河南油田-厚油层细分开采技术

1、厚油层细分开采技术罗洪友 马宏伟 杨康敏 杨军虎河南油田 河南南阳 473132河南稀油油田厚油层发育、平面多变、非均质严重，随着油田综合含水的不断上升,井下油水关系日趋复杂,油层层内及层间矛盾更加突出,主要潜力已由层间转为层内、由主力油层转为非主力的薄差油层。由于受夹层厚度、夹层分布、韵律、微构造及砂体展布特征影响，造成高含水期开发阶段厚油层内剩余油分布较为复杂，纵向上受地层渗透性差异影响，剩余油在注采状况较差的中、低渗透层段相对富集，潜力层在厚油层内部厚度较薄的流动单元，稳定夹层将厚油层细分为多个独立的流动单元，对流体的流动具有分隔作用，增加了油层的非均质性。在同一小层的每个流动单元内注入

2、、采出状况都存在差异。中、低渗透层启动压力高，注水状况差，能量补充困难，受高渗透层干扰大，采出状况差，动用程度低，剩余油相对富集，这部分潜力是当前挖潜的主要对象。由于受夹层厚度、层段数量等因素的影响，常规工艺技术无法适应目前生产的需要。为了充分挖掘厚油层油田剩余油资源，提高油田的整体开发效果，针对开发需要，开展了厚油层细分开采技术的研究，主要包括大厚层细分注水、大厚层细分卡堵水和大厚层细分改造三个方面。1 细分开采技术原理厚油层细分开采技术以研究井下管柱机械定位技术为前提，综合研究配套大厚层细分注水技术、大厚层细分卡堵水技术和大厚层细分改造技术。对于细分注水,首先采用井下管柱定位技术，从工艺上

3、保证措施管柱在井下准确定位和在薄夹层卡封段上准确卡封。然后采用液力投捞测试调配分层注入水量，解决投捞测试难问题，实现多层细分注水。对于细分卡堵水，采用液压原理实施井下封堵工具的验封和坐封，多级多段封堵管柱实施逐级解封，实现细分卡堵水。对于细分酸化改造，采用皮碗封隔器、细分开关器等工具，组配成细分酸化管柱,对厚油层内中低渗透段进行细分酸化处理；对于地层割缝改造采用淹没式液力磨料切割原理，对油水井套管和油层深部实施割缝改造，使地应力重新分布，提高井筒附近地层渗透率，实现对大厚层内中低渗透层段的细分改造。1.1 大厚层细分注水技术 技术组成：大厚层细分注水技术包括液力投捞细分注水管柱和细分注水测试工

4、艺技术。液力投捞细分注水管柱主要由缓冲器、封隔配水器（包括配水封隔器、配水器芯子）、注水封隔器、挡球连通器、内收型机械定位器、活动单流阀、井口捕捞器、防喷管汇等组成（见图1）。 技术原理：通过注水井机械定位技术，将封隔器准确卡封在薄夹层上，具有层间封隔和分层配水双重功能的两级封隔配水器，可直接与封隔器连接组配细分分注管柱，两级配水器芯子可将注入水分配到5个层段，采用液力投捞方式，结合应用电子流量计，一次投捞调配5层水咀并测试5层分层水量，实现厚油层细分注水。 工艺流程： 配下管柱、定位：根据施工设计要求，按图1所示管柱示意图配下管柱，通过内收型机械定位器寻找标准套管接箍，确定管柱下入准确位置。

5、 反洗井：管柱下井后,不投配水器芯子之前,首先反洗井,直至水质达到洗井要求。 坐封封隔器和配水封隔器：将下级和上级配水器芯子分别从井口投入油管内,依靠自重和注入水流投送;分别坐到下级和上级配水封隔器上后,压力升高到12MPa以上,坐封封隔器和配水封隔器，同时使内收型机械定位器内收；稳压30min以上,并图1 细分注水管柱示意图打开底部注水层对应的连通阀。 调配水嘴及分层测试、验封：通过反洗井,将上下两级配水器芯子分别冲出,井口捕捉。在捕捉上级配水器芯子后，取出上级配水器芯子，将捕捞器调整好，再开大洗井水量，捕捉下级配水器芯子。配水器芯子取出后，将五支小直径流量计放入两级配水器芯子内,然后把两级

6、配水器芯子投入井内,分别坐到封隔配水器上,注入水通过五个水嘴对五个地层注水,同时五支流量计测试对应层的水量。采用降压法控制压力点，各点稳压5min,测试不同压力下的分层水量。取出配水器芯子，通过判断注水通道上开关活塞开启状况，判断封隔器及配水器芯子是否密封,开关活塞开启表示密封，否则表示配水器芯子与配水封隔器不密封，水量测试数据不可靠。 重新调配、测试：反冲出配水芯子,分析测试结果是否达到配注要求,不合适时调换水嘴,重复上述测试步骤,直到合格。 分注：测试合格,按选定水嘴装入上下两级配水器芯子,依次投入井内,判断到位后即可进行分注。 反洗井：反洗井时,首先把两级配水器芯子冲出,地面捕捉,按洗井

7、要求进行反洗井,水质合格为止。检查配水器芯子,重新把两级配水器芯子投入、转注。 定期测试：反冲出芯子,将流量计装入配水器芯子,把芯子投入井内,按测试步骤进行分层测试,测试合格后改正常注水。 起管柱：上提管柱解封封隔配水器和封隔器,起出井下管柱。 技术特点： 设计了两级封隔配水器组配的细分注水管柱，使封隔器与配水器相互之间间距不受限制，任意级封隔器和封隔配水器之间可以直接连接组配细分注水管柱,耐压差25MPa，最小卡封距1.8m，解决了多个薄夹层和薄注入层注水井细分难题。 设计了扩张式反冲皮碗提升机构，解决两级配水器芯子在变径管柱内液力投捞 “瓶径”问题，一次液力投捞两级配水器芯子和5支电子流量

8、计，可同时调配5层水咀和测试5层水量，测试时能够验封，能够判断分层密封性能和测试结果准确性，解决了多个薄夹层和薄注入层注水井细分注水投捞测试难题。 收缩型管柱机械定位器的研制，解决了细分注水管柱的准确卡封问题，同时提高了定位器长期使用可靠性。1.2 大厚层细分卡堵水技术 技术组成：大厚层细分卡堵水技术的井下管柱主要由丢手接头、Y441封隔器、Y341封隔器、管底开关及内收型机械定位器等组成（见图2）。 技术原理：采用井下管柱机械定位技术，实现多级多段卡堵水管柱细分卡堵水。采用液压坐封原理满足多级封隔器无级压缩，采用双向锚定方式和丢手堵水管柱，延长封堵寿命，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，解决多级多段卡堵水管柱逐级解封问题。 工艺流程： 配下管柱：按图2所示管柱结构配下井管柱,并准确丈量油管长度及各配套工具之间的距离。 管柱定位：管柱下井后,首先通过内收型机械定位器找离油层最近的标准短套管,完成对管柱的校深。然后上提或下放管柱使封隔器准确卡在设计位置，完成管柱定位过程。 管柱坐封与验封：首先从油管内打坐封压力8MPa,稳压3min,继续升压至12MPa,并稳压3min,再继续升压至16MPa,并稳压3min,随后停泵卸压,完成封隔器坐封过程。再向油管內打压18MPa,通过观察地面压力的变化情况验证各级封隔器的密封性。 管柱丢手：坐封验封完后,将丢手接头芯子连接在抽

10、油杆上,投入油管内,借助抽油杆的撞击力,实现管柱丢手。 起丢手施工管柱：当完成丢手作业后,缓慢上提管柱,注意观察管柱负荷的变化,当管柱负荷未发生变化时,完成丢手动作,起出丢手施工管柱,随后下生产管柱生产。 管柱的逐级解封：当生产一段时间后,需要进行调层或换封时,起出生产管柱,向井中下入打捞管柱,当管柱下到预定位置时,各级封隔器借助打捞管柱的自重下放管柱,首先剪断最上一级封隔器的解封销钉,然后上提管柱完成最上级封隔器的解封,如此继续下放上提动作,完成各级封隔器的解封,最终安全起出井下管柱。 技术特点： 井下管柱机械定位技术定位精度高,在井深2500m的情况下定位误差仅为0.15m，使封隔器在坐封

11、段仅0.69米上（夹层1.1m）准确坐封，且操作简单、安全可靠、费用低, 解决了堵水管柱无法对多个薄夹层段实施分层封堵难题。 在Y341封隔器上设计有逐级解封机构，在堵 器 器阀器堵器器 Y441封隔器上设计了双向卡瓦锚定结构和分步解卡结采构，使堵水管柱解封负荷仅有20kN，解决了同类封隔器多级使用锚定不可靠和解封难的问题。 在Y341封隔器上设计了胶筒皮碗组合式验封机构，各级封隔器能自行验封，解决了原同类封隔采器多级使用验封判断难的问题，提高了密封可靠性。2.3 大厚层细分酸化技术图2 细分卡堵水管柱示意图 技术组成：大厚层细分酸化技术主要由气举凡尔、水力锚、多级X344皮碗封隔器、细分开关

12、器、定位器、球座等组成（见图3）。 技术原理：通过机械定位技术使多级皮碗封隔器坐封于薄夹层处,实现酸化时的细分卡封;X344皮碗封隔器、细分开关器等工具组配成油层细分酸化管柱,实现了对厚油层内中低渗透段进行细分酸化处理。 工艺流程： 座封定位:座封定位方法是通过寻找井下定位接箍来实现校证井下管柱的实际下深数据,然后再定位校对HNX344 -115皮碗封隔器的座封位置,使HNX344-115皮碗封隔器座封于厚层内的薄夹层处,实现细分卡封。 验封:进行验封时,KKG-115细分开关器处于关闭状态,当向工艺管柱注入液体时,HNX344-115皮碗封隔器座封。当下皮碗封隔器不密封时,工艺管柱内的液体流

13、入下层。故从地面的注入流量及管柱的稳压情况可判定HNX344-115皮碗封隔器的密封性。 洗井、替酸:当向管柱投入钢球以前,管柱底部球座处于畅通状态,油套是连通的,HNX344-115皮碗封隔器处于解封状态,此时可进行正、反洗井,替酸等工艺流程。 挤酸及酸化下层段：替酸完毕后向管柱内投入钢球。当钢球落入球座后,向管柱挤入酸液, 当酸化下层段时,上层KKG-115细分开关器处于关闭状态,这时KKG-115细分开关器定压打开,使油套之间存在一定的压差,与此同时HNX344 -115皮碗封隔器同时座封,将处理层段与非处理层段分隔开。此时可进行挤酸过程。 酸化上层段:当下层段酸化完毕后,向管柱内投入钢

14、球,使钢球座入上层KKG-115细分开关器内的滑套上,然后向管柱内挤液,打开上层KKG-115细分开关器,同时封堵下层,此时可对上层进行酸化施工。 解封、排酸:当挤酸完毕后,HNX344-115皮碗封隔器的弹簧弹力推动锥体复位,HNX344-115皮碗封隔器解封。此时可进行排酸。 反洗井、放大注水:当酸化完毕后,反洗井两周。然后向管柱底部投入钢球对酸化层进行放大注水,观察酸化效果。 技术特点： 研制的地面定位仪和酸化用井下管柱定位装置,可确保封隔器在0.8米以上的坐封段坐封,解决了对厚层内中、低渗透层卡封的问题，实现了对厚层内中低渗透层段进行酸化处理。 研制了皮碗封隔器和细分开关器,实现不动管

15、柱多层分别酸化，同时具有验封功能,保证作业质量, 减少了施工工作量，提高酸化效果。2.4水力喷砂割缝改造技术 技术组成：水力喷砂割缝技术主要由井下割缝管柱、地面监测系统、循环水过滤系统及配套施工车组等组成（见图4）。 技术原理：利用井下管柱机械定位技术，使割缝工具的喷嘴对准设计位置。割缝施工时，喷枪以设定速度自动向下移动，高压磨料液从喷枪喷嘴内喷出，切割套管以及地层岩石，并沿井轴方向割出两条对称的纺锤体长缝。当一对缝完成后，施工压力卸为零，喷枪自动复位，上提管柱重新调整喷枪位置，完成多对缝的割缝施工。 工艺流程： 用刮削器刮削套管，并冲砂至人工井底； 下割缝管柱，机械定位至设计位置； 连接施工

16、管汇，清水正洗油管至井口见清水； 投25mm钢球，同时控制压力3MPa以内预加砂15min20min后，提高泵压至施工压力，连续工作完成第一对割缝； 降低泵压至1MPa以内，保持液体油套循环，上提管柱使喷枪位于第二对缝位置，进行割缝施工； 技术特点： 采用淹没式液力磨料割缝技术对地层进行细分改造, 对地层割缝深度达到1.1m,穿透能力强,提高了油层近井地带导流能力。 设计的割缝工具可带2对高耐磨喷嘴，通过转向技术实现不动管柱分层施工，一趟管柱割缝多达16对，解决了国外同类技术只能带一对喷嘴割4对缝的问题，施工效率成倍提高。2 技术指标 大厚层细分注水技术：工作压差：26Mpa；工作温度：120

17、； 最小卡封段：0.89m； 最小卡封距：1.8m；液力投捞分注层数：5层；适应套管内径：121124mm。 大厚层细分卡堵水技术：工作压差：25Mpa；工作温度：120； 封隔器级数：2；解封负荷：20KN；最小卡封段：0.69m；适应套管内径：121124mm。 大厚层细分酸化技术：工作压力: 30Mpa；工作温度：120；座封定位器误差: <0.15mm；一趟管柱酸化层数：3层；适应套管内径：121124mm。 水力喷砂割缝技术：工具耐压：70Mpa；工作温度：120；一对缝割缝时间：3040min； 一趟管柱可割缝对数：16对(32条)；最大缝长：200mm；最大缝深：1100m

18、m（地面标准水泥靶试验数据）；适应范围：229mm、178mm、124mm套管的油水井层内改造。3 现场实施效果厚油层细分开采技术在河南稀油油田推广应用589井次，现场应用包括大厚层细分注水、大厚层细分卡堵水、大厚层细分酸化和水力喷砂割缝技术。统计阶段试验应用效果，累计增油26.9×104t，累计降水量125.5×104 m3，累计增注水量253.9×104 m3，累计控制无效注水量60.73×104 m3，减少作业230井次，减少磁定位测试378井次。并在双河油田北块1-3层系413以南区块、南块、油组等五个区块整体实施，综合应用细分开采新技术进行厚油层综合治理和挖潜，试验区块累计增加可采储量94.6×104t，取得了显著效果。通过现场试验和推广应用证明：井下管柱机械定位技术定位误差不超过0.15m；细分注水封隔器最小坐封段仅有0.89m，封隔器最小跨距