保護油層分層采油工藝管柱試驗研究

李志廣，閆永維，李風濤，李 川，張子佳，王 勇

（1.中國石油大港油田石油工程研究院，天津300280；2.大港油田第六采油廠，天津300280）①

保護油層分層采油工藝管柱試驗研究

李志廣1，閆永維1，李風濤1，李 川1，張子佳1，王 勇2

（1.中國石油大港油田石油工程研究院，天津300280；2.大港油田第六采油廠，天津300280）①

目前，油田大多數老區塊和部分新開發區塊的地層能量低，壓井作業后壓井液污染油層，油井恢復周期長，恢復后的油井產能大幅度降低，直接影響油井產量。為解決常規機械分層采油生產管柱不能保護油層的問題，設計了新型的油層保護器，配套安全接頭，自驗封封隔器，并對新研制的保護油層分層采油管柱優化配套。現場應用數據分析表明：管柱能夠有效降低油井檢泵作業后產能恢復的時間，同時能夠在油井生產時關閉或開啟任一油層，實現油井不動管柱換層開采。

保護油層；分層采油；檢泵；壓井；管柱

隨著油田的不斷開發，地層能量、壓力逐年下降，導致油層脫氣、氣液比上升嚴重。受油井高氣液比壓力不穩定影響，油井在作業時不壓井就易于發生井涌或井噴。按照井控的安全作業要求，油井在作業過程通常都要進行壓井。但是，多數老區塊處于開發中后期，地層能量低，壓井作業后，壓井液污染油層，油井恢復周期長，并且恢復后其產能也會大幅降低，直接影響原油的產量。據國外資料統計，平均每次壓井可造成20%的產量損失；據大港油田資料統計，大港油田采油二廠由于壓井作業造成油層污染，油井產量平均恢復周期為12.7 d，僅去年就有26口油井恢復期超過3個月，8口油井當年未恢復，影響產量將近10 000 t；采油三廠壓井作業后產量恢復期在5 d以上的占41.7%，產量未恢復的占16.3%。

針對上述問題，傳統修井工藝是通過改良的壓井液壓井或放噴作業來解決。通過改良壓井液的性能來實現油層保護，首先是因成本問題在推廣上有一定的難度；其次對于壓力敏感性地層，往往一壓就漏，不壓就噴，壓井難度大、時間長、耗資大，造成修井作業復雜化；再者這種方法也不能從根本上解決低能油井修井作業時油層污染的問題。放噴作業則使局部地層壓力降低，損害地層結構，影響油層的出油能力。所以壓井和放噴作業都不利于油氣資源的可持續發展。

隨著油田開發的不斷深入，地層情況越來越復雜，開發層系多，層間矛盾突出，合采已經不能滿足生產需求，分采已成為當前油田開發的主要手段。目前國內外為保證作業安全，針對分采生產工藝管柱檢泵過程還是以壓井作業為主。但是對于壓力敏感性油井，壓井作業會造成嚴重的產量損失；若利用現有不壓井作業設備，雖然作業安全性能夠保證，但與常規設備相比，操作復雜、占井周期長、投入大、作業成本高。針對以上問題，本文對保護油層分層采油工藝管柱進行研究，既能實現檢泵修井過程的不壓井作業，提高作業安全性，保護油氣層，又能降低修井過程的作業成本、縮短占井周期，同時還能實現生產時的不動卡層管柱換層開采。

1 技術分析

1.1 保護油層分層采油工藝管柱結構［1-2］

管柱主要由保護油層丟手管柱與防噴抽油管柱組成，保護油層丟手卡層管柱：由上至下分別由Y445型丟手封隔器、TF安全接頭、井下油層保護裝置、Y341型自驗封封隔器、TF安全接頭、井下油層保護裝置、絲堵組成［2］。防噴抽油管柱：外部由上至下分別為油管、防噴裝置、篩管、絲堵、芯管、井下油層保護裝置開關器；內部為抽油桿、桿式抽油泵、抽油泵尾端篩孔捅桿。如圖1所示。

圖1 保護油層分層采油工藝管柱結構

1.2 工藝原理

保護油層丟手卡層管柱由新型Y445型丟手封隔器及Y341型自驗封封隔器卡層，每個層位由井下油層保護裝置控制卡層管柱內部與生產層的聯通與關閉。油層保護裝置在開關器操作之前或提出之后均處于關閉狀態，從而保證檢泵過程生產層處于關閉狀態無需壓井?？▽臃飧羝飨露税惭bTF安全接頭，確保管柱卡時能夠有效脫離，便于后續分步處理，如圖2所示。

圖2 保護油層丟手卡層管柱結構

防噴抽油管柱下端安裝有油層保護裝置開關器，通過機械方式推開（拖回）油層保護裝置內部滑套，打開（關閉）生產層。管柱上帶有防噴裝置，確保上提抽油桿柱時抽油管柱內部是封閉的，能夠防噴；生產時通過桿式抽油泵下端的篩孔捅桿頂開防噴裝置內部單向閥使油流通過，如圖3所示。

圖3 防噴抽油管柱

1.3 施工工藝［3］

1.3.1 管柱下入過程

1） 下入保護油層丟手卡層管柱 Y445型丟手封隔器＋TF安全接頭＋井下油層保護裝置＋油管＋Y341型自驗封封隔器＋TF安全接頭＋井下油層保護裝置＋絲堵，至設計層位，加壓至15 MPa坐封Y341、Y445型卡層封隔器。

2） 丟開管柱 投球，加壓至25 MPa憋開丟手，提出油管。

3） 下入抽油管柱 油管+防噴裝置+篩管+絲堵+芯管+油層保護裝置開關器，下至設計深度，開關器打開油層保護裝置

4） 下入抽油桿柱 抽油桿+桿式抽油泵+抽油泵尾端篩孔捅桿，桿式抽油泵尾端篩管捅桿推開防噴裝置單向閥，同時泵的下端依靠3個聚四氟環在桿式泵與防噴裝置之間形成密封，進行生產。

5） 形成生產過程油流通道 生產層→芯管與丟手卡層管柱中心管之間環形空間→抽油管柱與Y445型封隔器上端套管環形空間→篩管→防噴裝置→桿式抽油泵尾端篩孔捅桿→桿式抽油泵抽油桿與油管之間環形空間→井口。

1.3.2 檢泵與換層生產工藝

1） 起出抽油桿柱 抽油桿+桿式抽油泵+桿式抽油泵尾端篩管捅桿。上提桿柱，通由篩孔捅桿提出防噴裝置，單向閥關閉。

2） 起出抽油管柱 油管+防噴裝置+絲堵+芯管+油層保護裝置開關器，上提抽油管柱，開關器拖動油層保護裝置滑套關閉生產層。

3） 換層生產 更換生產管柱芯管，更換對應層位油層保護裝置開關器，下入抽油管柱，下入抽油桿柱，進行生產。

2 關鍵配套工具

2.1 井下油層保護裝置［4-9］

井下油層保護裝置結構如圖4所示，其由上主體、分瓣柱塞擋套、下主體、O形密封膠圈及活塞組成。

圖4 井下油層保護裝置

2.2 技術參數

2.3 工作原理

井下油層保護裝置為機械式開關裝置，在管柱中主要功能是開啟或關閉地層與管柱內部的聯通通道，依靠開關器開啟或關閉該裝置，并由分瓣柱塞擋套的分瓣爪進行固定。開關器操作之前或提出之后，該裝置均處于關閉狀態，起到保護油層的作用。

3 技術特點

1） 保護油層分層采油工藝管柱采用機械式開關裝置進行分層控制，比液壓式的開關裝置性能更加可靠。

2） 保護油層分層采油工藝管柱能同時實現分層采油和保護油層雙重效果。

4 現場應用

保護油層分層采油工藝管柱既能實現檢泵修井過程的不壓井作業，提高作業安全性，保護油氣層，又能降低修井過程的作業成本、縮短占井周期，同時還能實現生產時不動卡層管柱換層開采。在大港油田采油廠進行了多口井的現場試驗，實施成功率100%，實現油井帶壓作業，有效避免油層污染。

典型井例：歧23-28井，如圖5～6所示。

圖5 歧23-28井修井前井身結構

圖6 歧23-28井修井后井身結構

歧23-28井生產層段為2 704～2 803.1 m，因此不需要分層，以往檢泵壓井過程中壓井液漏失嚴重。2013-08-30，下入保護油層工藝管柱，實現了檢泵過程的不壓井作業。由圖7可以看出（數據來自大港油田油水井生產信息采集與管理平臺）：檢泵完成后油井產能在4 d內得到恢復，避免了油層污染，減少油井恢復期（如圖7），目前仍在正常生產。

圖7 岐23-28井生產曲線

5 結論

1） 研制的分層采油工藝管柱針對每一段油層都對應配置油層保護器，檢泵作業時保護器即可關閉，不用壓井施工，達到油層不污染的目的；生產時根據需要換層，可開啟任意層的保護器達到換層生產的目的。

2） 該管柱配套安全接頭，使用方便，安全可靠，為管柱后期措施提供便利條件。

3） 該管柱配套Y341型自驗封封隔器，實現了多級封隔器坐封后驗封的功能。

4） 油層保護器為機械式開啟、關閉，達到換層的目的，與液壓換層開關比較，具有開啟、關閉方便、準確、直觀的特點。

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Test and Application of Layering Oil Production Pipe String for Oil Reservoir Protection

At present，formation energy of most long-term developed oilfield and some new developed oil field is low.The recovery cycle of oil well is long after oil reservoir is polluted by wellkilling fluid，and oil well capacity is greatly reduced after recovery，which directly affects the oil production.The conventional mechanical layering oil production pipe cannot protect oil reservoir.To solve this problem，the reservoir protection device，safety joint and self-checking packer are designed，and layering oil production pipe string for oil reservoir protection is deployed for optimization.Through analysis of the application in the field，the data shows that the pipe string can effectively reduce the recovery time of well capacity after the pump inspection operation，also can close or open any oil layer in production，achieving to switch production layer without dragging the pipe string.

oil reservoir protection；layering oil production；pump inspection；well-killing；pipe string

TE 931.2

A

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.014

1001-3482（2014）11-0057-04①

2014-05-07

中石油大港油田基金項目“多壓力系統油層分采技術及配套工具研究與應用”（20110209）

李志廣（1965-），男，天津薊縣人，高級工程師，主要從事機械采油工作，E-mail：yong2002043226＠163.com。