海上油田液控分层注水工艺改进与应用课件.ppt
海上油田液控分注工艺改进与应用,石油工程技术研究院浅海采油工艺研究所2019年3月,海上油田液控分注工艺改进与应用石油工程技术研究院,汇 报 提 纲,一、注水开发现状二、机械分层防砂工艺三、测调一体化分注工艺四、同心双管分注工艺五、下一步计划,汇 报 提 纲一、注水开发现状,注水开发现状,胜利海上包括埕岛和新北两个油田，目前共发现七套含油层系，探明储量4.05108t。,1、海上油藏特点,(1) 主力油藏馆陶组非均质性强、地层出砂，对分层注水工艺的适应性提出了较高的要求。 (2) 目前多采用大斜度定向井开发，平台狭小，作业检修以及后续测试酸化等费用高，对分层注水工艺的可靠性、长效性要求较高； (3) 受海洋环境和平台条件制约，对分层注水工艺的井控安全要求严格。,海上大斜度井,海上生产开发环境,海上注水井测调作业,注水开发现状 胜利海上包括埕岛和新北两个油田，目前共发,注水开发现状,2、应用统计,自2019年8月持续优化改进以来，截至目前，液控分注工艺共应用70井次。最大井斜59.7，最大分层5段，最大下深2401米。采用平衡式工艺管柱20井次，锚定结构管柱10井次，桥塞或井底支撑管柱9井次。其中测调一体化54井次（2019年6月小直径封隔器扩张式结构改为压缩式胶筒结构），同心双管10井次，合注6井次。2019年11月增加环空封隔器，确保井控安全；2019年开始全面防砂，采用机械分层防砂40井次，其中新下36井次，原井防砂4井次。,序号井号完井日期防砂管柱结构封隔器类型注水方式最大井斜(),汇 报 提 纲,一、注水开发现状二、机械分层防砂工艺三、测调一体化分注工艺四、同心双管分注工艺五、下一步计划,汇 报 提 纲一、注水开发现状,机械分层防砂工艺,1.机械防砂管柱结构设计,技术参数：,整体坐封压差：1820MPa 悬挂封丢手压差：2022MPa 整体管柱通径：108mm适应套管尺寸：7in、95/8in,防砂、坐封丢手管柱结构图,套管,机械分层防砂工艺1.机械防砂管柱结构设计油层1油层2油层3悬,机械分层防砂工艺,1.机械防砂管柱结构设计,防砂悬挂封,配水器,配水器,配水器,防砂分层封,防砂分层封,F=P.S,合力向上：以MPa注水压力计算7in套管：F=FS-FX=1.08-0.3=0.78t95/8in套管：F=FS-FX=2.97-0.3=2.47t,防砂注水管柱完井时在底部工具串顶部加导向定位器，要求坐悬挂器时加压57t。建议：95/8in套管进行机械防砂时加一级平衡分层封隔器。,机械分层防砂工艺1.机械防砂管柱结构设计油层一油层三油层二防,机械分层防砂工艺,针对注聚井丢手后悬挂封挂不住的现象，将锚牙长度及牙距增加一倍,增加锚牙与套管壁的接触面积，提高丢手后悬挂封抓壁力。SY=5517.54=3850mm2 SG=11017.54=7700mm2,（1）Y445-150悬挂丢手封隔器改进,2.机械防砂管柱配套工具改进,锚牙机构,油管加压，推动活塞使锥体向下运动，撑开卡瓦，锚定在套管壁上，同时压缩胶筒，锁紧机构锁紧，继续加压，丢手棘爪脱离，实现丢手。上提管柱，封隔器中心管随管柱一起上移，解封剪钉被剪断，封隔件失去压缩力自行恢复原状，中心管拖带锥体上行迫使卡瓦收回。,机械分层防砂工艺 针对注聚井丢手后悬挂封挂不住的现象，,机械分层防砂工艺,原有的悬挂封采用投球密封锥面坐封打压丢手方式：在大斜度井中投球丢手时球到位时间长甚至难以到位；停泵泄压砸开由壬投球 砸紧由壬 等待球到位 试压 打压丢手。 现将丢手坐封方式优化为直接打压坐封，采用活塞面积差结构设计，丢手压力只受油套内外压差控制，丢手压力稳定（2022MPa）。,（1）Y445-150悬挂丢手封隔器改进,2.机械防砂管柱配套工具改进,丢手机构,井身结构示意图,坐封机构,机械分层防砂工艺 原有的悬挂封采用投球密封锥面坐封打压,机械分层防砂工艺,（2）配套研发Y445-210悬挂丢手封隔器,2.机械防砂管柱配套工具改进,（3）Y341-150分层封隔器改进,油管加液压，将坐封剪钉剪断，推动活塞下行，内部锁块让出后，缸套上行压缩胶筒，锁紧机构锁紧，完成座封。上提管柱，封隔器中心管随管柱一起上行，解封剪钉被剪断，锁紧机构失去作用，胶筒失去压缩力自行恢复原状，完成解封。,针对个别井丢手后胶筒密封不严实的情况，改进胶筒形状结构，增加胶筒与套管壁的接触面积，提高密封压差，将密封压力由12MPa提升到20MPa。室内试验坐封压力1518MPa密封压力20MPa，能够满足现场分层注水及个别井完井后单层酸化压力高（18MPa）层间密封需要。,机械分层防砂工艺（2）配套研发Y445-210悬挂丢手封隔器,机械分层防砂工艺,（3）Y341-210分层封隔器改进,2.机械防砂管柱配套工具改进,采用两级胶筒密封组合方式，下级胶筒除增加密封性能外，还起到增加注水过程中承受较大上顶力时管柱向上蠕动时的摩擦力，减少下部解封剪钉单向受力，增强其可靠性。,特殊密封解封结构,机械分层防砂工艺（3）Y341-210分层封隔器改进2.机械,汇 报 提 纲,一、注水开发现状二、机械分层防砂工艺三、测调一体化分注工艺四、同心双管分注工艺五、下一步计划,汇 报 提 纲一、注水开发现状,1、改进优化前工艺管柱,测调一体化分注工艺,（1）不防砂管柱结构组成： 丝堵筛管单流阀可调配水器液控扩张式封隔器穿越水力锚安全阀,不防砂示意图,防砂示意图,（2）防砂管柱结构组成： 丝堵筛管单流阀可调配水器液控扩张式封隔器 导向定位器安全阀,1、改进优化前工艺管柱测调一体化分注工艺（1）不防砂管柱结构,2、改进优化前工艺管柱配套工具,测调一体化分注工艺,（1）穿越水力锚,油管加压，液压力推动锚爪压缩弹簧锚定到套管内壁上，起到固定管柱防止注水压力变化管柱蠕动目的。油管泄压，锚爪在弹簧力作用下退回解卡。,（2）液控扩张式封隔器系列,液控管线打压座封，泄压解封。座封启动压力低（0.50.7MPa）,密封性能好。,2、改进优化前工艺管柱配套工具测调一体化分注工艺（1）穿越水,2、改进优化前工艺管柱配套工具,测调一体化分注工艺,（3）可调配水器,由定位导管、固定水嘴、旋转芯子等组成，同尺寸同内径，无级调配，防返吐设计，下入测调仪控制旋转芯子与固定水嘴的开度控制流量大小。,2、改进优化前工艺管柱配套工具测调一体化分注工艺（3）可调配,2、改进优化前工艺管柱配套工具,测调一体化分注工艺,（4）单流阀,油管加压，由于弹簧的作用，钢球卡死在锥面上，从而起到密封的作用；反洗井时，油套环空液压达到1MPa时顶开钢球，从而达到反洗井的要求。,2、改进优化前工艺管柱配套工具测调一体化分注工艺（4）单流阀,3、应用存在问题,测调一体化分注工艺,（1）油套环空之间没有安全控制保护措施,不防砂、防砂示意图,一旦发生紧急意外情况，液控管线泄压，液控封隔器胶筒缩回，油套环空无法得到有效保护，势必造成海洋生态环境污染及经济巨大损失，不符合海洋石油开采安全规定。,3、应用存在问题测调一体化分注工艺（1）油套环空之间没有安全,3、应用存在问题,测调一体化分注工艺,（2）部分井反洗不同。,洗井不通时堵塞部位有两个：液控封隔器和底球。 底球安装在注水管柱底部，为了满足测吸水剖面的要求，底球上部一般接2根以上油管。底球结构简单，没有旁通通道。在完井作业、注水等过程中，底球上部杂质会不断沉积。当沉积到一定程度时，会导致反洗不通。 不防砂地层出砂砂埋筛管等工具。 胶筒上部砂、泥等沉积或者封隔器未完全解封。 根据室内实验情况，连接1800m管线，无外部压力的情况下，解封时间为16-17个小时,解封慢。,CB11D-2井修井作业,CB26B-6井修井作业,3、应用存在问题测调一体化分注工艺（2）部分井反洗不同。底球,3、应用存在问题,测调一体化分注工艺,（3）个别井液控管线打压不起,防砂，底端通过导向定位器加压一定吨位，支撑在滤砂管上，能够有效的减少工况转换管柱蠕动。 不防砂，正常注水时管柱整体承受向上顶的压力，由于设置了水力锚，注水时管柱向上移动的可能性不大；反洗井时，在封隔器没有完全解封的情况下，管柱整体承受向下拉伸的力，此时水力锚锚牙缩回，管柱会产生大距离伸缩，会导致胶筒破损打不起压。,F=P.S,以MPa洗井压力计算7in套管：FXY=1.57t,3、应用存在问题测调一体化分注工艺（3）个别井液控管线打压不,3、应用存在问题,测调一体化分注工艺,不防砂时，停注或反洗井时，地层吐砂夹带油泥卡死配水器旋转芯子上的弹簧是造成调不动的主要原因。 配水器经长期水流冲蚀，导致水嘴受损，是后期酸化时或需要停注某层时关不严的主要原因。,（4）个别井配水器关不严或调不动,CB12B-4井修井作业,3、应用存在问题测调一体化分注工艺 不防砂时，停注或反,4、改进优化前管柱受力计算,测调一体化分注工艺,不防砂注水,防砂注水,F=P.S,合力向上：以1MPa注水压力计算7in套管：FFS=FS-FX= 0.59-0.3=0.29t FBFS=FS-FX= 1.66-0.3=1.33t95/8in套管：FFS=FS-FX=0.59-0.3=0.29t,防砂注水管柱完井时在底部工具串顶部加导向定位器，要求坐悬挂器时加压57t，基本可以满足受力平衡。7in不防砂注水上顶力大，管柱蠕动大，封隔器失效加快。,4、改进优化前管柱受力计算测调一体化分注工艺不防砂注水防砂注,4、改进优化前管柱受力计算,测调一体化分注工艺,不防砂反洗井,防砂反洗井,F=P.S,合力向下：以1MPa洗井压力计算7in套管：FFS=0.5t FBFS=1.56t 95/8in套管：FFS=0.5t,封隔器胶筒不解封时反洗井，不防砂管柱承受向下拉力较大，管柱蠕动大，封隔器失效加快。,4、改进优化前管柱受力计算测调一体化分注工艺不防砂反洗井防砂,5、改进与优化,测调一体化分注工艺,（1）管柱整体设计,为减小活塞效应并在不增加后期打捞难度的情况下，设计平衡式、非平衡锚定支撑式和二者皆有式符合井控安全的管柱结构。,不防砂管柱结构,防砂管柱结构,5、改进与优化测调一体化分注工艺（1）管柱整体设计 为,5、改进与优化,测调一体化分注工艺,（2）洗井阀组设计,为解决由于底部沉砂而引起的反洗井不通，将底部单流阀+筛管模式改为侧开式反洗阀+沉砂尾管，底部连接油管，便于沉砂。,5、改进与优化测调一体化分注工艺（2）洗井阀组设计 为,5、改进与优化,测调一体化分注工艺,（3）井控安全-环空安全封隔器的研制,洗井机构,坐封机构,解封机构,为满足现海上严格的安全环保要求，设计了环空安全保护器，以实现紧急意外状态下的全方位保护。,坐封机构采用压缩式胶筒结构设计，设置锁紧机构，液控管线泄压胶筒也不缩回； 洗井机构采用液压强制控制开启模式，液控管线泄压后洗井滑套由复位弹簧强制控制关闭，洗井通道大（967.61mm2）,满足海上大排量洗井要求。,5、改进与优化测调一体化分注工艺（3）井控安全-环空安全封隔,5、改进与优化,测调一体化分注工艺,（4）分层保障-封隔器结构设计,针对海上不同套管尺寸下的完井要求，设计了YK344-104、YK344-150、YK344-210三种规格型号的压缩式封隔器。设计坐封控制机构，启动压力8MPa，下入过程中不易坐封，胶筒不会磨损。,其中小直径封隔器采用了双液缸的结构设计，室内实验坐封压力12MPa即可达到21MPa双向密封压力。解决小直径条件下封隔器活塞面积小坐封力过大的问题，防砂注水工艺管柱得到了进一步的完善。,坐封力计算,5、改进与优化测调一体化分注工艺（4）分层保障-封隔器结构设,5、改进与优化,测调一体化分注工艺,（5）注水保障-可调配水器设计,去掉了防反吐弹簧外的护套，从而防止由于泥沙的沉积引起弹簧卡死造成配水器无法开启； 旋转芯子上加入旋转轴承设计，大大减小了调节水嘴时所需的扭矩，减少了后期调不动现象的发生。 增加的限位装置，正调关闭，反调打开，开启关闭状态判断清晰。,5、改进与优化测调一体化分注工艺（5）注水保障-可调配水器设,5、改进与优化,测调一体化分注工艺,（6）材质优化,压缩式封隔器胶筒材质选用氢化丁腈橡胶，理论研究和物理化学试验表明其耐热、耐油、抗老化、抗拉伸、耐磨、耐氧化等性能优良，远超普通丁腈橡胶；全部材质由45#钢改为35CrMo，表面镍磷镀处理，增强防腐性能；配水器水嘴材质由718型改为904L不锈钢，增强抗磨蚀抗冲蚀性，提高使用寿命。,5、改进与优化测调一体化分注工艺（6）材质优化压缩式封隔器胶,汇 报 提 纲,一、注水开发现状二、机械分层防砂工艺三、测调一体化分注工艺四、同心双管分注工艺五、下一步计划,汇 报 提 纲一、注水开发现状,同心双管分注工艺,（1）管柱组成及施工步骤,外管：喇叭口油管锚液控封隔器筛管液控封隔器集成密封工作筒液控封隔器 内管：光杆密插 补偿器 外管：双控安全阀大悬挂器 拆防喷器，装四通 内管：密插 小悬挂器 装井口,1、改进优化前工艺管柱,油管锚,补偿器（内管）,同心双管分注工艺（1）管柱组成及施工步骤 外管：喇叭,同心双管分注工艺,（2）优缺点,1、改进优化前工艺管柱,设计了平衡锚定式组合工艺管柱结构； 4in内径扩张式液控封隔器改为压缩式结构，解决了反洗井等待时间长的困扰； 双控安全阀结构复杂，加工精度达不到图纸设计要求，失效比预计快，同时油套环空井控安全没有保护； 施工作业程序繁琐，共计四趟，下入最后一趟内管时无井控防喷措施。,油管锚,补偿器（内管）,同心双管分注工艺（2）优缺点1、改进优化前工艺管柱 设,同心双管分注工艺,（1）管柱整体设计,简化管柱施工顺序，内外管单独下入；内外环全方位保护结构设计。,2、新型同心双管设计,（2）管柱主要工具组成及施工步骤,防砂外管：丝堵套管 Y341层间封筛管安全接头2级Y341层间封 防砂座封丢手内管：丝堵扩张封节流器补偿器Y445悬挂封 打压坐封丢手，起丢手坐封管柱 双管外管：丝堵27/8in油管筛管 2级小直径液控封隔器导向定位器4in油管集成密封工作筒4in液控封隔器安全封隔器环空安全阀变扣 5in套管大悬挂器 内管：密插23/8in油管密插补偿器油管安全阀小悬挂器 坐封安全封隔器，装井口、液控封隔器打压。,防砂同心双管示意图,液控封隔器（外管）,同心双管分注工艺（1）管柱整体设计 简化管柱施工顺序，内,同心双管分注工艺,3、新型同心双管配套工具设计,（2）环空安全封隔器,由4in和23/8in油管环空打压8、12、15、18MPa，活塞同时挤压胶筒和锚牙，坐封锚定完成后继续打压至压力突降，剪断密封工作筒上座封剪钉，活塞落入密封工作筒底部漏出筛管形成注水，内设锁紧装置，胶筒不缩回，起到油套环空的安全保护控制功能。 上提管柱封隔器解封，胶筒缩回。,锚定机构,过液压机构,坐封、解封机构,（1）防砂配套工具,主要包括7in和95/8in系列悬挂封、分层封。,同心双管分注工艺3、新型同心双管配套工具设计（2）环空安全封,同心双管分注工艺,（3）环空安全阀以及配套密封插头设计,3、新型同心双管配套工具设计,正常工作时，由地面打压，开启注水通道；当出现紧急情况时，由地面泄压，注水通道关闭，防止井喷或溢流等情况的出现。 独立设计采用活塞结构的备用洗井通道，外管洗井的双重保障。外管洗井压力达到18MPa强制打开，洗井结束后由复位弹簧强制关闭。,同心双管分注工艺（3）环空安全阀以及配套密封插头设计3、新型,同心双管分注工艺,（4）集成密封工作筒以及配套密封插头设计,3、新型同心双管配套工具设计,定压阀座、密封工作筒与多级V型盘根组合设计。,进行了30次的密插在密封工作筒的蠕动试验，密插外观良好，均达到了1820MPa密封效果，试验结果达到了设计要求。,同心双管分注工艺（4）集成密封工作筒以及配套密封插头设计3、,同心双管分注工艺,（5）改进汇总,3、新型同心双管设计,密封工作筒密封段长度由现有的2.8m增加到7m，增加上顶力造成的下密插的活动范围，确保管柱长期分层有效； 需作业平台提供15、30、50cm规格的23/8in油管和5in套管短节，足够现场调配使用； 需总机厂整改采油树井口外管液控管线穿越孔； 取消防砂外管下部变扣以下的滑套安接、密封短节、油管锚、精密滤砂管等； 增加防砂管柱平衡封和一级层间封以增强防砂管柱整体受力平衡及长期密封性能； 增加一级小直径封隔器，增强内外管注水或酸化时的密封性能； 建议：为保证完井管柱长期高效运行，在酸化压力越低越好的同时为了保持防砂与完井管柱受力平衡单管酸化时要求另一管注水。,同心双管分注工艺（5）改进汇总3、新型同心双管设计 ,汇 报 提 纲,一、注水开发现状二、机械分层防砂工艺三、测调一体化分注工艺四、同心双管分注工艺五、下一步计划,汇 报 提 纲一、注水开发现状,下一步计划,1.建立防砂管柱以及防砂后的完井管柱模型，计算各种工况下的受力状况，因井而异，设计不同类型的机械防砂和完井管柱结构，在确保管柱安全和寿命的基础上进一步精简管柱结构达到降本增效； 2.根据现场试验及后期效果跟踪，对新型同心双管分注管柱结构进一步优化并完善； 3.材质和防腐新技术追踪，室内试验并进行数据分析，优选符合海上油藏特点的材质。,下一步计划 1.建立防砂管柱以及防砂后的完井管柱模型，,谢 谢！,请批评指正！,谢 谢！请批评指正！,
