影响油井隔水采油效果的因素分析

影响油井隔水采油效果的因素分析

近年来，旧田的持续稳定和对井运行质量的影响逐渐增加，已成为制约老田稳定和影响矿山运行质量的难题之一。隔水采油工艺因施工简单,成本低,已成为套损井开采最经济有效的手段。封隔器是实现隔水采油的主要工具,它的主要元件是胶皮筒,通过水力或机械作用,使胶皮筒在套管内环形空间鼓胀,把油层与出水层分开,达到隔水采油的目的。目前所用隔水采油工艺主要是生产管柱直接接封隔器的常规隔采工艺,在现场应用中存在封隔器封隔可靠性差、隔采有效期短、检泵时水层倒灌污染油层、在套管状况差的井中不易封隔水层等问题。1原因分析1.1封隔器造成隔采期短长庆油田隔采井平均隔采有效期为150d左右。结合管柱分析及现场统计情况,造成隔采有效期短的主要原因有:a)生产管柱与封隔器直接用螺纹连接,造成在封隔器有效期内,由于检泵而起出封隔器,封隔器未达到使用寿命,导致隔采有效期短。检泵原因有:①机械式坐封封隔器坐封产生下支点后,管柱弯曲,抽油杆偏磨,杆柱断脱。②生产油管因腐蚀、磨损造成本体穿孔、螺纹漏失。③泵故障。b)封隔器故障,使用寿命短。造成原因有:①油管、泵、封隔器连接在一起,抽油泵在上下冲程过程中,造成管柱蠕动,封隔器胶筒磨损失效或管柱解封失效。②封隔器未设计“防突”保护机构,在下井过程中造成胶筒损伤或坐封过程中胶筒流变密封不严,封隔器失效。③胶筒材质使用丁腈橡胶,不耐H2S、CO2等腐蚀,热容胀性差、易老化失效。1.2密封封隔的可靠性差检泵起出封隔器后水层倒灌腐蚀坐封段,多次反复,套管状况变差,隔采管柱带单封隔器、封隔器采用单一矩形胶筒密封,造成封隔器不易封隔水层。1.3泵检期间，水层将流入污染的油层完井管柱未设计检泵防倒灌装置,检泵后,水层倒灌污染油层,使油井产量下降。2改进措施2.1延长每件的有效期2.1.1检泵完后再下生产管柱与封隔器的对接采用生产管柱与封隔器对接的方式生产,检泵时只起出封隔器以上生产管柱,封隔器留在井中原位置不动,检泵完后再下生产管柱与封隔器对接,开抽即可生产,使封隔器达到使用寿命。具体思路是用坐封管柱将尾管支撑式或卡瓦支撑式封隔器送入井中预定位置,封隔器坐封,采用液压工具或动管柱完成坐封管柱与封隔器丢手,将封隔器留在井中。再下生产管柱,管柱带插管对接插入封隔器上预带的密封管中,开抽生产。2.1.2胶筒受力及其抗压强度a)完井管柱插管对接生产并留出伸缩距离,消除管柱蠕动对胶筒影响。b)完井管柱采用双向卡瓦锚定、水力锚锚定或采用伸缩节消除管柱蠕动对胶筒影响。c)改变管柱解封形式,将提放式改为旋转式、磨铣式、下专用工具解封式,以消除封隔器解封的问题。d)设计防突机构(如图1)。目前使用的封隔器没有设计胶筒“防突”机构,在下井过程中胶筒没有得到有效的保护,更重要的是胶筒在坐封过程中易产生“流变”及“突出”,造成坐封不严。改进方法为增加胶筒“防突”机构,主要用于封隔器坐封时阻止和限制胶筒向油套环形空间“突出”,从而提高和保持胶筒的接触应力,获得良好密封性。处于工作状态的胶筒轴向受力状态如图2,其受力平衡方程为Fm+Ft=Δpπ(R2222-R2112)(1)式中,Fm为胶筒与套管间的摩擦力,N;Ft为胶筒的抗剪切力,N;Δp为胶筒承受的工作压差,Pa;R2为套管内半径,m;R1为胶筒座外半径,m。由式(1)整理得Δp=Fm+Ftπ(R22−R21)Δp=Fm+Ftπ(R22-R12)(2)由式(2)可见,若胶筒与套管壁间的摩擦力Fm增大,胶筒的抗剪切力Ft提高,胶筒座外半径R1增大,则胶筒抗压差能力增强。通过室内试验,可得出的结果如图3所示。结果表明,在相同轴向力作用下,采用“防突”机构保护的胶筒,其摩擦力Fm较无“防突”机构保护的胶筒高1～2倍。封隔器坐封时,一旦胶筒变形与套管壁接触,在外载作用下,“防突“装置就会展开罩住封隔器与套管环隙,阻止胶筒向环隙外“突出”,迫使胶筒各向均匀压缩,产生并保持胶筒较高的接触应力,获得良好的密封,起到了扩大胶筒座外半径R1的作用。e)胶筒材质使用氢化丁腈橡胶(HNBR)。丁腈橡胶(NBR)因其价格低廉,物理机械及耐油性能较好,因而在胶筒材料方面得到了广泛的应用。但是丁腈橡胶分子链中含有碳-碳双键,双键的存在会促进丁晴橡胶的氧化,因而影响它的使用性能。在有硫化氢存在的环境中,双键会与硫化氢发生加成反应,产生交联,降低其物理性能,加之在高温下这种交联更加剧烈,最终会导致橡胶破坏。另据报道,几乎完全氢化了的氢化丁腈橡胶氧化稳定性是丁腈橡胶的1000倍,未加补强剂丁晴橡胶的抗张强度只有3.0～4.5MPa。所以丁腈橡胶的耐氧化、耐热以及耐CO2、耐硫化物等介质的性能都较氢化丁腈橡胶差。因此,封隔器胶筒材料选择了性能优良的氢化丁腈橡胶。2.2胶筒皮碗组合a)为了提高封隔器密封可靠性,封隔器胶筒设计采用压缩式皮碗和矩形胶筒复合密封方式(如图4)。由于皮碗和胶筒组合,封隔器坐封后,胶筒和皮碗同时封隔油套环空,在皮碗和胶筒之间不可避免地留有部分液体,这部分液体会随着施工压力的提高,越来越受到皮碗的向上挤压。由于液体的不可压缩性,在皮碗和胶筒之间形成封闭的压腔,压腔内的液体反作用于皮碗,这种正反向压力作用于皮碗,减小了皮碗承受的压差,从而提高了皮碗的抗高压能力。另外,假如在施工过程中,由于皮碗抗压不足液体渗入皮碗和胶筒环形空间,使环形空间内的液体压力增大,当皮碗上下压差小于皮碗可承受的压差后,皮碗封闭环空,实现自动调节压差。胶筒皮碗这种组合结构通过自动补偿减小压差,加大了组合胶筒的耐压差性能,增大了密封系数。b)为了消除套管腐蚀内径尺寸变化不一致对密封性能的影响,提高管柱封隔可靠性,采用双封隔器多组合密封方式(如图5)。2.3防止水层倒灌污染油层在完井管柱封隔器以下适当位置设计防倒灌装置。检泵时,封隔器以上管柱起出,防倒灌装置留在井下阻止水层倒灌污染油层。防倒灌装置主要有2种形式,单流阀式和开关滑套式,可根据油层特点和井身特点选用不同的方式(如图5)。3采用管柱复合密封组成形式,主要体现1)封隔器设计采用“防突”机构、氢化丁腈橡胶胶筒、压缩式皮碗胶筒与矩形胶