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海上油田分层防砂分层注水高效集成技术

宋辉辉 任从坤 任兆林 张福涛 田俊 刘艳霞

宋辉辉,任从坤,任兆林,张福涛,田俊,刘艳霞. 海上油田分层防砂分层注水高效集成技术[J]. 百度彩票 工艺,2021,43(3):384-388 doi:  10.13639/j.odpt.2021.03.017
引用本文: 宋辉辉,任从坤,任兆林,张福涛,田俊,刘艳霞. 海上油田分层防砂分层注水高效集成技术[J]. 百度彩票 工艺,2021,43(3):384-388 doi:  
SONG Huihui, REN Congkun, REN Zhaolin, ZHANG Futao, TIAN Jun, LIU Yanxia. An efficient integration technology of separate-layer sand control and separate-layer water injection for offshore oilfields[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 384-388 doi:  10.13639/j.odpt.2021.03.017
Citation: SONG Huihui, REN Congkun, REN Zhaolin, ZHANG Futao, TIAN Jun, LIU Yanxia. An efficient integration technology of separate-layer sand control and separate-layer water injection for offshore oilfields[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 384-388 doi:  

海上油田分层防砂分层注水高效集成技术

doi: 
基金项目: “十三五”国家科技重大专项“胜利油田特高含水期提高采收率技术(二期)”课题四“特高含水油田高效采油工程技术”之任务四“精细分层注采技术研究”(编号:2016ZX05011-4);中石化科技攻关项目“海上油田安全长效细分注水技术研究”(编号:P18023-1)
详细信息
    作者简介:

    宋辉辉(1983-),2007年毕业于中国石油大学(华东)油气田开发工程专业,获硕士学位,现从事石油工程技术研究工作。通讯地址:(257000)山东省东营市东营区西三路306号石油工程技术研究院浅海采油工艺研究所。电话:。E-mail:songhuihui.

    通讯作者:

    任从坤 (1986-),2012年毕业于中国石油大学(华东)机械工程专业,获硕士学位,现从事海上油田注水井技术服务及新技术推广工作。通讯地址:(257000)山东省东营市东营区西三路306号石油工程技术研究院浅海采油工艺研究所。电话:。E-mail:rencongkun.

  • 中图分类号: TE357

An efficient integration technology of separate-layer sand control and separate-layer water injection for offshore oilfields

  • 摘要: 针对目前海上分层防砂分层注水有效期短、施工周期长、作业成本高的问题,研究了新型海上油田分层防砂分层注水高效集成工艺。通过采用穿越型悬挂丢手封隔器,能够同时连接防砂管柱和注水管柱,采用小直径液控压缩四胶筒分层封隔器,同时实现分层防砂封隔器的坐封以及后期注水管柱的精细分层。该技术的防砂管柱与注水管柱一趟下入,节省施工时间一半以上。穿越型悬挂封隔器的可溶丢手支撑套溶解后,能够实现防砂管柱与注水管柱的独立检修,延长防砂管柱的使用寿命,降低作业成本。该技术已在胜利海上油田成功应用10井次,最大施工井斜65°,工具最大下深3 780 m,工作最大压差10 MPa,施工成功率100%,分层合格率100%,有效提高了海上水驱油藏的开发程度。
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    图  1  分防分注高效集成管柱

    Figure  1.  Efficient and integrated pipe string of separate-layer sand control and separate-layer water injection

    图  2  穿越型悬挂丢手封隔器

    Figure  2.  Crossing-type suspension release packer

    图  3  液控压缩封隔器

    Figure  3.  Hydraulic compression packer

    图  4  可锁定伸缩补偿器

    Figure  4.  Lockable expansion compensator

    图  5  井下坐封开关

    Figure  5.  Downhole setting switch

    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

    参数数值 参数数值
    内径/mm62工作压差/MPa20
    外径/mm150工作温度/℃150
    丢手后内径/mm108自动丢手时间/d10
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    表  2  液控分层封隔器技术参数

    Table  2.   Technical parameters of hydraulic separate-layer packer

    参数数值参数数值
    内径/mm50工作压差/MPa20
    外径/mm102工作温度/℃150
    工作压力/MPa8~10解封时间/min15
    适用套管/mm108密封有效期/a5
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出版历程
  • 修回日期:  2021-03-14
  • 刊出日期:  2021-05-31

海上油田分层防砂分层注水高效集成技术

doi: 
    基金项目:  “十三五”国家科技重大专项“胜利油田特高含水期提高采收率技术(二期)”课题四“特高含水油田高效采油工程技术”之任务四“精细分层注采技术研究”(编号:2016ZX05011-4);中石化科技攻关项目“海上油田安全长效细分注水技术研究”(编号:P18023-1)
    作者简介:

    宋辉辉(1983-),2007年毕业于中国石油大学(华东)油气田开发工程专业,获硕士学位,现从事石油工程技术研究工作。通讯地址:(257000)山东省东营市东营区西三路306号石油工程技术研究院浅海采油工艺研究所。电话:。E-mail:songhuihui.

    通讯作者: 任从坤 (1986-),2012年毕业于中国石油大学(华东)机械工程专业,获硕士学位,现从事海上油田注水井技术服务及新技术推广工作。通讯地址:(257000)山东省东营市东营区西三路306号石油工程技术研究院浅海采油工艺研究所。电话:。E-mail:rencongkun.
  • 中图分类号: TE357

摘要: 针对目前海上分层防砂分层注水有效期短、施工周期长、作业成本高的问题,研究了新型海上油田分层防砂分层注水高效集成工艺。通过采用穿越型悬挂丢手封隔器,能够同时连接防砂管柱和注水管柱,采用小直径液控压缩四胶筒分层封隔器,同时实现分层防砂封隔器的坐封以及后期注水管柱的精细分层。该技术的防砂管柱与注水管柱一趟下入,节省施工时间一半以上。穿越型悬挂封隔器的可溶丢手支撑套溶解后,能够实现防砂管柱与注水管柱的独立检修,延长防砂管柱的使用寿命,降低作业成本。该技术已在胜利海上油田成功应用10井次,最大施工井斜65°,工具最大下深3 780 m,工作最大压差10 MPa,施工成功率100%,分层合格率100%,有效提高了海上水驱油藏的开发程度。

English Abstract

宋辉辉,任从坤,任兆林,张福涛,田俊,刘艳霞. 海上油田分层防砂分层注水高效集成技术[J]. 百度彩票 工艺,2021,43(3):384-388 doi:  10.13639/j.odpt.2021.03.017
引用本文: 宋辉辉,任从坤,任兆林,张福涛,田俊,刘艳霞. 海上油田分层防砂分层注水高效集成技术[J]. 百度彩票 工艺,2021,43(3):384-388 doi:  
SONG Huihui, REN Congkun, REN Zhaolin, ZHANG Futao, TIAN Jun, LIU Yanxia. An efficient integration technology of separate-layer sand control and separate-layer water injection for offshore oilfields[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 384-388 doi:  10.13639/j.odpt.2021.03.017
Citation: SONG Huihui, REN Congkun, REN Zhaolin, ZHANG Futao, TIAN Jun, LIU Yanxia. An efficient integration technology of separate-layer sand control and separate-layer water injection for offshore oilfields[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 384-388 doi:  
  • 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。

    • 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

      Figure 1.  Efficient and integrated pipe string of separate-layer sand control and separate-layer water injection

    • 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。

    • 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)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。

    • 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。

      图  2  穿越型悬挂丢手封隔器

      Figure 2.  Crossing-type suspension release packer

    • 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

      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

      参数数值 参数数值
      内径/mm62工作压差/MPa20
      外径/mm150工作温度/℃150
      丢手后内径/mm108自动丢手时间/d10
    • 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。

    • 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

      图  3  液控压缩封隔器

      Figure 3.  Hydraulic compression packer

      表 2  液控分层封隔器技术参数

      Table 2.  Technical parameters of hydraulic separate-layer packer

      参数数值参数数值
      内径/mm50工作压差/MPa20
      外径/mm102工作温度/℃150
      工作压力/MPa8~10解封时间/min15
      适用套管/mm108密封有效期/a5
    • 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

      Figure 4.  Lockable expansion compensator

    • 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

      Figure 5.  Downhole setting switch

    • 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。

    • 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。

    • (1)通过管柱设计、分层工具研制、现场试验,进行不断的完善配套,目前已经形成了作业周期较短、分层密封长效、反洗井彻底的分防分注高效集成技术。

      (2)该工艺初期作业时防砂管柱与注水管柱能够一次下入,后期又能够独立检修,节省作业时间,降低检修费用,尤其符合海上油田低成本开发要求。

      (3)该技术的精细分层采用2对液控压缩四胶筒封隔器,工作压差达到20 MPa以上,能够满足大压差分注井测试调配和分层酸化的需求,在海上特殊的生产环境中具有很好的推广价值。。

      (4)小直径液控压缩四胶筒封隔器泄压后,反洗通道水眼当量直径35 mm,能够满足注海上大排量反洗井需求,达到延长注水周期目的。

参考文献 (11)

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