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华北油田高温大斜度分注技术解密

华北油田高温大斜度分注技术解密

 
中国石油新闻中心  [ 2015-05-20 07:59 ]
  3年前,华北油田采油一厂高阳油田雁63断块年自然递减率超过29%;如今,这一数字降至17%。雁63断块的变化,关键在于高温大斜度分注技术的实施。
  2012年大规模推广高温大斜度分注技术以来,到2015年5月初,华北油田分注井占总水井的30%,主力砂岩油藏年自然递减率下降1.1个百分点,相当于每年可减少数万吨新建产能。
  油藏条件复杂,新井“衰老”快怎么治
  3月底,河北晋州市晋95-24X井分注施工井场,华北油田采研院技术人员林福欣,正在井场泵车上监视仪表数值。指针在20兆帕的数值前稳定10分钟后,林福欣才放心。
  “这说明井下分注用的管柱,已经坐封成功。”林福欣说。他介绍,像这样井深3300多米、井斜59度、温度120多摄氏度的水井,以前都是笼统注水,很容易造成水淹,新井“衰老”快。现在有了高温大斜度分注技术,能给不同油层补充不同的能量。
  2012年开始,华北油田实施“精细注水、减缓自然递减”工程,并建立两个公司级分注示范区。
  华北油田投入注水开发以来,克服油藏条件复杂、注水井井况恶化等困难,在2011年形成了“以空心分注为主、偏心分注为辅”的分注工艺技术体系。然而,空心分注最多只能达到两级三段的分注要求,而且时间长、工作量大、见效差、效率低,一年只能实施二三十口井。
  2012年,华北油田引进国内成熟的桥式偏心、桥式同心分注工艺,一年实施150多口水井,见到初步成效,自然递减率下降3个百分点。
  新引进工具的耐温及承压差能力不足,而华北油田冀中采油厂新老注水井多在3000米左右,且处在高温和大斜度环境中。受井况影响,未能实现精细分注的井仍占应分注井的49.5%,迫切需要工艺设备和分注技术上的新突破。
  2013年,华北油田决定对30口高温大斜度水井进行分注。随即,华北采研院成立攻关项目组,着手对原有的桥式同心分注技术进行深入剖析,力求能够满足华北油田深井、大斜度井迅速增长的需求。
  分注工具不给力,“精细分注”如何实现
  华北油田冀中采油厂实施分注已经有二三十年的经验。受制于投捞工具、分注工艺管柱、测试工艺技术影响,水井不能精细分层注水,工具寿命短、投入成本高。这导致油井高渗透层“窜进”、低渗透层“滴水不进”,水驱程度和水驱波及程度低,既影响油井产量,又缩短了开发周期。
  针对这一难题,采研院技术人员剥茧抽丝,有针对性地寻找原有成熟工具的弱点,并加以完善。
  为弥补密封件在高温条件下寿命短的缺陷,采研院技术人员选取市场上常见的丙烯酸酯胶、普通丁腈和氢化丁腈橡胶进行试验。通过不同温度条件下的性能评价,最终选取拉伸强度、抗老化性等参数最优的材料,作为首选密封材质。
  刚体表面处理工艺,直接影响分注工具的强度、耐磨和耐腐蚀性能。技术人员对不同工艺处理后的金属材质,进行抗腐蚀实验和力学性能实验,最终选取强度和耐腐蚀性能最好的防腐处理工艺。同时,研制出胶筒肩部防凸机构、封隔器居中扶正机构、深井逐级解封封隔器、防砂卡锚定器、螺旋扶正器和滚珠扶正器等设备,使工具串与套管锚定更准,受力更加均匀,更易于通过大斜度井筒。
  测调仪是调节井下水嘴水量的“手柄”,大斜度深井易造成测调仪投捞难以到位、对接成功率低。为解决这些问题,技术人员设计了新型轮式减阻器,引进新型钢管电缆,选用大扭矩电机和高速比减速器,使仪器串能够在大斜度油管中来去自如。
  通过技术攻关,分注工具最大下深由2500米增至4000米,最大适应井斜由30度增至60度以内,承压差由25兆帕提高到35兆帕,耐温由120摄氏度增至150摄氏度,解决了深井、高温、大斜度制约精细分注的难题。
  油井温度高、斜度大,分注技术不适应怎么办
  采油一厂雁63断块,是华北油田近年来的重点新建产能区,由于分注技术难以适应高温大斜度需求,上产初期即出现产量迅速下滑的情况。
  2012年8月,华北油田在这个断块集中实施分注。2013年,采研院技术人员带着新研制成功的高温大斜度分注工具,在这个区块首战告捷并迅速推广。截至目前,累计实施90余口水井,区块分注率提高到90%以上,产量递减明显减缓。
  位于饶阳凹陷大王庄构造带的留107、宁50两个断块,平均油层深3200米,原始地层温度112摄氏度,地层压力29兆帕。过去,这两个区块均采用王四联合站注水管网,共有注水井34口,开井27口,只实施分注2口,均为一级两段。由于井深,只能采取常规笼统注水,油井见效不好,而且引进的注水封隔器的耐温、承压差能力不足,封隔器胶筒短且薄,寿命不足1年。2013年8月,采取高温大斜度分注技术分注12口井,启动注水层位最深达3500米,留107和宁50两个断块持续稳产。
  高温大斜度分注技术的突破,让华北油田一大批处于较深地层且用大斜度井开发的油藏,能够注好水。华北油田的分注率由2011年的16.9% 提高到2014年的36%,实施分注井组对应油井明显见效,累计增油近9万吨。
  专家说
  华北油田公司采研院副院长 吴刚:
  高温大斜度分注技术是华北油田引进消化国内成熟分注技术,并结合油田实际进行自主再创新、再提高的成功范例。
  高温大斜度分注技术的创新点集中在四个方面:首创管柱底部支撑锚定方式,从根本上解决了深井分注管柱上下蠕动的问题;创新封隔器结构与胶桶材质,研制出的封隔器承压差由25兆帕提高到35兆帕,耐温由120摄氏度提高到150摄氏度;创新同心配水器水嘴结构与材质,提高了水嘴的防砂、耐温、耐腐蚀性能;完善高效电缆测调工艺,提升了分注井的测调效率和精度。
  高温大斜度分注技术突破了华北油田“精细注水、控制两个递减”的瓶颈,以前难以驱动的砂岩油藏储量将得到有效动用,同时减轻了员工劳动强度。
  操作者说
  华北油田采油一厂技术人员 赵玉洁:
  多年来,华北油田采油一厂的注水井存在“井深、井斜、温度高”等问题,受分注工艺限制,在分注层段上一直停留在一级两段、两级三段的水平,不能实现精细注水。
  通过现场应用,高温大斜度分注技术取得了五个方面的突破。
  一是实现高温大斜度精细分注,在我厂实现井深达到2840米、温度超过120摄氏度、斜度达到56.4度;二是多级多段分注工艺获突破,最高可达六级六段;三是测调周期、测调准确度均有突破,三级三段、四级四段分注井的调配时间由3天到7天降至6个小时左右,分注合格率达到95.31%;四是层间吸水差异改善明显,测试井吸水层数从7层增加到16层,吸水厚度从41.2米增加到58.2米;五是部分油井初见分注效果,42口油井中有19口井见效。
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  高温大斜度分注技术是针对高温井中常规分注封隔器容易出现密封橡胶老化、密封性不严、压缩变形,刚体容易被磨损、腐蚀,洗井阀密封面易受杂质影响等问题,所采取的有针对性的适合深井、高温地层的分注技术。
  新研制的系列封隔器的胶筒、密封件,均采用氢化丁腈橡胶;所有零部件,均采用镍磷镀防腐处理;封隔器的反洗阀,采用线密封及自动回位机构,可解决夹砂及关闭不严的问题;逐级解封封隔器中心管,采用锁块连接,解封力小,有利于安全起出。
  在深度深于3000米、温度高于100摄氏度的情况下,高温分注设备所采用的密封橡胶,其撕裂强度、磨耗性能和耐老化程度综合性能指标均符合要求,可以最高到150摄氏度极限条件不出问题。高温分注设备所采用的材料,同等温度条件下的抗腐蚀和耐磨性,优于其他常规分注设备。分注装备的测试电缆,采用最大拉力为800公斤的新型钢管电缆,仪器最大下深由2500米增至4000米、耐温由120摄氏度增至150摄氏度。