河南油田-厚油層細分開采技術

1、厚油層細分開采技術羅洪友 馬宏偉 楊康敏 楊軍虎河南油田 河南南陽 473132河南稀油油田厚油層發(fā)育、平面多變、非均質嚴重，隨著油田綜合含水的不斷上升,井下油水關系日趨復雜,油層層內(nèi)及層間矛盾更加突出,主要潛力已由層間轉為層內(nèi)、由主力油層轉為非主力的薄差油層。由于受夾層厚度、夾層分布、韻律、微構造及砂體展布特征影響，造成高含水期開發(fā)階段厚油層內(nèi)剩余油分布較為復雜，縱向上受地層滲透性差異影響，剩余油在注采狀況較差的中、低滲透層段相對富集，潛力層在厚油層內(nèi)部厚度較薄的流動單元，穩(wěn)定夾層將厚油層細分為多個獨立的流動單元，對流體的流動具有分隔作用，增加了油層的非均質性。在同一小層的每個流動單元內(nèi)注入

2、、采出狀況都存在差異。中、低滲透層啟動壓力高，注水狀況差，能量補充困難，受高滲透層干擾大，采出狀況差，動用程度低，剩余油相對富集，這部分潛力是當前挖潛的主要對象。由于受夾層厚度、層段數(shù)量等因素的影響，常規(guī)工藝技術無法適應目前生產(chǎn)的需要。為了充分挖掘厚油層油田剩余油資源，提高油田的整體開發(fā)效果，針對開發(fā)需要，開展了厚油層細分開采技術的研究，主要包括大厚層細分注水、大厚層細分卡堵水和大厚層細分改造三個方面。1 細分開采技術原理厚油層細分開采技術以研究井下管柱機械定位技術為前提，綜合研究配套大厚層細分注水技術、大厚層細分卡堵水技術和大厚層細分改造技術。對于細分注水,首先采用井下管柱定位技術，從工藝上

3、保證措施管柱在井下準確定位和在薄夾層卡封段上準確卡封。然后采用液力投撈測試調(diào)配分層注入水量，解決投撈測試難問題，實現(xiàn)多層細分注水。對于細分卡堵水，采用液壓原理實施井下封堵工具的驗封和坐封，多級多段封堵管柱實施逐級解封，實現(xiàn)細分卡堵水。對于細分酸化改造，采用皮碗封隔器、細分開關器等工具，組配成細分酸化管柱,對厚油層內(nèi)中低滲透段進行細分酸化處理；對于地層割縫改造采用淹沒式液力磨料切割原理，對油水井套管和油層深部實施割縫改造，使地應力重新分布，提高井筒附近地層滲透率，實現(xiàn)對大厚層內(nèi)中低滲透層段的細分改造。1.1 大厚層細分注水技術 技術組成：大厚層細分注水技術包括液力投撈細分注水管柱和細分注水測試工

4、藝技術。液力投撈細分注水管柱主要由緩沖器、封隔配水器（包括配水封隔器、配水器芯子）、注水封隔器、擋球連通器、內(nèi)收型機械定位器、活動單流閥、井口捕撈器、防噴管匯等組成（見圖1）。 技術原理：通過注水井機械定位技術，將封隔器準確卡封在薄夾層上，具有層間封隔和分層配水雙重功能的兩級封隔配水器，可直接與封隔器連接組配細分分注管柱，兩級配水器芯子可將注入水分配到5個層段，采用液力投撈方式，結合應用電子流量計，一次投撈調(diào)配5層水咀并測試5層分層水量，實現(xiàn)厚油層細分注水。 工藝流程： 配下管柱、定位：根據(jù)施工設計要求，按圖1所示管柱示意圖配下管柱，通過內(nèi)收型機械定位器尋找標準套管接箍，確定管柱下入準確位置。

5、 反洗井：管柱下井后,不投配水器芯子之前,首先反洗井,直至水質達到洗井要求。 坐封封隔器和配水封隔器：將下級和上級配水器芯子分別從井口投入油管內(nèi),依靠自重和注入水流投送;分別坐到下級和上級配水封隔器上后,壓力升高到12MPa以上,坐封封隔器和配水封隔器，同時使內(nèi)收型機械定位器內(nèi)收；穩(wěn)壓30min以上,并圖1 細分注水管柱示意圖打開底部注水層對應的連通閥。 調(diào)配水嘴及分層測試、驗封：通過反洗井,將上下兩級配水器芯子分別沖出,井口捕捉。在捕捉上級配水器芯子后，取出上級配水器芯子，將捕撈器調(diào)整好，再開大洗井水量，捕捉下級配水器芯子。配水器芯子取出后，將五支小直徑流量計放入兩級配水器芯子內(nèi),然后把兩級

6、配水器芯子投入井內(nèi),分別坐到封隔配水器上,注入水通過五個水嘴對五個地層注水,同時五支流量計測試對應層的水量。采用降壓法控制壓力點，各點穩(wěn)壓5min,測試不同壓力下的分層水量。取出配水器芯子，通過判斷注水通道上開關活塞開啟狀況，判斷封隔器及配水器芯子是否密封,開關活塞開啟表示密封，否則表示配水器芯子與配水封隔器不密封，水量測試數(shù)據(jù)不可靠。 重新調(diào)配、測試：反沖出配水芯子,分析測試結果是否達到配注要求,不合適時調(diào)換水嘴,重復上述測試步驟,直到合格。 分注：測試合格,按選定水嘴裝入上下兩級配水器芯子,依次投入井內(nèi),判斷到位后即可進行分注。 反洗井：反洗井時,首先把兩級配水器芯子沖出,地面捕捉,按洗井

7、要求進行反洗井,水質合格為止。檢查配水器芯子,重新把兩級配水器芯子投入、轉注。 定期測試：反沖出芯子,將流量計裝入配水器芯子,把芯子投入井內(nèi),按測試步驟進行分層測試,測試合格后改正常注水。 起管柱：上提管柱解封封隔配水器和封隔器,起出井下管柱。 技術特點： 設計了兩級封隔配水器組配的細分注水管柱，使封隔器與配水器相互之間間距不受限制，任意級封隔器和封隔配水器之間可以直接連接組配細分注水管柱,耐壓差25MPa，最小卡封距1.8m，解決了多個薄夾層和薄注入層注水井細分難題。 設計了擴張式反沖皮碗提升機構，解決兩級配水器芯子在變徑管柱內(nèi)液力投撈 “瓶徑”問題，一次液力投撈兩級配水器芯子和5支電子流量

8、計，可同時調(diào)配5層水咀和測試5層水量，測試時能夠驗封，能夠判斷分層密封性能和測試結果準確性，解決了多個薄夾層和薄注入層注水井細分注水投撈測試難題。 收縮型管柱機械定位器的研制，解決了細分注水管柱的準確卡封問題，同時提高了定位器長期使用可靠性。1.2 大厚層細分卡堵水技術 技術組成：大厚層細分卡堵水技術的井下管柱主要由丟手接頭、Y441封隔器、Y341封隔器、管底開關及內(nèi)收型機械定位器等組成（見圖2）。 技術原理：采用井下管柱機械定位技術，實現(xiàn)多級多段卡堵水管柱細分卡堵水。采用液壓坐封原理滿足多級封隔器無級壓縮，采用雙向錨定方式和丟手堵水管柱，延長封堵壽命，提高卡堵水管柱密封有效率，采用下放上提

9、分步解封方式，解決多級多段卡堵水管柱逐級解封問題。 工藝流程： 配下管柱：按圖2所示管柱結構配下井管柱,并準確丈量油管長度及各配套工具之間的距離。 管柱定位：管柱下井后,首先通過內(nèi)收型機械定位器找離油層最近的標準短套管,完成對管柱的校深。然后上提或下放管柱使封隔器準確卡在設計位置，完成管柱定位過程。 管柱坐封與驗封：首先從油管內(nèi)打坐封壓力8MPa,穩(wěn)壓3min,繼續(xù)升壓至12MPa,并穩(wěn)壓3min,再繼續(xù)升壓至16MPa,并穩(wěn)壓3min,隨后停泵卸壓,完成封隔器坐封過程。再向油管內(nèi)打壓18MPa,通過觀察地面壓力的變化情況驗證各級封隔器的密封性。 管柱丟手：坐封驗封完后,將丟手接頭芯子連接在抽

10、油桿上,投入油管內(nèi),借助抽油桿的撞擊力,實現(xiàn)管柱丟手。 起丟手施工管柱：當完成丟手作業(yè)后,緩慢上提管柱,注意觀察管柱負荷的變化,當管柱負荷未發(fā)生變化時,完成丟手動作,起出丟手施工管柱,隨后下生產(chǎn)管柱生產(chǎn)。 管柱的逐級解封：當生產(chǎn)一段時間后,需要進行調(diào)層或換封時,起出生產(chǎn)管柱,向井中下入打撈管柱,當管柱下到預定位置時,各級封隔器借助打撈管柱的自重下放管柱,首先剪斷最上一級封隔器的解封銷釘,然后上提管柱完成最上級封隔器的解封,如此繼續(xù)下放上提動作,完成各級封隔器的解封,最終安全起出井下管柱。 技術特點： 井下管柱機械定位技術定位精度高,在井深2500m的情況下定位誤差僅為0.15m，使封隔器在坐封

11、段僅0.69米上（夾層1.1m）準確坐封，且操作簡單、安全可靠、費用低, 解決了堵水管柱無法對多個薄夾層段實施分層封堵難題。 在Y341封隔器上設計有逐級解封機構，在堵 器 器閥器堵器器 Y441封隔器上設計了雙向卡瓦錨定結構和分步解卡結采構，使堵水管柱解封負荷僅有20kN，解決了同類封隔器多級使用錨定不可靠和解封難的問題。 在Y341封隔器上設計了膠筒皮碗組合式驗封機構，各級封隔器能自行驗封，解決了原同類封隔采器多級使用驗封判斷難的問題，提高了密封可靠性。2.3 大厚層細分酸化技術圖2 細分卡堵水管柱示意圖 技術組成：大厚層細分酸化技術主要由氣舉凡爾、水力錨、多級X344皮碗封隔器、細分開關

12、器、定位器、球座等組成（見圖3）。 技術原理：通過機械定位技術使多級皮碗封隔器坐封于薄夾層處,實現(xiàn)酸化時的細分卡封;X344皮碗封隔器、細分開關器等工具組配成油層細分酸化管柱,實現(xiàn)了對厚油層內(nèi)中低滲透段進行細分酸化處理。 工藝流程： 座封定位:座封定位方法是通過尋找井下定位接箍來實現(xiàn)校證井下管柱的實際下深數(shù)據(jù),然后再定位校對HNX344 -115皮碗封隔器的座封位置,使HNX344-115皮碗封隔器座封于厚層內(nèi)的薄夾層處,實現(xiàn)細分卡封。 驗封:進行驗封時,KKG-115細分開關器處于關閉狀態(tài),當向工藝管柱注入液體時,HNX344-115皮碗封隔器座封。當下皮碗封隔器不密封時,工藝管柱內(nèi)的液體流

13、入下層。故從地面的注入流量及管柱的穩(wěn)壓情況可判定HNX344-115皮碗封隔器的密封性。 洗井、替酸:當向管柱投入鋼球以前,管柱底部球座處于暢通狀態(tài),油套是連通的,HNX344-115皮碗封隔器處于解封狀態(tài),此時可進行正、反洗井,替酸等工藝流程。 擠酸及酸化下層段：替酸完畢后向管柱內(nèi)投入鋼球。當鋼球落入球座后,向管柱擠入酸液, 當酸化下層段時,上層KKG-115細分開關器處于關閉狀態(tài),這時KKG-115細分開關器定壓打開,使油套之間存在一定的壓差,與此同時HNX344 -115皮碗封隔器同時座封,將處理層段與非處理層段分隔開。此時可進行擠酸過程。 酸化上層段:當下層段酸化完畢后,向管柱內(nèi)投入鋼

14、球,使鋼球座入上層KKG-115細分開關器內(nèi)的滑套上,然后向管柱內(nèi)擠液,打開上層KKG-115細分開關器,同時封堵下層,此時可對上層進行酸化施工。 解封、排酸:當擠酸完畢后,HNX344-115皮碗封隔器的彈簧彈力推動錐體復位,HNX344-115皮碗封隔器解封。此時可進行排酸。 反洗井、放大注水:當酸化完畢后,反洗井兩周。然后向管柱底部投入鋼球對酸化層進行放大注水,觀察酸化效果。 技術特點： 研制的地面定位儀和酸化用井下管柱定位裝置,可確保封隔器在0.8米以上的坐封段坐封,解決了對厚層內(nèi)中、低滲透層卡封的問題，實現(xiàn)了對厚層內(nèi)中低滲透層段進行酸化處理。 研制了皮碗封隔器和細分開關器,實現(xiàn)不動管

15、柱多層分別酸化，同時具有驗封功能,保證作業(yè)質量, 減少了施工工作量，提高酸化效果。2.4水力噴砂割縫改造技術 技術組成：水力噴砂割縫技術主要由井下割縫管柱、地面監(jiān)測系統(tǒng)、循環(huán)水過濾系統(tǒng)及配套施工車組等組成（見圖4）。 技術原理：利用井下管柱機械定位技術，使割縫工具的噴嘴對準設計位置。割縫施工時，噴槍以設定速度自動向下移動，高壓磨料液從噴槍噴嘴內(nèi)噴出，切割套管以及地層巖石，并沿井軸方向割出兩條對稱的紡錘體長縫。當一對縫完成后，施工壓力卸為零，噴槍自動復位，上提管柱重新調(diào)整噴槍位置，完成多對縫的割縫施工。 工藝流程： 用刮削器刮削套管，并沖砂至人工井底； 下割縫管柱，機械定位至設計位置； 連接施工

16、管匯，清水正洗油管至井口見清水； 投25mm鋼球，同時控制壓力3MPa以內(nèi)預加砂15min20min后，提高泵壓至施工壓力，連續(xù)工作完成第一對割縫； 降低泵壓至1MPa以內(nèi)，保持液體油套循環(huán)，上提管柱使噴槍位于第二對縫位置，進行割縫施工； 技術特點： 采用淹沒式液力磨料割縫技術對地層進行細分改造, 對地層割縫深度達到1.1m,穿透能力強,提高了油層近井地帶導流能力。 設計的割縫工具可帶2對高耐磨噴嘴，通過轉向技術實現(xiàn)不動管柱分層施工，一趟管柱割縫多達16對，解決了國外同類技術只能帶一對噴嘴割4對縫的問題，施工效率成倍提高。2 技術指標 大厚層細分注水技術：工作壓差：26Mpa；工作溫度：120

17、； 最小卡封段：0.89m； 最小卡封距：1.8m；液力投撈分注層數(shù)：5層；適應套管內(nèi)徑：121124mm。 大厚層細分卡堵水技術：工作壓差：25Mpa；工作溫度：120； 封隔器級數(shù)：2；解封負荷：20KN；最小卡封段：0.69m；適應套管內(nèi)徑：121124mm。 大厚層細分酸化技術：工作壓力: 30Mpa；工作溫度：120；座封定位器誤差: <0.15mm；一趟管柱酸化層數(shù)：3層；適應套管內(nèi)徑：121124mm。 水力噴砂割縫技術：工具耐壓：70Mpa；工作溫度：120；一對縫割縫時間：3040min； 一趟管柱可割縫對數(shù)：16對(32條)；最大縫長：200mm；最大縫深：1100m

18、m（地面標準水泥靶試驗數(shù)據(jù)）；適應范圍：229mm、178mm、124mm套管的油水井層內(nèi)改造。3 現(xiàn)場實施效果厚油層細分開采技術在河南稀油油田推廣應用589井次，現(xiàn)場應用包括大厚層細分注水、大厚層細分卡堵水、大厚層細分酸化和水力噴砂割縫技術。統(tǒng)計階段試驗應用效果，累計增油26.9×104t，累計降水量125.5×104 m3，累計增注水量253.9×104 m3，累計控制無效注水量60.73×104 m3，減少作業(yè)230井次，減少磁定位測試378井次。并在雙河油田北塊1-3層系413以南區(qū)塊、南塊、油組等五個區(qū)塊整體實施，綜合應用細分開采新技術進行厚油層綜合治理和挖潛，試驗區(qū)塊累計增加可采儲量94.6×104t，取得了顯著效果。通過現(xiàn)場試驗和推廣應用證明：井下管柱機械定位技術定位誤差不超過0.15m；細分注水封隔器最小坐封段僅有0.89m，封隔器最小跨距