預(yù)節(jié)流防刺配水器的研制與應(yīng)用

預(yù)節(jié)流防刺配水器的研制與應(yīng)用

0預(yù)節(jié)器研制背景隨著老油田開發(fā)程度的提高，分層開采給井層帶來了日益增長的趨勢。層間注水壓差較大、采用常規(guī)配水工藝無法進(jìn)行調(diào)配的注水井(以下稱為大壓差井)逐年增多。目前,在同一注水壓力系統(tǒng)下的大壓差分注井中,高滲層控制注水只能靠減小配水器的水嘴來實(shí)現(xiàn),但小水嘴在注水過程中堵塞或刺壞現(xiàn)象較為嚴(yán)重,進(jìn)而導(dǎo)致注不進(jìn)或高滲層超注,大大增加了后期檢管及投撈作業(yè)工作量。同時,配水器出水口刺壞后,防腐、防垢性能下降,嚴(yán)重影響了管柱的防返吐性能。目前,勝利油田該類井的層段合格率平均僅為48%,遠(yuǎn)低于勝利油田分注井的平均層段合格率,造成大量注入水的無效循環(huán)。為了更好地解決大壓差分注井中存在的問題,同時適應(yīng)目前勝利油田主要的投撈測調(diào)工藝,需要對現(xiàn)有空心配水器進(jìn)行技術(shù)改造。為此,研制了YJLP-112預(yù)節(jié)流防刺配水器,該配水器解決了層間壓差不夠?qū)е碌那纷⒊?yán)重問題。通過設(shè)計(jì)多級節(jié)流方式和防刺組合活塞結(jié)構(gòu),使配水器在獲得大節(jié)流壓差的同時,還有效避免了水嘴刺壞或堵塞以及配水器出水口刺壞,進(jìn)而延長了配水器的調(diào)配周期和有效使用壽命。1技術(shù)分析1.1中心管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)YJLP-112預(yù)節(jié)流防刺配水器結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由上接頭、中心管、防返吐彈簧、防刺組合結(jié)構(gòu)、密封環(huán)、節(jié)流管預(yù)節(jié)流結(jié)構(gòu)及下接頭組成。其中,中心管設(shè)計(jì)成分體式,由上中心管和下中心管組成;防刺組合結(jié)構(gòu)由控制活塞和密封活塞組合而成;節(jié)流管預(yù)節(jié)流部分則主要由安裝在中心管外側(cè)的節(jié)流管及上、下連接器組成。1.2工作原則1.2.1管柱內(nèi)水岸帶水岸管柱設(shè)計(jì)中需根據(jù)節(jié)流壓差設(shè)計(jì)好配水器類型(節(jié)流管的直徑和圈數(shù))及需攜帶的水嘴。當(dāng)配水器下井時,只需將配水器連接至油層附近管柱位置。當(dāng)管柱中采用擴(kuò)張封隔器時,配水器可直接攜帶所需水嘴,注水即可完成封隔器坐封。當(dāng)與壓縮封隔器配合時,仍需投撈死心子配合壓縮封隔器坐封。1.2.2能降低保持過水口刺的需要(1)防刺。開始注水時,注入水通過上中心管的出水孔傳壓,控制活塞兩端產(chǎn)生壓力差,在這一較小的油套壓差作用下,控制活塞帶動密封活塞一起壓縮彈簧上行,使密封件過密封面,預(yù)先打開由控制活塞和上連接器之間的注水通道,避免了高速注入水直接沖擊密封件和控制活塞,從而防止出水口刺壞,而且隨著內(nèi)壓的升高,注水通道打開也越大,越有利于防刺。(2)節(jié)流降壓。該配水器的節(jié)流降壓主要分3級完成。其中1級為注水通道預(yù)先開啟的節(jié)流壓差;2級是配水心子水嘴產(chǎn)生的局部節(jié)流壓差;3級是由纏繞節(jié)流管產(chǎn)生的沿程節(jié)流壓差。在注水通道預(yù)先打開后,注入水通過帶水嘴的配水心子進(jìn)行局部節(jié)流降壓,然后依次通過下中心管的出水孔、下連接器的導(dǎo)流通道,再經(jīng)過節(jié)流管進(jìn)行沿程節(jié)流降壓后,經(jīng)上連接件的導(dǎo)流通道從預(yù)先打開的出水通道注入地層。這樣在采用較大直徑的水嘴和節(jié)流管增加調(diào)控壓差的同時,還有效避免了之前小直徑水嘴由于懸浮物堆積或結(jié)垢產(chǎn)生的堵塞。預(yù)節(jié)流配水器的節(jié)流效果主要取決于水嘴的大小及節(jié)流管的直徑與圈數(shù)。1.2.3控制基本彈簧當(dāng)注水井由于各種原因停注時,作用在控制活塞兩端的油套壓差瞬間消失,控制活塞與密封活塞一起在防返吐彈簧的恢復(fù)力作用下下行,關(guān)閉注水通道,從而有效防止油套環(huán)空內(nèi)污物、地層砂或聚合物等返吐到配水器中造成出水口堵塞。1.3水敞口充注量20100ml下入井深:≤3000m;耐壓:≤35MPa;節(jié)流壓差:30~100m3/d配注量下可滿足5~12MPa(攜帶?2.0mm以上水嘴);分注層數(shù):2~4。1.4配水器的技術(shù)特點(diǎn)YJLP-112預(yù)節(jié)流防刺配水器能夠增加分注井中高滲層的調(diào)控壓差,有效防刺,提高分注井的層段合格率和調(diào)配成功率,延長管柱的井下使用壽命。該配水器的主要技術(shù)特點(diǎn)如下。(1)設(shè)計(jì)有3級節(jié)流結(jié)構(gòu),通過不同節(jié)流結(jié)構(gòu)的有效組合,擴(kuò)大了可調(diào)控注水壓差范圍。(2)較低壓力下注水通道可預(yù)先開啟防刺結(jié)構(gòu),有效防止注水口刺壞。(3)防刺結(jié)構(gòu)同時也是防返吐結(jié)構(gòu),在停注時可以有效地防止污物返吐至配水器或油管而造成堵塞。2預(yù)節(jié)流配水器的試驗(yàn)為了驗(yàn)證YJLP-112預(yù)節(jié)流防刺配水器的密封承壓、開啟壓差和投撈載荷,在室內(nèi)共進(jìn)行了5組抽檢試驗(yàn),同時也對該預(yù)節(jié)流配水器的節(jié)流壓差性能進(jìn)行了試驗(yàn)。2.1性能試驗(yàn)22.1.1流管接頭內(nèi)壓,壓壓法設(shè)置節(jié)流器本體螺紋接頭密封通過定制工裝,將控制活塞和上連接器固定;從配水器上接頭內(nèi)加壓至35MPa,保壓5min均無滲漏或刺漏,說明節(jié)流管連接處及配水器本體螺紋連接處密封性較好。2.1.2配水器出水壓力將工具密封試驗(yàn)中的工裝去掉,換精密壓力表,從配水器上接頭緩慢加內(nèi)壓,觀察配水器出水時的壓力,測得開啟壓力值,見表1。由表可知平均開啟壓力為1.14MPa。2.1.3打產(chǎn)品測試結(jié)果將準(zhǔn)備好的配水心子投送至預(yù)節(jié)流配水器并加壓到位后,用打撈工具與拉力計(jì)進(jìn)行測試,測試結(jié)果見表1,由表可知平均投撈力為212.2N,滿足設(shè)計(jì)與現(xiàn)場投撈要求。2.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析為了驗(yàn)證預(yù)節(jié)流防刺配水器在不同流量下的節(jié)流壓差特性,設(shè)計(jì)了如圖2所示的自動采集試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用工控機(jī)采集配水器前、后的壓力和流量信號,實(shí)時獲取不同流量下配水器入口及出口處的壓力、流量數(shù)據(jù),并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析和方程擬合,獲得預(yù)節(jié)流防刺配水器的壓差-流量調(diào)節(jié)特性曲線。試驗(yàn)中主要對不同圈數(shù)節(jié)流管的預(yù)節(jié)流防刺配水器本體、預(yù)節(jié)流配水器與不同尺寸水嘴(?2.0mm以上水嘴)組合配置時的壓差-流量調(diào)節(jié)特性進(jìn)行了測試。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時錄取、回歸分析與方程擬合,得出預(yù)節(jié)流配水器在不同流量與不同水嘴組合時的壓差-流量調(diào)節(jié)曲線,部分試驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4所示。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出:(1)對于節(jié)流管為Ⅲ圈的預(yù)節(jié)流配水器,在攜帶?2.0mm水嘴且流量為30m3/d的情況下,該配水器的最大節(jié)流壓差可達(dá)4.85MPa,比單靠水嘴節(jié)流的節(jié)流壓差提高了35%,隨著流量的增加,壓差增加幅度加大。(2)帶水嘴的YJLP-112配水器總體節(jié)流壓差近似等于本體節(jié)流壓差與水嘴在該流量下的節(jié)流壓差之和,為現(xiàn)場調(diào)配提供了充分的依據(jù)。(3)通過增加節(jié)流管的圈數(shù),可獲得較大節(jié)流壓差。雖然增加節(jié)流管后壓差的增加隨流量的變化有所不同,但當(dāng)流量大于30m3/d時,節(jié)流管每增加1圈可控節(jié)流壓差都在1.0MPa以上。通過室內(nèi)試驗(yàn)可知,YJLP-112預(yù)節(jié)流防刺配水器的耐壓密封性、預(yù)開啟壓差、投撈力以及節(jié)流壓差等各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。3yjlp-122-400預(yù)病井YJLP-112預(yù)節(jié)流防刺配水器自2012年7月研制成功后,截至目前已在勝利油田各采油廠的8口大壓差分層注水井中進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用,一次性施工成功率100%;層段合格率從實(shí)施前的50.0%提升到87.5%(導(dǎo)致不合格層的主要原因是低滲層物性差或配水間泵壓低);目前最早實(shí)施的井已有效工作15個月,且仍然有效。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明,該預(yù)節(jié)流防刺配水器具有節(jié)流壓差調(diào)節(jié)范圍大、防刺性能好、可防返吐且配水有效期長等特點(diǎn)。2012年8月,在DB10N8大壓差分注井中應(yīng)用了YJLP-112-402預(yù)節(jié)流防刺配水器。該井泵壓26MPa,油壓21MPa;地質(zhì)要求配注80m3/d,其中上層配注30m3/d,下層配注50m3/d;從前期實(shí)際注水情況看,全井總注入量控制在85m3/d,但上層為強(qiáng)吸水層,吸水比例占80%,2層均不合格。從注水分層指示曲線可知,2層均達(dá)到配注水的層間注水壓差4.5MPa,選型時充分考慮后期的可調(diào)配性,采用了YJLP-112-402(節(jié)流管4圈)+2-?3.0mm水嘴,下層采用常規(guī)配水器(放大注水)重新完井。該井2013年5月測試,在泵壓26MPa、油壓23MPa的情況下2層均注水合格,大大增加了該井的有效注水量,延長了配水器的調(diào)配周期。2013年5月,在SHS69-5井應(yīng)用了YJLP-112-403預(yù)節(jié)流防刺配水器。該井為1級2段,泵壓28MPa,油壓15MPa;地質(zhì)要求配注60m3/d,其中上層配注30m3/d,下層配注30m3/d;但從注水分層指示曲線可知,2層均達(dá)到配注水的層間注水壓差7.5MPa,下層為強(qiáng)吸水層,選型時充分考慮后期的可調(diào)配性,采用了YJLP-112-403(節(jié)流管5圈)+2-?2.6mm水嘴,上層采用常規(guī)配水器(放大注水)重新完井。該井2013年9月測試,在泵壓28MPa、油壓18MPa的情況下2層均注水合格、有效。4性能試驗(yàn)結(jié)果(1)YJLP-112預(yù)節(jié)流防刺配水器在空