橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù)研究與應(yīng)用

楊玲智,胡改星,王明,萬(wàn)磊

(1.長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院,陜西西安710018;2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710021;3.長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠吳起采油作業(yè)區(qū),甘肅銀川750000;4.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司,陜西西安710021)

0 引 言

長(zhǎng)慶油田是典型的“低滲、低壓、低豐度”三低油藏,需注水補(bǔ)充儲(chǔ)層能量,主力儲(chǔ)層層系發(fā)育單一,但層內(nèi)隔夾層發(fā)育,小層間吸水不均,剖面矛盾突出,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明,精細(xì)分注是提高油藏水驅(qū)動(dòng)用的核心技術(shù)之一[1-6]。結(jié)合長(zhǎng)慶油田定向井小水量開(kāi)發(fā)方式,2012年,長(zhǎng)慶油田研發(fā)了橋式同心分層注水技術(shù),采用同心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電纜高效測(cè)試方式,提高了大斜度井測(cè)調(diào)成功率、效率和精度,有效緩解了油藏縱向水驅(qū)剖面矛盾,提高了精細(xì)水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果[7-10]。但現(xiàn)有分注技術(shù)需要分別配套驗(yàn)封儀和測(cè)調(diào)儀2套測(cè)試儀器,增加配套成本,同時(shí)隨著分注井逐年增多,測(cè)調(diào)工作量大(每年1.4×104井次),單井驗(yàn)封測(cè)調(diào)時(shí)間6 h以上,影響了現(xiàn)場(chǎng)施工效率[7-8]。為實(shí)現(xiàn)分注工藝提質(zhì)增效,2015年,長(zhǎng)慶油田創(chuàng)新形成了橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù),研發(fā)了二代橋式同心配水器、橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化儀器等關(guān)鍵工具,實(shí)現(xiàn)了一趟作業(yè)完成全井驗(yàn)封、測(cè)調(diào)作業(yè),測(cè)調(diào)效率進(jìn)一步提升,作業(yè)成本下降,助推了橋式同心分注技術(shù)更新升級(jí)。

1 橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù)

1.1 管柱結(jié)構(gòu)

圖1 橋式同心一體化分注管柱

橋式同心一體化分層注水管柱見(jiàn)圖1。油管補(bǔ)償器起到管柱蠕動(dòng)形變補(bǔ)償作用,保護(hù)封隔器長(zhǎng)期有效。長(zhǎng)效封隔器設(shè)計(jì)了非金屬錨定機(jī)構(gòu)和長(zhǎng)膠筒密封機(jī)構(gòu),坐封時(shí)封隔器扶正結(jié)構(gòu)支撐管柱在斜井中居中。非金屬錨定機(jī)構(gòu)采用金屬錨定爪,表面進(jìn)行硫化處理方式,確保管柱錨定效果,并避免套管擠壓磨損,長(zhǎng)膠筒橡膠采用金屬?gòu)?fù)合橡膠材料,提升膠筒耐磨效果,延長(zhǎng)管柱密封有效期。二代橋式同心配水器保持前期可調(diào)式水嘴一體化同心集成設(shè)計(jì),同心活動(dòng)筒優(yōu)化至水嘴結(jié)構(gòu)下端,對(duì)接調(diào)節(jié)由上部調(diào)節(jié)調(diào)整至下部調(diào)節(jié),確保了大斜度井分層水量測(cè)試調(diào)配成功率,同時(shí)提高了測(cè)試效率。

1.2 工藝原理

橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù)采用長(zhǎng)效封隔器將不同注水層隔開(kāi),油管補(bǔ)償器彌補(bǔ)分注管柱受壓力變化導(dǎo)致的管柱伸縮量,采用二代橋式同心配水器實(shí)現(xiàn)分層配水。驗(yàn)封調(diào)配測(cè)試時(shí),采用電纜連接橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化儀器下入井內(nèi),分別與各層配水器定位對(duì)接,地面控制器通過(guò)電纜向一體化儀器發(fā)送指令,一體化儀器驗(yàn)封結(jié)構(gòu)推動(dòng)驗(yàn)封膠筒坐封,對(duì)封隔器進(jìn)行驗(yàn)封測(cè)試,隨后控制測(cè)調(diào)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)可調(diào)式水嘴開(kāi)度,同時(shí)流量計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)試分層流量,實(shí)現(xiàn)分層注水量的邊測(cè)邊調(diào)。地面控制器通過(guò)電纜與一體化儀器建立通訊,實(shí)現(xiàn)驗(yàn)封、測(cè)試及調(diào)配全過(guò)程監(jiān)控,一趟作業(yè)完成各層的測(cè)試工序,達(dá)到分層配注需求。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)大斜度井對(duì)接成功率高。配水器采用同心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一體化儀器與配水器平臺(tái)定位對(duì)接,大斜度井井下對(duì)接、測(cè)調(diào)可靠。

(2)分層注水測(cè)試效率高。測(cè)試儀器創(chuàng)新集成驗(yàn)封結(jié)構(gòu)和測(cè)調(diào)結(jié)構(gòu),一次起下作業(yè)可完成全井各層封隔器驗(yàn)封、分層流量測(cè)試調(diào)節(jié)工序,減少了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工序及施工強(qiáng)度。

(3)分層注水適應(yīng)性強(qiáng)。橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化管柱配套長(zhǎng)膠筒封隔器,適用坐封卡距0.5 m,油管補(bǔ)償器可有效緩解深井管柱伸縮對(duì)封隔器影響,大幅提升了深井、小卡距多層細(xì)分注水適應(yīng)性。

2 關(guān)鍵工具的研制

2.1 長(zhǎng)效封隔器

Y441長(zhǎng)效封隔器與常用注水井封隔器相比,其增加錨定機(jī)構(gòu),采用液壓坐封,上提管柱解封,主要由上接頭、錨定機(jī)構(gòu)、解封機(jī)構(gòu)、密封膠筒、保護(hù)膠筒、反洗井機(jī)構(gòu)、坐封機(jī)構(gòu)、中心管及下接頭等構(gòu)成(見(jiàn)圖2),工作壓力不大于45 MPa,工作溫度不高于120 ℃。

圖2 長(zhǎng)效封隔器

它采用多組封隔器膠筒配合使用,保護(hù)膠筒采用金屬?gòu)?fù)合橡膠材料,提高膠筒抗壓、耐磨特性,同時(shí)密封膠筒采用新型高分子橡膠材料,保證膠筒彈性的同時(shí),提升膠筒抗老化性能,增加徑向膨脹體積,提高接觸應(yīng)力;增加了錨定機(jī)構(gòu),采用金屬錨爪設(shè)計(jì),表面進(jìn)行非金屬材料硫化處理,保證管柱的錨定效果,避免套管表面磨損;改進(jìn)了坐封機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)多級(jí)推筒、平衡壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提升坐封效果,解決了分注管柱在壓力波動(dòng)時(shí)易蠕動(dòng)解封的問(wèn)題。

2.2 二代橋式同心配水器

二代橋式同心配水器是該橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù)的核心部分,主要由上接頭、定位機(jī)構(gòu)、外護(hù)筒、主體機(jī)構(gòu)、可調(diào)水嘴、同心活動(dòng)筒、扶正機(jī)構(gòu)及下接頭等結(jié)構(gòu)組成(見(jiàn)圖3)。

圖3 二代橋式同心配水器

與一代橋式同心配水器對(duì)比,二代橋式同心配水器保留可調(diào)式水嘴與配水器一體化設(shè)計(jì),將可調(diào)水嘴及主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化至配水器中部,將同心活動(dòng)筒由向上轉(zhuǎn)換為向下調(diào)節(jié),扶正機(jī)構(gòu)同步設(shè)計(jì)于配水器下部。完井作業(yè)時(shí)水嘴處于完全關(guān)閉狀態(tài),滿足封隔器坐封要求,實(shí)現(xiàn)了免投撈作業(yè)。驗(yàn)封時(shí),一體化儀器與配水器同心定位對(duì)接,驗(yàn)封機(jī)構(gòu)的坐封膠筒在電機(jī)作用下,壓縮坐封,完成封隔器驗(yàn)封。測(cè)調(diào)時(shí),一體化儀器帶動(dòng)同心活動(dòng)筒和活動(dòng)水嘴上下轉(zhuǎn)動(dòng),改變出水孔的開(kāi)度,實(shí)現(xiàn)對(duì)注水量的調(diào)節(jié)。在主體與外護(hù)筒之間設(shè)計(jì)了較大過(guò)流面積的橋式通道,當(dāng)測(cè)調(diào)儀占用中心通道時(shí),一部分注入水從橋式過(guò)流通道流向下一級(jí)橋式同心配水器,以滿足其他層段分層配水的需要,最大限度降低層間干擾。

2.3 橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化儀器

橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化儀器是橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù)的關(guān)鍵部分,將同心測(cè)調(diào)儀與電動(dòng)驗(yàn)封儀一體化集成設(shè)計(jì),驗(yàn)封機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)爪采用離合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)一個(gè)電機(jī)分別完成驗(yàn)封機(jī)構(gòu)的縱向壓縮動(dòng)作和調(diào)節(jié)爪旋轉(zhuǎn)動(dòng)作,儀器主要由電纜接頭、扶正機(jī)構(gòu)、流量計(jì)、磁定位、電路裝置、電機(jī)、定位機(jī)構(gòu)、驗(yàn)封機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)爪等結(jié)構(gòu)組成(見(jiàn)圖4)。

圖4 橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化儀器

驗(yàn)封時(shí),橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化儀器利用扶正器和磁定位與二代橋式同心配水器實(shí)現(xiàn)平臺(tái)定位對(duì)接。驗(yàn)封機(jī)構(gòu)上下膠筒處于配水器可調(diào)水嘴上下部位,通過(guò)電機(jī)壓縮驗(yàn)封機(jī)構(gòu)膠筒坐封,通過(guò)地面控制閥改變注水制度,完成封隔器驗(yàn)封作業(yè)。

測(cè)試調(diào)配時(shí),橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化儀器與配水器定位平臺(tái)對(duì)接,同時(shí)一體化儀器的防轉(zhuǎn)爪卡于配水器定位機(jī)構(gòu)的防轉(zhuǎn)槽內(nèi),調(diào)節(jié)爪與同心活動(dòng)筒對(duì)接,并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn),完成可調(diào)水嘴開(kāi)度調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)過(guò)程中,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層注水量,實(shí)現(xiàn)邊測(cè)邊調(diào)。一體化儀器將封隔器驗(yàn)封和分層流量測(cè)試調(diào)節(jié)功能一體化集成,大幅提高了分注井測(cè)試效率。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及典型井例

橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù)在長(zhǎng)慶隴東油區(qū)南梁等區(qū)塊推廣應(yīng)用192口井,現(xiàn)場(chǎng)施工成功率100%,平均單井測(cè)調(diào)驗(yàn)封時(shí)間由6～8 h降低至5 h以內(nèi),單井測(cè)調(diào)成功率95%,測(cè)調(diào)合格率96%,分注管柱有效期3年以上,單井作業(yè)費(fèi)用節(jié)約20%。2015—2017年,在南梁油田大斜度井試驗(yàn)65口井,試驗(yàn)區(qū)水驅(qū)儲(chǔ)量動(dòng)用程度提高9.6%,2018年長(zhǎng)慶油田推廣應(yīng)用200口井以上。

南梁油田L(fēng)14-03井于2012年三層分注投產(chǎn),上層有3個(gè)吸水層段,中層有1個(gè)吸水層段,下層有2個(gè)吸水層段。投產(chǎn)初期各層吸水剖面基本平穩(wěn),但隨著注水時(shí)間延長(zhǎng),由于層內(nèi)各小層吸水量差異變大,出現(xiàn)指進(jìn)現(xiàn)象。上層3個(gè)段吸水量均出現(xiàn)上升現(xiàn)象,水量由21.47 m3/d增至34.22 m3/d;中層吸水層段由10.16 m3/d降至0 m3/d;下層第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。為提高層內(nèi)縱向水驅(qū)動(dòng)用,對(duì)該井實(shí)施層內(nèi)分注措施。由于該井井斜較大(井斜49.5°)及多層分注需求,2015年選擇實(shí)施了橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù),分注層數(shù)為6層,全井日配注量為45 m3,分層配注量見(jiàn)表1。施工步驟:①按照地質(zhì)分注要求及工程設(shè)計(jì)下入橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化分注管柱,并打壓坐封。②試井車通過(guò)電纜攜帶橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化儀器下井,與各層配水器對(duì)接并打開(kāi)可調(diào)水嘴試注。③一體化儀器對(duì)各層封隔器驗(yàn)封。④驗(yàn)封合格后,根據(jù)地質(zhì)配注量,完成全井各層測(cè)試調(diào)配,實(shí)現(xiàn)一趟作業(yè)完成開(kāi)注、封隔器驗(yàn)封及各層流量測(cè)試調(diào)節(jié)工序,測(cè)調(diào)時(shí)間5.2 h,各層測(cè)調(diào)誤差10%以內(nèi),達(dá)到地質(zhì)配注要求,細(xì)分注水后吸水厚度由28 m增加至39 m,全井吸水剖面改善顯著,對(duì)應(yīng)油井產(chǎn)量增加0.5 t/d(見(jiàn)表1)。

表1 L14-03井分層注水生產(chǎn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù)將驗(yàn)封功能與測(cè)調(diào)功能一體化集成,實(shí)現(xiàn)了一趟作業(yè)完成全井驗(yàn)封測(cè)調(diào)作業(yè),兩層井平均驗(yàn)封測(cè)調(diào)時(shí)間由6～8 h降低至5 h以內(nèi),測(cè)調(diào)效率大幅提升,助推分注技術(shù)提質(zhì)增效。

(2)橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化分注管柱配套油管補(bǔ)償器、長(zhǎng)效封隔器,有效降低管柱蠕動(dòng)導(dǎo)致的封隔器失效風(fēng)險(xiǎn),延長(zhǎng)管柱密封有效期。

(3)橋式同心驗(yàn)封測(cè)調(diào)一體化技術(shù)大斜度井中規(guī)模應(yīng)用65口井,測(cè)試成功率、測(cè)調(diào)合格率均保持95%以上,試驗(yàn)區(qū)水驅(qū)動(dòng)用程度提升了9.7%,開(kāi)發(fā)效果顯著。