一种新型免投捞周期性注水技术研制及应用

2019-01-17董社霞曾奇灯张成君王天慧

石油化工高等学校学报 2019年1期

关键词：液控防砂沙河

李越，董社霞，曾奇灯，张成君，王天慧，王磊

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

渤中25-1油田X井原设计为沙河街二段先期排液井，后期转注，完善临近注采关系。由转注沙河街一层，改为同时给明化镇、沙河街油组注水，作业难度如下：

1)沙河街二段油层压力30 MPa，明化镇三段油层压力12 MPa，层间压差明显，长时间注水容易造成沙河街注水窜层到明化镇油组，可能导致压开储层，存在一定地质风险，需周期性注水。

2)使用常规注水工具/滑套，周期注水每次开关层需要动员钢丝作业或连续油管设备，作业周期长，管理费用高。

3)沙河街和明化镇层位斜深差2 000 m，压力差别较大，后期酸化等措施处理，需对套管、尾管挂及封隔器等进行保护。

解决措施：应用新型周期性注水管柱与优化后的防砂管柱相结合，通过地面液压控制装置实施调节井下各层流量阀的开关状态，实现周期性注水。

1 周期性注水管柱结构及特点

1.1 防砂管柱优化

沙河街油层为原井射孔连坐不防砂管柱，明化镇补孔井段需要防砂，将只对明化镇防砂的防砂管柱优化成明化镇防砂与沙河街注入一体的管柱形式，如图1所示，具有如下特点：

1)实现封隔明化镇与沙河街产层，防止窜层，满足注水要求和沙河街酸化要求；

2)注水时非射孔段套管不承压，酸化时酸液不接触非射孔段套管，保护套管与尾管挂；

3)封隔器坐封前，环空内可替入封隔液，长期保护油管及套管；

4)注水管柱只需下到明化镇（井深2 000 m），避免沙河街（井深4 000 m）温度较高对注水管柱产生的影响，适应目前所有注水工艺；

5)满足注水与挡砂要求，结构简单；

6)锚定密封增加一个密封筒，便于后期措施。

图1 防砂管柱优化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压控制系统、能穿越液控管线的隔离/定位密封、井下流量控制阀（开/关）、水力锚、循环滑套、井下安全阀、井口管线集成穿越器等组成，井下管柱如图2所示，其特点如下[1-4]：

1)地面控制井下流量阀开关，实现明化镇、沙河街周期性单层注水；

2)无需电缆、钢丝作业，节省作业时间与费用；

3)单层最大注水量1 200 m³/d，满足油藏注水量要求；

4)井下工具全部为机械结构，无活动的电子元件，简单可靠，寿命长；

5)下入152.4 mm加长定位密封及120.65 mm插入密封，通用尺寸对防砂管柱无特殊要求，适用各种井型，适应性强；

6)下入水力锚，防止管柱窜动，保障层间安全；

7)地面液压控制系统，操作简单，对地面注水泵等设备无特殊要求，日常注水管理与普通井无异。

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

2 周期性注水管柱关键工具

2.1 井下流量阀

井下流量阀技术参数如表1所示。

表1 井下流量阀技术参数Table 1 Technical parameters of flow control valve

井下流量阀直接与2根液控管线连接，如图3所示。防砂段内用6.35 mm液控管线，套管环空内用9.53 mm液控管线，液控管线由井口油管挂、采油树穿出连接至地面液控系统，实现地面控制。流量阀的控制逻辑为单相控制，一根液控管线控制阀开启，另一根液控管线控制阀关闭；为减少液控管线的数量，多个流量阀可以共用关闭管线，即n个流量阀需要n+1根液控管线[5-6]。本井2层需要3根管线，如图 4所示[7-11]。

图3 井下流量阀Fig.3 Flow control valve

图4 井下流量阀连接示意Fig.4 Connection diagram of flow control valve

2.2 穿越液控管线的隔离/定位密封

隔离密封、定位密封技术参数如表2所示。

表2 可穿越管线的隔离/定位密封技术参数Table 2 Connection diagram of Isolation seal&location seal

隔离密封、定位密封与防砂封隔器密封筒配合使用将油层分开，防止层间窜流的重要工具。由于每层的流量阀都需要连接液控管线，因此隔离/定位密封必须具有穿越液控管线的功能，如图5所示。本井隔离密封需要穿越2根液控管线，定位密封需要穿越3根液控管线。

图5 可穿越管线的隔离/定位密封示意Fig.5 Isolation seal/location seal

2.3 井口集成液控管线穿越器

为节省成本，转注后仍使用原采油树及油管挂，只有电缆穿越孔、6.35 mm NPT接口、9.53 mm NPT接口、12.7 mm NPT接口各1个，常规方式电缆穿越孔使用堵塞器封死，剩余3个液控管线接口；使用周期性注水管柱井下流量阀需要3根液控管线控制，井下安全阀需要1根液控管线控制，即至少需要采油树及油管挂要满足4个液控管线接口，原井采油树及油管挂少1个液控管线接口。因此，舍弃常规方式，将控制井下流量阀的3根液控管线密封集成在一起，从电缆穿越孔处一起穿出，既解决采油树及油管挂穿越孔少问题，又能保证管线穿越处的密封性能，如图6所示，技术参数如表3所示。

图6 井口集成液控管线穿越器（示意（左）、实物（中、右））Fig.6 Integr ated thr ough tool of wellhead for liquid control line

2.4 地面液控系统

地面液压控制系统技术参数如表4所示，原理如图7所示，得到稳定气源后，打开手动气源开关，使气压通过双头气液增压泵实现油液的泵注。通过阀门的切换，可以调整各根管线的泵注与回路。3条管线控制2个井下流量阀，管线序号分别为1号、2号、3号，1号管线为共用关闭管线，2号管线为流量阀1的开启管线，3号管线为流量阀2的开启管线[12-14]。

表3 井口集成液控管线穿越器技术参数Table 3 Connection diagram of integrated through tool

表4 地面液控系统技术参数Table 4 Connection diagram of ground hydraulic control system

3 作业步骤

（1）车间组装测试

出海作业前，在库房将每层井下流量阀、隔离/定位密封分别连接，接好对应液控管线并做好标记。整体试压后，连接到地面控制液控系统进行功能测试。试压及功能测试合格后进行包装，防止运输途中受损。

（2）下入防砂管柱

管柱组合：下部：73 mm EU带孔圆堵+73 mm EU倒角带孔油管+101.6 mm加长锚定密封+73 mm EU倒角油管+水力锚+73 mm EU倒角油管+变扣+73 mm EU油管+变扣+139.7 mm盲管+120.65 mm密封筒+244.48 mm封隔器总成；上部：锚定密封+120.65 mm密封筒+139.7 mm优质筛管+139.7 mm盲管+244.48 mm封隔器总成。

（3）下入周期性注水管柱

管柱组合：73 mm EU圆堵+73 mm EU倒角油管+下层流量阀+隔离密封总成+73 mm EU倒角油管及短接+上层流量阀+定位密封总成+水力锚+88.9 mm EU油管+井下安全阀+88.9 mm EU油管+油管挂。

流量阀及隔离/定位密封总成已经在车间组装完毕，现场只需按设计连接油管及配长短接，连接液控管线试压合格即可，操作简单。液控管线带压下入，每个油管接箍安装管线护罩，保障管线安全下入。

（4）安装地面液控系统

（5）试压、试注

试压：关闭井下流量阀，正打压35 MPa，稳压15 min，放压至零，合格；环空打压21 MPa，稳压15 min，放压至零，合格。

试注：两层试注记录如表5所示，开关井下流量阀切换注水层位操作时间1 h。