井筒防砂分注新技术的研究及应用

2023-02-23

油田进入高含水注水开发后期, 由于注水井受多方面因素的影响, 出砂现象表现逐渐突出, 分注井在停注、泄压时, 地层返吐出砂, 堵塞井下配注工具, 无法投捞测试, 反洗井洗不通, 导致频繁的作业返工, 双河油田2009年由于出砂造成水井维护性作业49井次, 占总维护作业的13.1%, 出砂造成返工作业11井次, 占总返工井次的16.4%;地层频繁返吐出砂, 还容易导致套管变形, 无法正常分注, 为了完善注采井网, 解决出砂水井的无法进行正常分层注水的问题, 开展出砂井的分层注水工艺配套技术研究是很有必要的。

针对双河油田地层的物性特点, 结合各层吸水状况、历次作业时候检查管柱情况, 找出出砂层, 配套了单流防砂器防砂分注管柱, 现场实施8口井10井次, 工艺成功率100%, 实现增注50940方、减少无效注水52800方。初步解决出砂井影响分注问题。

1 现状

1.1 井筒方面

据统计, 双河油田目前出砂井水井6 5口, 占开井数的8.4%, 2009年平均注水时率为9 3.1% (平均9 7.5%) , 作业次数达到了49井次, 占总维护作业的1 3.1%, 出砂造成返工作业1 1井次, 占总返工井次的16.4%, 测试工艺一次成功率仅为86.5% (平均94%) 。

1.2 技术方面

目前双河油田防砂工艺管柱主要使用:防返吐偏心配水器+注水封隔器+限压洗井阀+割缝筛管;偏心配水器出口设计单流阀, 防止地层砂返吐堵塞管柱和水嘴;限压单流阀、割缝筛管防止倒流;但是限压洗井阀开启压力很难确定, 压力过低, 起不到保护封隔器和防返吐的作用;压力过高, 很容易造成反洗井不通。

1.3 原因分析

通过对出砂井的启动压力、洗井方式、洗井排量及洗井周期进行分析研究, 得出以下结论:低启动压力井洗井易引起地层出砂, 高启动压力洗井易造成杂质注入地层;层间压差较大时, 停井、关井等压力波动太大容易引起出砂;大排量洗井容易引起出砂;洗井频繁易引起出砂。

2 防砂分注新技术研究

2.1 单流防砂器防砂分注工艺

单流防砂器采取双向卡封, 停注、泄压时两个单向皮碗组成密闭空间, 阻止地层水返吐, 单流防砂器设计单流注水通道与封隔器、配水器形成密闭注水空间, 让层间或井间不连通, 避免地层激动, 防止地层出砂。

单流防砂管柱设计安全接头, 消除释封负荷高的隐患, 避免复杂事故发生。在φ139.7mm套管井, 安全接头, 可实现防砂分注管柱分段处理;简化防砂分注管柱, 实现工艺简单化。

2.2 控制洗井防砂分注工艺研究及配套工具

地层砂进入油管有两个通道, 一个是各级配水器, 二个是底部洗井阀, 将这两个通道堵住就能防止返吐砂子进入油管。配水器防倒流设计起来相对容易, 在出口增加单向阀即可, 为此设计了防返吐偏心配水器, 在偏心配水器出口设计单流阀, 注水时打开、停注时关闭, 能够防止在投捞堵塞器时返吐砂子物进入油管内, 防止堵塞管柱和水嘴。

底部洗井阀设计防倒流是一个难题, 既要满足洗井时底部洗井阀打开, 又要在测试降压或停注时关闭, 还要考虑油管沉砂的问题。

针对对以上问题, 首先设计了可投劳控制洗井活塞, 下管柱时, 设计为关闭状态, 直接阻止油套环空液体及砂子进入油管;泄压、停注时, 控制洗井阀关闭, 阻止油套环空液体及砂子进入油管;反洗井时, 下钢丝捞出控制活塞, 洗井结束后再投入控制活塞继续分注生产。第二、增加了沉砂通道, 既能保证向下投入控制活塞容易到位不被砂卡;还保证在注水过程中, 油管内的少量砂子、杂质通过沉砂通道落入底部。第三、设计洗井通道, 利用控制活塞打开和关闭, 实现正、反洗井工艺。第四、控制活塞与工作筒之间设计为静密封, 密封圈装在工作筒内通径上。第五、为便于控制活塞投劳设计了卡锁机构, 即在控制活塞上设计凸轮机构, 投入工作筒后, 凸轮卡在工作筒的卡锁槽内, 控制活塞坐在工作筒里;捞控制活塞时, 凸轮回弹收缩, 将控制活塞拉出卡锁台阶。

3 现场试验及效果分析

3.1 现场实验情况

共实施8口井10井次, 魏214、双4072、赵2、双T428、双T1003, 双J204、双2205、下F5-232工艺成功, 增注50940方、减少无效注水52800方、减少出砂水井维护性作业3井次。

截至2009年12月5日, 双T428因地层层窜、实施后20天, 起出管柱下常规管柱;双T1003测试拔偏2有套压, 怀疑层窜起出管柱, 证实层间窜槽, 换封;魏214井、双4072井两口有效期已达16个月。

4 取得的认识

(1) 采用密闭注水原理, 研制单流防砂器, 通过挡砂外管、密封注水阀和两端的双向皮碗, 反向密封, 有效阻挡地层水返吐, 可避免地层激动出砂。

(2) 利用控制洗井防砂分注原理, 研制控制洗井防砂阀, 能够防止砂子从注水通道和底部洗井阀进入油管, 可以初步解决出砂井影响分注问题。

(3) 采取控制洗井防砂分注工艺, 实现控制洗井。

(4) 套变防砂分注, 方案设计必须进一步优化完善, 方案科学性是前提;严格执行施工方案, 从这两方面保证完井工艺成功率。具体是: (1) 跟踪原井管柱起下全过程, 记录是否有异常现象; (2) 对原井起出工具严格检查, 判断井下变形情况是否继续加重; (3) 必须进行 (φ98mm～φ100mm) 通井规通井, 通井合格才下分注管柱; (4) 对于分注管柱验窜工艺, 在方案中也必须明确提出。

(5) 根据现场应用中出现的问题, 及时优化和改进井下工具结构设计, 完善工艺结构。

摘要：河南油田进入高含水注水开发后期, 针对注水井受多方面因素的影响, 出砂现象严重, 分注井在停注、泄压时, 地层返吐出砂, 堵塞井下配注工具, 无法投捞测试, 反洗井洗不通, 导致频繁的作业返工。通过分析原因, 展开出砂井的分层注水工艺配套技术研究, 解决了出砂水井的无法进行正常分层注水的问题。该技术现场实施8口井10井次, 工艺成功率100%, 实现增注50940方、减少无效注水52800方, 减少出砂水井维护性作业3井次。该技术有效阻挡了地层水返吐, 可避免地层激动出砂, 实现控制洗井, 初步解决出砂井影响分注问题。

关键词：井筒,分注,防砂,新工艺