易起式水平井均匀注汽管柱的研制与应用

胡英才 刘若虚 李家明 苗玉礼 马 海

（河南油田公司石油工程技术研究院，河南郑州 450000）

易起式水平井均匀注汽管柱的研制与应用

胡英才 刘若虚 李家明 苗玉礼 马 海

（河南油田公司石油工程技术研究院，河南郑州 450000）

水平井均匀注汽管柱可以实现热采稠油水平井长水平段均匀受汽，改善注汽质量。但常规的均匀注汽管柱与常用的Ø73 mm油管比工具外径较大，使得整个均匀注汽管柱存在多处变径，易出现难以起出的问题，且配汽阀出汽位置正对筛管，存在注汽时刺坏筛管的风险。为此设计了由投球式安全丢手接头、小直径侧向配汽阀、小直径单流阀等工具组成的易起式防砂埋水平井均匀注汽管柱。配汽阀侧向出汽，杜绝了刺坏防砂筛管的风险；整个工具串外径小，无明显的变径段，降低了工具被砂埋无法起出的风险；配备了安全接头，管柱被埋后，可以实现丢手，起出上部油管，再打捞处理下部油管。该工艺在出砂严重且采用筛管完井的稠油水平井具有良好的应用前景和推广价值。

水平井；均匀注汽；筛管完井；小直径

水平井均匀注汽技术是通过对油层物性进行分析，对长水平井段设计数个注汽阀，注汽阀的孔径大小通过设计软件优化得出，实现了长水平段的均匀注汽，改善蒸汽的局部突进等问题。目前该项技术在各大油田稠油区块被广泛的应用。春光油田春10井区为特、超稠油区块，油层温度下（40 ℃左右）原油黏度在50 000~80 000 mPa·s之间，也采用了均匀注汽工艺。但该井区前期部分水平井采取了裸眼挂滤完井方式，目前出砂严重，化验分析20多口井油样含砂，且有2口井出现因筛管脱扣或损坏而大量出砂的现象。分析认为，目前使用的均匀注汽管柱注汽孔正对筛管出汽，存在刺坏筛管的风险，且配汽阀、单流阀等工具外径较大（Ø122 mm），如果筛管防砂失效，整个管柱存在多处变径，易出现难以起出的问题。为此，进行了防砂埋水平井均匀注汽管柱研究，要求既能实现均匀注汽，又能保证注汽时不易损伤筛管，同时要求地层出砂时，工具易于起出。

1 易起式水平井均匀注汽工艺管柱

均匀注汽管柱在筛管完井及射孔完井的水平井中均可应用。为减少注汽热量损失，必须考虑注采管柱的一体化，最终确定的工艺管柱如图1所示。管柱组合由隔热油管（直井段用）、Ø73 mm平式倒角油管（水平段用）、抽稠泵、伸缩管、隔热封隔器、安全接头、配汽阀、单流阀及导锥等组成［1-2］。

图1 易起式水平井均匀注汽管柱

工艺流程：完井后，上提抽油杆至合适高度，使抽稠泵的柱塞让出注汽孔道，开始注入蒸汽；随着蒸汽的注入，井筒内温度升高，隔热封隔器（热敏式）的热敏原件开始动作，实现对油套环空的封隔；注汽过程中，封隔器上端油管产生的热伸长由抽稠泵下端的伸缩管来实现补偿；蒸汽经由油管从配注阀的出汽孔进入油套环空（筛套环空）；完成注汽、焖井、放喷后，下放抽油杆，正常开抽；放喷和采油过程中，原油经单流阀进入油管。

技术特点：由于配注阀的特殊设计，可实现长水平段的均匀受气，有效动用，同时可避免蒸汽直喷筛管，造成筛管老化损坏；所有工具最大外径与Ø73 mm油管接箍外径相同，起管柱阻力小，便于起出；单流阀采用了大进油流道的设计，油流阻力小；隔热油管减少了蒸汽在井筒中的热损失；安全接头起到一旦工具被砂埋后，可实现丢手先起出上部工具串，便于后期打捞的作用。

1.1 投球式安全丢手接头

1.1.1 结构和工作原理 投球式安全丢手接头结构如图2所示。

图2 投球式安全丢手接头

工作原理：下入状态下（初始状态），锁球被投球滑套顶出，将下接头与主体提挂为一体，依靠锁球的抗剪切力强度，将丢手接头上下的管柱连为一体；需丢手时，投入钢球，通过油管打压，剪断剪切销钉，使投球滑套下行，锁球回收至投球滑套的凹槽内，上提油管，主体即可和下接头顺利脱开，将下接头以下连接的工具串留在井底。

1.1.2 技术指标

耐温：350 ℃；耐压：20 MPa；最大提挂力：30 t；滑套打开压力：12 MPa；最大外径：90 mm。

1.2 小直径侧向配汽阀

1.2.1 结构和工作原理 小直径侧向配汽阀结构如图3所示，其主要由上接头、外管、芯子、配气孔、注汽护罩和防转销钉等组成。芯子与外管形成一个桥式通道，既能实现从油管内到油套环空的配汽，又可保证油管内畅通，将蒸汽分配到下一级配汽阀。配汽孔的孔径通过专用软件进行优化，控制该级的配汽量及节流压力。蒸汽从配汽孔进入，再经过芯子的垂直孔向油套环空行走，在经过注汽护罩时，蒸汽流向从垂直于配汽阀轴线方向改为平行于配汽阀轴线方面出汽。

图3 小直径侧向配汽阀图

1.2.2 技术指标

耐温：350 ℃；耐压差：20 MPa；最大外径：90 mm。

1.3 小直径单流阀

1.3.1 结构和工作原理 小直径单流阀主要有上接头、弹簧座、弹簧、阀球、芯子、外管等组成（如图4所示）。主要作用是油套连通的开关。在一定的压力下，阀球开启，地层液可以进入油管。注汽时阀球与芯子密封。芯子与外管之间形成桥式通道，既不影响从油管内部向下部配汽，又可实现油流从地层进入油管。小直径单流阀，阀球居中，扶正预紧弹簧给阀球强制回位的作用，且无橡胶密封件，可以承受注汽时的高温、高压。

图4 小直径单流阀

1.3.2 技术指标

耐温：350 ℃；耐压：20 MPa；开启压力：0.1 MPa；最大外径：90 mm。

2 室内实验和现场应用

首先开展室内试验，建立水平井均匀注汽物理模拟装置，流量分配地面试验，以获得配注器流量分布数据，验证配注阀的调配能力。试验装置如图5所示，流体经离心泵加压后，通过5个配注阀流回液罐。流量计和压力计测量流体经过配注阀后的流量和压力，通过优化配注阀的孔径调配各个配注阀的流量。经过2次孔径优化后，5个配注阀的流量基本达到均匀分配（图6）。

图 5 室内试验设备原理图

图6 调配前后流量对比曲线

目前该管柱已进行了20多口井的现场试验，有多口井出现砂堵死数10根尾管的情况，但管柱均正常起出。同时为了验证均匀注汽的吸汽剖面，对一口水平井X3-平15井进了注汽后的温度剖面测试，测试段：1 005~1 225 m，每10 m一个点，共23个测试点。生产段温度差18.7%（≤20%），达到了设计要求。

X3-平15井与未采取均匀注汽的水平井X3-平7井相比（表1），两口井生产层位、生产段长度、下泵深度都比较类似，但生产效果更好。

表1 X3-平15井与X3-平7井生产效果对比

3 结论

易起式水平井均匀注汽管柱工艺原理可行，工具结构可靠：配汽阀侧向出汽，杜绝了刺坏防砂筛管的风险；整个工具串外径更小，无明显的变径段，降低了工具被砂埋无法起出的风险；配备了安全接头，管柱被埋后，可以实现丢手，起出上部油管，再打捞处理下部油管。该工艺在出砂严重且采用筛管完井的稠油水平井应用，既能实现水平井的均匀配气，又能保证管柱可被安全起出，具有良好的应用前景和推广价值。

［1］薛世峰，王海静.水平井均匀注汽工艺研究及软件开发［J］.石油矿场机械，2009，38（1）：38-41.

［2］郭静.一种分层注汽管柱试验用配汽器设计［J］.中国石油和化工标准与质量，2012（3）：71.

［3］李国太，王学民，丁阳，等.KZJ丢手接头可靠性改进与现场应用［J］.石油工业技术监督，2008，24（12）：58-63.

（修改稿收到日期 2014-09-26）

〔编辑 景 暖〕

Development and application of easy-to-retrieve even steam injection string in horizontal wells

HU Yingcai, LIU Ruoxu, LI Jiaming, MIAO Yuli, MA Hai
（Research Institute of Petroleum Engineering Technology of He'nan Oilfield Company,Zhengzhou450000,China）

The even steam injection string for horizontal well can realize even steaming in long horizontal section of horizontal well for thermal production heavy oil and improve steam injection quality.However, compared with the often used Ø73 mm tubing, the conventional even steam injection string is larger in outside diameter, so there are a number ofvariable diameter on the whole string and hence the string is hard to retrieve;in addition, the steam distribution valve is directly opposite the screen tube, so there exists the risk of screen washout while stream injection.For this reason, an easy-to-retrieve, anti-sand burial even steam injection string for horizontal well is developed, which is composed of ball-like safety release joint, small diameter lateral steam distribution valve and small diameter check valve, etc.The steam comes out of distribution valve on side orifices, so avoiding the risk of screen washout;the outside diameter of the whole string is small without obvious diameter varieties, which reduces the risk of being unable to retrieve the string due to sand burial.The string is equipped with safe connections, so when the string is buried, the release can be realized to retrieve the upper tubing and then the lower tubing shall be fished.This technology enjoys a favorable prospect and promotional value in heavy oil horizontal wells with severe sand production and screen completion.

horizontal well;even steam injection;screen completion;small diameter

胡英才，刘若虚，李家明，等.易起式水平井均匀注汽管柱的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2014，36（6）：94-96.

TE345

：B

1000–7393（2014） 06–0094–03

10.13639/j.odpt.2014.06.023

中石化股份公司科研项目 “春光油田稠油热采工艺关键技术研究” （编号：P13122）。

胡英才，1983年生。2011年毕业于西安石油大学机械制造专业，现从事井下工具设计和机械采油工艺研究工作。电话：0371-63810787。E-mail：163huyingcai@163.com。