摘 要:深分支井一般温度较高、压力较大,从安全角度考虑,双管柱在深分支井中下入的可行性很低,如何采取单一管柱实现对深分支井分采/合采的智能控制是国内外都在不断改进和发展的重要研究方向。设计了一种深分支井分采/合采智能控制的采油管柱,不但实现了分支井分采/合采的智能化,而且可以有效解决目前国内分支井采油面临的几个技术难题: (1)有效解决分支井井间干扰、窜流等问题,能保证各分支的产能得到充分发挥,为用分支井开采裂缝、孔洞型油藏提供了技术支持; (2)无需另行下入专用测试工具及封堵工具,即可找到哪一个分支出水并有效封堵出水分支; (3)能够满足高温、高压井的需要,为用分支井开采较深油层提供了技术支持。
关键词:液压控制;分支井;井下控制阀
分支井开采过程中,两分支之间压力、产量可能存在较大差异,会造成分支之间的干扰、窜流等问题,尤其是在一分支先衰竭的情况下,窜流会大幅度降低产量[1-2]。如果一分支出水较快,会影响另外一支的正常生产;当一分支被水淹后,会使两分支之间压力不平衡,水淹段额外的液柱压头将导致该分支井底流压增加,大大降低高含水分支的产量,国内目前已经完成的分支井,都还没有完善的解决方案[3-4]。
国外分支井主要有两种采油方式:双管采油、单管柱混合采油。利用单一的生产管柱,实现分支井的分采/合采是国外分支井采油最常用的方式,单一管柱窗口连接处的关键控制工具就是井下控制开关[5-6]。井下控制开关的种类较多,主要有同心配产器、偏心配产器、节流器、滑套开关、液压控制开关等。这些控制开关在井下的开、关动作方式有所不同,主要有三大类:液压控制、钢丝或挠性油管机械控制、电子驱动。目前国外应用比较成熟的技术集中在液压控制和机械控制上,电子驱动还处于完善开发阶段[7-8]。
液压控制采油技术是通过地面打压的方式来控制井下控制阀的动作,特别是对深井,它避免了下入钢丝以及挠性油管等带来的机械风险,因此特别适合在深分支井中使用[9-10]。
1 液压控制智能采油技术原理
根据分支井分采/合采的需要,下入相应封隔器,对各分支进行分隔。在地面用打压泵或水泥车打压,对下入的分支井采油控制阀逐一进行开启和
关闭,从而了解各分支的产液情况,进而封堵高出水分支,开启正常生产分支,改变井内的压力系统,提高分支井的产能[11-12]。分支井液压控制生产管柱设计的关键工具就是井下控制阀。
1. 1 井下控制阀工作原理
当井下控制阀(图1)需要改变工作状态时,用打压泵或水泥车向阀内打压,压力推动阀芯开始下行,当压力上升到设定的动作压力时,中心管的下行
力刚好大于锁球的锁紧力,中心管的台肩顶开锁球,下行到下死点,并压缩复位弹簧,使弹簧储存能量。卸压后,复位弹簧储存的能量推动中心管和轨迹滑套向上运动。在此过程中控制销钉在轨迹滑套内由一个槽滑向另一个槽,如果该槽为长槽,则中心管向上运动的距离较长,中心管的上端面越过阀体的进油孔将孔堵死,此时井下控制阀处于关闭状态;如果该槽为短槽,则中心管向上运动的距离较短,中心管的上端面处在阀体进油孔的下端,此时井下控制阀处于打开状态。井下控制阀每打一次压,控制销钉都要在轨迹滑套内改换一次位置。控制销钉处在长槽位置时,井下控制阀为关闭状态,控制销钉处在短槽位置时,井下控制阀为打开状态。轨迹滑套上的长短槽按一定规律排列,就会使井下控制阀按一定规律产生不同的“开/关”状态。
1. 2 技术指标
对井下控制阀的工作状态进行了反复的室内实验,通过实验验证,并结合现场实际施工要求,确定该工具的具体性能参数为:
工作温度≤180℃,承受的上下压差≤60MPa;适合的套管内径: 121~166mm,开关动作压力范围: 12~25MPa。
2 分支井液压控制智能采油管柱设计
2. 1 管柱设计需满足的条件
(1)满足产出液体和气体的压力、温度以及化学性质的需要[13-14];
(2)满足产层分层和分隔的需要;
(3)满足产层生产和维护的常规要求;
(4)修井及重新钻开的选择方法;
(5)出砂及出水的可能性;
(6)满足工艺管柱顺利实施的需要。
2. 2 管柱设计
分支井管柱的设计必须要满足长期不动管柱的要求,尤其是自喷转机采时,如全部提出下部管柱,不但增加了成本,而且再次坐封下部管柱还会带来不必要的机械风险。因此,分支井管柱的设计最好是在不动下部管柱的前提下,完成自喷到机采的管柱转换[15-16]。以2个分支为例(图2),串联2个控制阀分别控制主次分支的生产。
2个控制阀采用两级组合模式,上部控制阀设定成“开/关”循环模式,下部控制阀设定成“开/开/关”循环模式,利用两级控制阀之间的排列组合,用一个固定的压力实现两分支分采/合采的自由切换。下井时主次分支的井下控制阀均处于开启状态。井口打压一次,上部开关关闭,下部开关仍然打开,主分支进行生产,观察主分支的产液情况后,油套环空进行打压、放压,主分支井下控制阀关闭,第二分支井下控制阀开启,此时仅有第二分支进行生产,观察第二分支的产液情况。如果第二分支产液不好,可以再打压、放压来进行开关转换,即第二分支井的控制阀关闭,主分支井下控制阀开启;如果第二分支产液好,可以再打压、放压,实现第二分支井下控制阀开启,主分支井下控制阀也开启。由图3可以看出,打压6次循环一周,两个控制阀的状态又回到下井时的初始状态。
2. 3 管柱特点
(1)地面打压控制井下控制阀,操作简单,且在深井中作业的风险较小。
(2)井下控制阀是单向截止式,可以很好地解决主分支和第二分支之间由于压力差距造成的井间干扰问题,能更有效地发挥高产层的作用,适用于裂缝、孔洞型油藏。
(3)对于均质油藏,当两分支压力水平相同或接近时,能保证各分支的产能得到充分发挥。
(4)无需下入专用测试工具,即可找到出水分支,并通过井口打压,关闭出水分支。
(5)井下控制阀能够承受较大的压差(≤60MPa)及高温(≤180℃),适用于深井。
(6)采用丢手封隔器,将下部管柱固定在井中,当自喷转机抽时,无需起出下部管串,只起出上部油管安装泵即可。
(7)井下控制阀的动作压力在下井前由人为设定,设定的范围依据井底压力以及封隔器座封、丢手封隔器的压力范围决定,因此它能满足各种特殊情况,具有较广的适用范围。
3 结 论
(1)本文提出的利用井下控制阀进行液压控制的分支井采油管柱,可有效地解决分支井间干扰、窜流等问题,能保证各分支的产能得到充分发挥,特别适合非均质油藏分支井开采的需求。
(2)采油管柱与工具可根据井况、分支数量和生产要求进行任意配置。
(3)施工工艺简单可靠,可在不停产不动管柱的条件下完成井下任意层段的开关调整。
(4)此工艺将分支井采油、找水、堵水有机地结合在一起,不仅可以提高找水的准确性,而且可以降低堵水作业费用,发挥机械堵水的优越性,提高经济效益。
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