多層小卡距分注工藝研究與應用

羅必林,王子建,于九政,申曉莉

(1.長慶油田公司 油氣工藝研究院,西安710021;2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室,西安710021)

多層小卡距分注工藝研究與應用

羅必林1,2,王子建1,2,于九政1,2,申曉莉1,2

(1.長慶油田公司 油氣工藝研究院,西安710021;2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室,西安710021)

隨著長慶油田精細分層注水試驗的持續進行,低滲透油藏油層細分層注水工藝技術還需進一步提高。針對長慶靖安油田“厚油層、層內多小層”的油藏特點,通過分注工藝優化、工具研制及管柱組合優化等,實現從籠統注水、2層分注模式向多層小卡距的分注模式轉化。改進后的多層小卡距分注工藝成功實現了百米內6級分注與更精細的分層,提高了低滲透油藏縱向多個小層的動用程度,從技術上解決了分注井層數限制與油藏開發需求之間的矛盾。

分層注水;工藝;工具

長慶油田現有注水井11 000余口,分注井約有3 000口,分注率為25.4%,主要以橋式偏心和常規偏心工藝為主,分別占總分注井數的45%和42%。分2層的注水工藝已經規模應用,占總分注井數的92%。在精細分層注水現場試驗過程中,開展了多級分注與小卡距分注工藝試驗研究與配套工具研究,但是分注層數限制在3層之內,無法動用多個小層,分注工藝適應性還需進一步提高。長慶油田主要有侏羅系和三疊系兩大開發層系,侏羅系包括延7～延10,三疊系包括長1～長10油層,地質上存在多層疊合現象,且單層內存在多個小層,非均質性強。因此,注水井的層間、層內吸水差異大,造成了部分區塊水驅動用程度低。隨著油田開發的深入,對精細分層注水工藝試驗性、可靠性提出更高要求,需要有效發揮各小層生產潛力。

依據低滲透油藏非達西滲透理論,在一定的井網井距、壓力系統條件下,分注后,隨著層內滲透率級差的減小,動用層數增多,縱向動用程度將明顯提高。因此,本文在精細分層注水技術現場試驗項目依托下,針對長慶靖安油田“厚油層、層內多小層”的油藏特點開展多層小卡距分注工藝研究,解決分注工藝在測試調配、封隔器坐封等問題。

1 分注工藝簡介

1.1 主要工藝

長慶油田主要的分注工藝有偏心分注工藝和橋式偏心分注工藝,分注工藝管柱如圖1所示。其中,偏心分注工藝管柱主要由Y341型封隔器、偏心配水器及球座等組成。

圖1 分層注水工藝管柱組合示意

分注原理:選好的配注層段下入分層注水管柱,利用封隔器將各層隔開,對要求配注的層段,在注水管柱的對應位置上裝有偏心配水器,配水器的堵塞器內裝有直徑大小不同的水嘴,利用水嘴節流作用,控制不同層段的注水量,從而達到非曾配注的目的。橋式偏心分注工藝主要針對偏心分注管柱在單層壓力、流量測試中存在的問題而研制,設計了橋式偏心配水器,通過在橋式偏心配水器的主通道內投入測試密封段,即可實現各個小層的壓力與流量測試工作。該工藝實現了流量壓力單層直接測試,提高了測試精度[1]。

分注管柱下井前,工作人員需要根據地質材料確定出封隔器卡距和配水器跨距。其中,封隔器卡距指的是兩個相鄰注水層之間的距離,即上油層下端與下油層上端之間的距離;配水器的跨距指的是相鄰兩級配水器之間的距離,即相鄰兩級堵塞器投撈間距。目前,長慶油田分層注水時,封隔器坐封距離需要大于5 m,測調投撈堵塞器間距需要大于7 m,否則無法實現封隔器坐封和堵塞器對接。

1.2 存在問題

偏心層注水工藝與橋式偏心分層注水工藝是長慶油田控制地層注水量、提高儲層動用程度的一項有效措施。但是,分注工藝在測試調配、封隔器坐封等過程中存在3個方面的問題。

1) 機械對接精度低 分注井測試調配是分注工藝實施的關鍵,目前長慶油田主要采用鋼絲作業來投放堵塞器。投撈堵塞器時,利用電纜試井車的鋼絲投送流量測試調節儀入井,調節儀的打撈頭卡住堵塞器送至配水器的偏心孔,進行流量測試與調節,如圖2所示。測試結果實時反饋至地面控制儀,根據流量大小實時控制完成水嘴大小的調節,控制注入層水量達到地質配注要求[2]。偏心分注與橋式偏心分注的單層流量調配需要“測-撈-投-測”等反復作業工序,重復作業工作量大,存在投撈效率低和機械對接精度低問題。目前,長慶油田橋式偏心鋼絲+電纜投撈工藝下的一次測調成功率≤50%;偏心鋼絲投撈工藝的一次測調成功率≤30%;調研的356口橋式偏心采出水回注井的一次測調成功率≤10%。由現場試驗數據統計可以看出,鋼絲投撈堵塞器不能完全滿足多級分注需求。

2) 洗井排量壓力大 采用Y341型封隔器系列管柱進行分注,當封隔器級數達到3級以上時,管柱上提解封力和洗井節流壓差大,后期起鉆風險大。管柱整體解封容易出現“拔不動”現象;洗井排量和壓力達不到作業要求,不能滿足多級分注需求。

圖2 堵塞器在配水器中位置示意

3) 坐解封難度大 長慶油田定向井占總井數90%以上,井斜集中在20～40°,最大井斜達到49°,如圖3所示,當封隔器在斜井中坐封時,作用應力較直井坐封時發生變化,密封可靠性變差。多層細分后,封隔器坐封卡距縮小,相鄰配水器跨距縮小,在用的分注工藝無法準確定位對接投撈,不能適應多級分注需要。

圖3 定向井封隔器應力云圖

2 多層小卡距分注工具

針對現有分注技術中存在的問題,本文從工具研制及管柱組合優化入手,優化形成多層小卡距分注工藝,用以解決分注測調機械對接精度問題、洗井排量壓力大問題以及定向井分注管柱長效密封問題。

2.1 橋式同心配水器

橋式同心配水器采用可調水嘴和配水工作筒一體化結構設計,如圖4所示。該配水器從根本上解決堵塞器與配水器偏心孔對接精度低的問題,實現了中心通道測試調配,無需鋼絲投撈作業。與電動直讀驗封配合使用,可以實現水嘴流量連續調節和地面直讀可視作業。現場試驗顯示,一次測調成功率90%以上。

圖4 橋式同心配水器

2.2 封隔器

Y344、K344型注水封隔器采用環空加壓方式解封,解決多層分注井起鉆拉力大、洗井困難的問題。其中,Y344型封隔器,如圖5所示,采用“硬+軟+硬”三膠筒組合,適用于坐封卡距>2 m的注水井中,具有密封性能、洗井功能可靠的優勢。

圖5 Y344型注水封隔器

K344型注水封隔器采用長膠筒結構,如圖6。適用于卡距≤2 m的注水井中,解決小卡距和多層細分井密封效果差、洗井及檢串難度大等技術難題。

圖6 新型K344型封隔器

2.3 測調工具

同心電動井下測調儀采用動力傳遞設計為同心連桿機構,集流量測試和水嘴調節于一體,實現測調同步,如圖7所示。儀器下井后可對任意層進行調節,一次下井即可完成全井測調任務;儀器具備磁定位功能,可以準確判斷配水器和封隔器位置,實現層內多級小卡距條件下儀器準確定位。

圖7 同心電動井下測調儀

2.4 分注管柱

在各種工具的改進與研制完成的基礎上,優化完善分注管柱組合,形成多層小卡距分注工藝管柱,如圖8所示。

圖8 多層小卡距分注管柱示意

多層小卡距分注管柱主要有2種管柱形式:①Y344型封隔器+橋式同心配水器為主的分注管柱,主要應用在分注層數≥3層、卡距大于2 m的多層分注井中;②K344型封隔器+橋式同心配水器為主的分注管柱,主用應用于分注層數≥3層、卡距小于2 m的小卡距分注井中。

3 現場應用

2011年以來,多層小卡距分注工藝在長慶油田現場應用200余口井次,實現了6層分注。根據統計,多層小卡距井最大井深達到2 975 m,最大井斜為46.2°,測調時間控制在10 h,測調誤差為10%～15%。從現場應用情況可以看出,多層小卡距分注工藝有效地解決了測調儀器機械對接精度低、洗井檢串難度大以及封隔器坐解封難度大的問題,具有分注層數多、測試精度和效率高的優勢,且能夠很好的適應多層注水測調技術的發展。

靖安油田某區塊的L143-04A井,井深1 724.3 m,最大井斜26.09°,按照地質要求,需要進行6層分注,卡距由上向下依次為2、3、23、16、2 m。現場實施分注,采用K344型封隔器+橋式同心配水器為主的多層小卡距分注管柱組合,成功實施了6層分注。通過測試調配,各層配注量均控制在10 m3之內。

如圖9所示,該井在78 m儲層厚度內實施了6層橋式同心分注,注水層段由3層細分成為6層,吸水層數由4層增加到了6層,吸水厚度由28 m增加到了39 m,吸水剖面得到明顯改善。多層小卡距分層注水技術突破了分注技術界限,有效地緩解了分注井縱向剖面矛盾。

圖9 L143-04A井吸水剖面分注前后對比

4 結論

1) 采用新型Y344、K344型封隔器解決了分注井洗井排量壓力大及定向井分注管柱長效密封問題,實現從籠統注水、2層分注模式向多層小卡距的分注模式轉化。

2) 創新發明了橋式同心配水器及配套同心電動井下測調儀,不需要精確機械對接,實現中心通道作業,增加了一定厚度油層內的分注層數,解決了分注井層數限制與油藏開發需求之間的矛盾。

3) 對比橋式偏心分注工藝,測調效率及精度大幅提高,降低了測試調配綜合成本。

4) 在長慶靖安油田應用效果較好,可把多層小卡距工藝推廣應用到同類油田。

[1] 巨亞鋒,陳軍斌,李明.橋式偏心精細分注工藝及測調技術研究與應用[J].內蒙古石油化工,2011(11):118-120.

[2] 曾亞勤,郭方元,巨亞鋒.CFD技術在防堵塞系列配水嘴設計中的應用[J].石油礦場機械,2010,40(12):76-80.

Research and Application of the Multilayer Injection of Short-Location Well

LUO Bi-lin1,2,WANG Zi-jian1,2,YU Jiu-zheng1,2,SHEN Xiao-li1,2
(1.Oil and Gas Technology Research Institute,Changqing Oilfield Company,Xi’an 710021,China;2.National Engineering Laboratory for Exportion and Development of Low-permeability Oil and Gas Field,Xi’an 710021,China)

As the stratified waterflooding test of Changqing Oilfield Company goes further,the stratified water flooding technology of low-permeability oil reserves needs to be improved.According to characteristics of“thick oil layers with various mini-layers”of Changqing Jing’an Oilfield,technologies including layered water injection optimization,tool development and tube string combination optimization are used to fulfill non-stratified waterflooding and transformation from two-layer water injection into multilayer short-location injection mode.The improved multilayer short-location water injection successfully achieves 6-stage multilayer injection capacity within 100 m depth and finer stratification,improving the longitudinal producing level of multiple mini oil layers in the low-permeability oil reserves.This solves the technological contradiction between the number of multilayer injection well layers and demand on oil reserves exploration.

separate layer water injection;technology;tool

TE934.103

B

1001-3482(2014)02-0061-05

2013-08-15

中石油科研開發項目“長慶油田精細分層注水工藝技術現場試驗”(1202-5)

羅必林(1983-),男,江蘇江都人,2006年畢業于中國石油大學(華東),主要從事提高采收率技術研究,E-mail:lbl_cq@petrochina.com.cn。