桥式同心验封测调一体化技术研究与应用

2020-01-07杨玲智胡改星王明万磊

测井技术 2019年5期

杨玲智,胡改星,王明,万磊

(1.长庆油田公司油气工艺研究院,陕西西安710018;2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安710021;3.长庆油田分公司第三采油厂吴起采油作业区,甘肃银川750000;4.中国石油集团测井有限公司,陕西西安710021)

0 引言

长庆油田是典型的“低渗、低压、低丰度”三低油藏,需注水补充储层能量,主力储层层系发育单一,但层内隔夹层发育,小层间吸水不均,剖面矛盾突出,现场实践证明,精细分注是提高油藏水驱动用的核心技术之一[1-6]。结合长庆油田定向井小水量开发方式,2012年,长庆油田研发了桥式同心分层注水技术,采用同心结构设计、电缆高效测试方式,提高了大斜度井测调成功率、效率和精度,有效缓解了油藏纵向水驱剖面矛盾,提高了精细水驱开发效果[7-10]。但现有分注技术需要分别配套验封仪和测调仪2套测试仪器,增加配套成本,同时随着分注井逐年增多,测调工作量大(每年1.4×104井次),单井验封测调时间6 h以上,影响了现场施工效率[7-8]。为实现分注工艺提质增效,2015年,长庆油田创新形成了桥式同心验封测调一体化技术,研发了二代桥式同心配水器、桥式同心验封测调一体化仪器等关键工具,实现了一趟作业完成全井验封、测调作业,测调效率进一步提升,作业成本下降,助推了桥式同心分注技术更新升级。

1 桥式同心验封测调一体化技术

1.1 管柱结构

图1 桥式同心一体化分注管柱

桥式同心一体化分层注水管柱见图1。油管补偿器起到管柱蠕动形变补偿作用,保护封隔器长期有效。长效封隔器设计了非金属锚定机构和长胶筒密封机构,坐封时封隔器扶正结构支撑管柱在斜井中居中。非金属锚定机构采用金属锚定爪,表面进行硫化处理方式,确保管柱锚定效果,并避免套管挤压磨损,长胶筒橡胶采用金属复合橡胶材料,提升胶筒耐磨效果,延长管柱密封有效期。二代桥式同心配水器保持前期可调式水嘴一体化同心集成设计,同心活动筒优化至水嘴结构下端,对接调节由上部调节调整至下部调节,确保了大斜度井分层水量测试调配成功率,同时提高了测试效率。

1.2 工艺原理

桥式同心验封测调一体化技术采用长效封隔器将不同注水层隔开,油管补偿器弥补分注管柱受压力变化导致的管柱伸缩量,采用二代桥式同心配水器实现分层配水。验封调配测试时,采用电缆连接桥式同心验封测调一体化仪器下入井内,分别与各层配水器定位对接,地面控制器通过电缆向一体化仪器发送指令,一体化仪器验封结构推动验封胶筒坐封,对封隔器进行验封测试,随后控制测调结构调节可调式水嘴开度,同时流量计实时测试分层流量,实现分层注水量的边測边调。地面控制器通过电缆与一体化仪器建立通讯,实现验封、测试及调配全过程监控,一趟作业完成各层的测试工序,达到分层配注需求。

1.3 技术特点

(1)大斜度井对接成功率高。配水器采用同心结构设计,一体化仪器与配水器平台定位对接,大斜度井井下对接、测调可靠。

(2)分层注水测试效率高。测试仪器创新集成验封结构和测调结构,一次起下作业可完成全井各层封隔器验封、分层流量测试调节工序,减少了现场作业工序及施工强度。

(3)分层注水适应性强。桥式同心验封测调一体化管柱配套长胶筒封隔器,适用坐封卡距0.5 m,油管补偿器可有效缓解深井管柱伸缩对封隔器影响,大幅提升了深井、小卡距多层细分注水适应性。

2 关键工具的研制

2.1 长效封隔器

Y441长效封隔器与常用注水井封隔器相比,其增加锚定机构,采用液压坐封,上提管柱解封,主要由上接头、锚定机构、解封机构、密封胶筒、保护胶筒、反洗井机构、坐封机构、中心管及下接头等构成(见图2),工作压力不大于45 MPa,工作温度不高于120 ℃。

图2 长效封隔器

它采用多组封隔器胶筒配合使用,保护胶筒采用金属复合橡胶材料,提高胶筒抗压、耐磨特性,同时密封胶筒采用新型高分子橡胶材料,保证胶筒弹性的同时,提升胶筒抗老化性能,增加径向膨胀体积,提高接触应力;增加了锚定机构,采用金属锚爪设计,表面进行非金属材料硫化处理,保证管柱的锚定效果,避免套管表面磨损;改进了坐封机构,实现多级推筒、平衡压结构设计,提升坐封效果,解决了分注管柱在压力波动时易蠕动解封的问题。

2.2 二代桥式同心配水器

二代桥式同心配水器是该桥式同心验封测调一体化技术的核心部分,主要由上接头、定位机构、外护筒、主体机构、可调水嘴、同心活动筒、扶正机构及下接头等结构组成(见图3)。

图3 二代桥式同心配水器

与一代桥式同心配水器对比,二代桥式同心配水器保留可调式水嘴与配水器一体化设计,将可调水嘴及主体结构优化至配水器中部,将同心活动筒由向上转换为向下调节,扶正机构同步设计于配水器下部。完井作业时水嘴处于完全关闭状态,满足封隔器坐封要求,实现了免投捞作业。验封时,一体化仪器与配水器同心定位对接,验封机构的坐封胶筒在电机作用下,压缩坐封,完成封隔器验封。测调时,一体化仪器带动同心活动筒和活动水嘴上下转动,改变出水孔的开度,实现对注水量的调节。在主体与外护筒之间设计了较大过流面积的桥式通道,当测调仪占用中心通道时,一部分注入水从桥式过流通道流向下一级桥式同心配水器,以满足其他层段分层配水的需要,最大限度降低层间干扰。

2.3 桥式同心验封测调一体化仪器

桥式同心验封测调一体化仪器是桥式同心验封测调一体化技术的关键部分,将同心测调仪与电动验封仪一体化集成设计,验封机构与调节爪采用离合机构设计,实现一个电机分别完成验封机构的纵向压缩动作和调节爪旋转动作,仪器主要由电缆接头、扶正机构、流量计、磁定位、电路装置、电机、定位机构、验封机构和调节爪等结构组成(见图4)。

图4 桥式同心验封测调一体化仪器

验封时,桥式同心验封测调一体化仪器利用扶正器和磁定位与二代桥式同心配水器实现平台定位对接。验封机构上下胶筒处于配水器可调水嘴上下部位,通过电机压缩验封机构胶筒坐封,通过地面控制阀改变注水制度,完成封隔器验封作业。

测试调配时,桥式同心验封测调一体化仪器与配水器定位平台对接,同时一体化仪器的防转爪卡于配水器定位机构的防转槽内,调节爪与同心活动筒对接,并带动其旋转,完成可调水嘴开度调节,调节过程中,实时监测分层注水量,实现边测边调。一体化仪器将封隔器验封和分层流量测试调节功能一体化集成,大幅提高了分注井测试效率。

3 现场应用及典型井例

桥式同心验封测调一体化技术在长庆陇东油区南梁等区块推广应用192口井,现场施工成功率100%,平均单井测调验封时间由6～8 h降低至5 h以内,单井测调成功率95%,测调合格率96%,分注管柱有效期3年以上,单井作业费用节约20%。2015—2017年,在南梁油田大斜度井试验65口井,试验区水驱储量动用程度提高9.6%,2018年长庆油田推广应用200口井以上。

南梁油田L14-03井于2012年三层分注投产,上层有3个吸水层段,中层有1个吸水层段,下层有2个吸水层段。投产初期各层吸水剖面基本平稳,但随着注水时间延长,由于层内各小层吸水量差异变大,出现指进现象。上层3个段吸水量均出现上升现象,水量由21.47 m3/d增至34.22 m3/d;中层吸水层段由10.16 m3/d降至0 m3/d;下层第1段吸水量由4.85 m3/d增至9.5 m3/d,第2段吸水量由9.85 m3/d降至1.03 m3/d;全井吸水厚度由30 m降低至28 m。为提高层内纵向水驱动用,对该井实施层内分注措施。由于该井井斜较大(井斜49.5°)及多层分注需求,2015年选择实施了桥式同心验封测调一体化技术,分注层数为6层,全井日配注量为45 m3,分层配注量见表1。施工步骤:①按照地质分注要求及工程设计下入桥式同心验封测调一体化分注管柱,并打压坐封。②试井车通过电缆携带桥式同心验封测调一体化仪器下井,与各层配水器对接并打开可调水嘴试注。③一体化仪器对各层封隔器验封。④验封合格后,根据地质配注量,完成全井各层测试调配,实现一趟作业完成开注、封隔器验封及各层流量测试调节工序,测调时间5.2 h,各层测调误差10%以内,达到地质配注要求,细分注水后吸水厚度由28 m增加至39 m,全井吸水剖面改善显著,对应油井产量增加0.5 t/d(见表1)。