海上油田分层防砂分层注水高效集成技术

2021-09-27宋辉辉任从坤任兆林张福涛田俊刘艳霞

石油钻采工艺 2021年3期

宋辉辉任从坤任兆林张福涛田俊刘艳霞

1.中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院；2.中国石化胜利油田分公司海洋采油厂

高效注水是海上快速提液、提速开发的重要基础。截至2016 年底，胜利海上油田共发现馆陶组、东营组、明化镇等7 套含油层系，其中水驱油藏占总储量的85.28%，主力油藏馆陶组具有非均质性强、地层出砂、层间差异大的特点，油藏特性对分层注水工艺分层要求严格［1-2］。国内外对该类水驱油藏，普遍采用挂滤砂管的分层防砂分层注水工艺，该管柱采用悬挂滤砂管分层防砂方式，留井管柱可实现多层系分层防砂，为二次完井创造井眼。丢手后，坐封内管随丢手管柱起出地面，再下分层注水工艺管柱实现分层注水，由于2 次下钻，作业工期一般在3 d以上。随着海上水井工作量日益增长，作业日费逐渐增加、长效精细注水要求日益严格，如何提高平台有效期内的油水井寿命、降低作业费用，成为当前高效开发的关键［3-5］。

针对以上问题，通过重点优化管柱结构、创新研制工具，研究形成了防砂注水高效集成技术，实现一趟管柱分层防砂分层注水的要求。

1 技术分析

1.1 管柱结构

新型的分层防砂分层注水高效集成工艺管柱由输送管住、防砂管柱及注水管柱组成(图1)。外部的防砂管柱采用Ø127 mm 套管，包括穿越型悬挂丢手封隔器、常规的Y341 封隔器、Y441 封隔器、金属毡滤砂管等，内部的注水管柱采用Ø73 mm 油管，包括小直径液控压缩封隔器、可调配水器、井下坐封开关、侧开式反洗阀、可锁定伸缩补偿器等，输送管柱则采用常规的Ø73 mm 加厚油管，在输送管柱上部设置可洗井的环空安全封隔器和井下安全阀，实现全井筒的安全控制［6-7］。

图1 分防分注高效集成管柱Fig.1 Efficient and integrated pipe string of separate-layer sand control and separate-layer water injection

1.2 工作原理

施工过程：根据油藏分层需要，首先下入分层防砂管柱，然后根据防砂管柱深度，依次调配注水管柱，最后通过新型悬挂丢手封隔器连接防砂、注水管柱，通过输送油管整体下入合适的油层位置，液控管线从井口穿出后连接至地面液压控制柜。需要注意的是，注水管柱上的液控压缩封隔器分别封隔防砂管柱上Y341 封隔器的上端和下端，同时2 个液控压缩封隔器之间设置1 个井下坐封开关。

分层注水：地面液压控制柜打压至10～12 MPa，坐封液控压缩封隔器，通过油管打压(可调配水器先期关闭)，先后坐封Y341 封隔器、Y441 封隔器、新型穿越型悬挂丢手封隔器，完成所有封隔器的坐封，然后下入一体化测调仪器，实现分层配水［8-10］。

日后维护：当需要反洗井作业时，地面液压控制柜泄压至0，解封液控压缩封隔器，洗井液经过油套环空、环空安全封隔器洗井通道、新型穿越型悬挂丢手封隔器洗井通道、侧开式反洗阀，通过Ø73 mm油管返出至地面，通过此循环形成一次井口至井底的大排量清洗井筒。

后期检修：由于新型悬挂丢手封隔器设置自行丢手机构，在液控封隔器泄压解封后，只需要上提输送管柱，就可实现分层注水管柱的独立检修，延长了防砂管柱的在井使用寿命。

1.3 主要技术参数

主要技术参数：管柱有效期≥5 年；分层级数不限；封隔器耐压差21 MPa、耐温150 ℃；适应套管尺寸≥Ø177.8 mm。

1.4 技术特点

(1)管柱结构合理：管柱整体上下锚定，平衡式设计，消除较大的活塞效应。(2)分层较为可靠：每层Y341 封隔器对应2 级液控封隔器，而且能够及时补压，软锚定能力增强。(3)节省完井时间：防砂、注水管柱一次下入，与原来相比，节省施工时间1/2 左右。(4)施工安全可靠：液控封隔器能够带压下入，及时发现封隔器状态，降低施工过程风险。(5)后期维护方便：地面泄压，能够实现大排量反洗井需求。

2 主要配套工具

2.1 穿越型悬挂丢手封隔器

2.1.1 设计要求及特点

穿越型悬挂丢手封隔器是分防分注高效集成技术的核心工具，如图2 所示。针对目前海上注水管柱必须配备环空安全封隔器和液控管线，不能采用常规的旋转和液压方式实现丢手，因此设计了穿越型悬挂丢手封隔器，通过合理设计内部结构，实现了整体Ø108 mm 大通径尺寸的同时，液控管线穿越通道最小处Ø8 mm，封隔器内外中心管间设计大孔径反洗井通道，能够实现30 m3/h 大排量反洗井；设置可溶材料丢手机构，实现后期防砂管柱与带液控管线注水管柱的整体自动分离。

2.1.2 结构组成及原理

穿越型悬挂丢手封隔器整体上包括坐封机构、自动丢手机构、液控管线穿越机构、反洗井机构、解封机构等(图2)，自动丢手机构包括丢手支撑套及丢手棘爪。油管内部打压，剪断坐封剪钉，通过坐封机构，先后实现胶筒坐封及卡瓦锚定，由于丢手支撑套采用可溶的Mg-Al 合金材料，可溶的丢手支撑套在井液内浸泡7 d 左右能够自动溶解，丢手棘爪失去支撑之后，能够自动释放，实现防砂管柱与注水管柱的脱离，后期上提管柱，剪断解封剪钉，便可实现悬挂丢手封隔器的解封。主要技术指标见表1。

图2 穿越型悬挂丢手封隔器Fig.2 Crossing-type suspension release packer

表1 穿越型悬挂丢手封隔器技术参数Table 1 Technical parameters of crossing-type suspension release packer

2.2 液控压缩封隔器

2.2.1 设计要求及特点

针对海上油田长效分层、大排量反洗井的开发需求［11］，设计了小直径液控压缩四胶筒封隔器。该封隔器采用地面液压控制方式，后期能够对封隔器动态补压调整，避免胶筒应力松弛影响；二级坐封活塞结构，封隔器坐封时液压压力小，延长封隔器工作寿命；上、下双级胶筒，扩大密封面积，提高密封效果。

2.2.2 结构组成及原理

液控压缩封隔器整体上包括液压控制总成、胶筒调节机构、中联过流机构、胶筒坐封机构等，如图3所示。地面液压控制柜打压，上、下活塞机构分别向上压缩胶筒，达到一定压力时，剪断坐封剪钉，实现四胶筒的坐封，地面液压控制柜泄压，依靠四胶筒本身弹性，能够完全收回，收回后，反洗通道截面积达989 mm2，水眼当量直径为35 mm，满足大排量的反洗井要求。主要技术指标见表2。

表2 液控分层封隔器技术参数Table 2 Technical parameters of hydraulic separate-layer packer

图3 液控压缩封隔器Fig.3 Hydraulic compression packer

2.3 可锁定伸缩补偿器

针对注水工具需要调配深度、液控管线又不能自由伸缩的情况，设计了可锁定伸缩补偿器，如图4所示。该补偿器通过Tr80X10 梯形螺纹控制伸缩，最大可调距离为1 000 mm，伸缩补偿后能够实现螺纹自锁，完井时通过旋转该工具，调节注水管柱封隔器深度，确保Y341 分层封隔器坐封，由于调节锁定后，伸缩杆不再活动，不会影响液控管线连接。

图4 可锁定伸缩补偿器Fig.4 Lockable expansion compensator

2.4 井下坐封开关

针对常规节流器开启之后不能及时关闭的问题，研制了先期开启、后期自动关闭的井下坐封开关，如图5 所示。打压坐封Y341 封隔器时，密封套在开启位置，由于剪钉采用Mg-Al 合金可溶金属材料，溶解时间在7 d 左右，溶解后密封套自动脱落，实现该工具的自动关闭，即使一级液控压缩封隔器失效后，还能够保障注水管柱各层的分层效果。

图5 井下坐封开关Fig.5 Downhole setting switch

2.5 材料优选及防腐处理

井下工具全部采用42CrMo 高强度合金钢，经过调制处理后，采用镍磷镀防腐处理，镀层厚度控制在0.02～0.04 mm 之间。

3 现场应用

截至2020 年12 月，分防分注高效集成技术在胜利埕岛油田累计应用15 井次，井下工作时间均已400 d 以上，液控压缩封隔器液路压力维持在10～12 MPa 左右，水量调节正常运转。其中最大施工井斜55°，工具最大下深2 780 m，最多层段为4 层，工作最大压差10 MPa。现场应用结果表明，该技术能够节省大量的作业时间和高额的内管坐封工具费用，实现了海上油田常规井、大压差井、高温深井的精细注水，施工成功率100%，分层合格率100%，有效推动了海上油田的水驱开发程度，为老油田持续高产稳产321 万t 提供技术支撑。

以胜利油田A 井为例，说明该技术的现场应用情况。该注水井2015 年4 月开始注水，由于F2、F3 分层封隔器漏失以及达不到配注要求，决定进行检修作业。2018 年3 月采用分防分注高效技术完井，注水方式5 级4 段，井斜40.5°，井深2 100 m，施工时间26 h，较之前节省30 h，施工过程中地面液压控制柜打压12 MPa，完成液控封隔器坐封，到位后注水完成防砂分层工具的坐封，之后下入一体化测调仪器完成各层配水调节，均达到配注要求。2019年8 月，采用脉冲中子水流测井进行封隔器密封状况验证，4 级封隔器坐封情况较好。随后下入一体化测调仪进行流量测定，井口油压7.2 MPa，全井注水量265 m3/d，各小层均能达到配注要求。工艺实施2 年来，对应层位的B、C、D 油井平均日增油分别为4.1 t、4.8 t、5.57 t，增产效果显著。