、无法分注的现象,防砂分注有效期达44个月,防砂效果显著,目前仍有效。

双河油田双2205井应用控制洗井防砂分注工艺之前,经常因管线穿孔、洗井时地层出砂,砂堵油管3根-5根,造成测试遇阻、洗井不通、无法正常分注。

2008年7月4日实施控制洗井防砂分注工艺,实施后,达到配注要求。期间出现10次管线穿孔停注,打捞控制洗井阀洗井1次,均实现正常分注,2009年7月25日因封隔器失效换封,截至目前有效期换封一次,平均有效期13个月,较之前延长一倍以上。

防砂分注工艺虽然延长了分注有效期,但是部分单层注水量较高的井,有效期较短,起出工具检查表明,单流偏心配水器防倒流阀存在被刺坏的现象,导致防倒流能力下降,通常防倒流阀在注水量50 m3/d左右时,有效期达到15个月左右,随着注水量的增大,有一定的下降,目前正在试验改进耐磨性能高的防倒流阀。