预节流防刺配水器的研制与应用

预节流防刺配水器的研制与应用

0预节器研制背景随着老油田开发程度的提高，分层开采给井层带来了日益增长的趋势。层间注水压差较大、采用常规配水工艺无法进行调配的注水井(以下称为大压差井)逐年增多。目前,在同一注水压力系统下的大压差分注井中,高渗层控制注水只能靠减小配水器的水嘴来实现,但小水嘴在注水过程中堵塞或刺坏现象较为严重,进而导致注不进或高渗层超注,大大增加了后期检管及投捞作业工作量。同时,配水器出水口刺坏后,防腐、防垢性能下降,严重影响了管柱的防返吐性能。目前,胜利油田该类井的层段合格率平均仅为48%,远低于胜利油田分注井的平均层段合格率,造成大量注入水的无效循环。为了更好地解决大压差分注井中存在的问题,同时适应目前胜利油田主要的投捞测调工艺,需要对现有空心配水器进行技术改造。为此,研制了YJLP-112预节流防刺配水器,该配水器解决了层间压差不够导致的欠注超注严重问题。通过设计多级节流方式和防刺组合活塞结构,使配水器在获得大节流压差的同时,还有效避免了水嘴刺坏或堵塞以及配水器出水口刺坏,进而延长了配水器的调配周期和有效使用寿命。1技术分析1.1中心管结构设计YJLP-112预节流防刺配水器结构如图1所示,主要由上接头、中心管、防返吐弹簧、防刺组合结构、密封环、节流管预节流结构及下接头组成。其中,中心管设计成分体式,由上中心管和下中心管组成;防刺组合结构由控制活塞和密封活塞组合而成;节流管预节流部分则主要由安装在中心管外侧的节流管及上、下连接器组成。1.2工作原则1.2.1管柱内水岸带水岸管柱设计中需根据节流压差设计好配水器类型(节流管的直径和圈数)及需携带的水嘴。当配水器下井时,只需将配水器连接至油层附近管柱位置。当管柱中采用扩张封隔器时,配水器可直接携带所需水嘴,注水即可完成封隔器坐封。当与压缩封隔器配合时,仍需投捞死心子配合压缩封隔器坐封。1.2.2能降低保持过水口刺的需要(1)防刺。开始注水时,注入水通过上中心管的出水孔传压,控制活塞两端产生压力差,在这一较小的油套压差作用下,控制活塞带动密封活塞一起压缩弹簧上行,使密封件过密封面,预先打开由控制活塞和上连接器之间的注水通道,避免了高速注入水直接冲击密封件和控制活塞,从而防止出水口刺坏,而且随着内压的升高,注水通道打开也越大,越有利于防刺。(2)节流降压。该配水器的节流降压主要分3级完成。其中1级为注水通道预先开启的节流压差;2级是配水心子水嘴产生的局部节流压差;3级是由缠绕节流管产生的沿程节流压差。在注水通道预先打开后,注入水通过带水嘴的配水心子进行局部节流降压,然后依次通过下中心管的出水孔、下连接器的导流通道,再经过节流管进行沿程节流降压后,经上连接件的导流通道从预先打开的出水通道注入地层。这样在采用较大直径的水嘴和节流管增加调控压差的同时,还有效避免了之前小直径水嘴由于悬浮物堆积或结垢产生的堵塞。预节流配水器的节流效果主要取决于水嘴的大小及节流管的直径与圈数。1.2.3控制基本弹簧当注水井由于各种原因停注时,作用在控制活塞两端的油套压差瞬间消失,控制活塞与密封活塞一起在防返吐弹簧的恢复力作用下下行,关闭注水通道,从而有效防止油套环空内污物、地层砂或聚合物等返吐到配水器中造成出水口堵塞。1.3水敞口充注量20100ml下入井深:≤3000m;耐压:≤35MPa;节流压差:30~100m3/d配注量下可满足5~12MPa(携带Ø2.0mm以上水嘴);分注层数:2~4。1.4配水器的技术特点YJLP-112预节流防刺配水器能够增加分注井中高渗层的调控压差,有效防刺,提高分注井的层段合格率和调配成功率,延长管柱的井下使用寿命。该配水器的主要技术特点如下。(1)设计有3级节流结构,通过不同节流结构的有效组合,扩大了可调控注水压差范围。(2)较低压力下注水通道可预先开启防刺结构,有效防止注水口刺坏。(3)防刺结构同时也是防返吐结构,在停注时可以有效地防止污物返吐至配水器或油管而造成堵塞。2预节流配水器的试验为了验证YJLP-112预节流防刺配水器的密封承压、开启压差和投捞载荷,在室内共进行了5组抽检试验,同时也对该预节流配水器的节流压差性能进行了试验。2.1性能试验22.1.1流管接头内压,压压法设置节流器本体螺纹接头密封通过定制工装,将控制活塞和上连接器固定;从配水器上接头内加压至35MPa,保压5min均无渗漏或刺漏,说明节流管连接处及配水器本体螺纹连接处密封性较好。2.1.2配水器出水压力将工具密封试验中的工装去掉,换精密压力表,从配水器上接头缓慢加内压,观察配水器出水时的压力,测得开启压力值,见表1。由表可知平均开启压力为1.14MPa。2.1.3打产品测试结果将准备好的配水心子投送至预节流配水器并加压到位后,用打捞工具与拉力计进行测试,测试结果见表1,由表可知平均投捞力为212.2N,满足设计与现场投捞要求。2.2试验数据分析为了验证预节流防刺配水器在不同流量下的节流压差特性,设计了如图2所示的自动采集试验系统。该系统利用工控机采集配水器前、后的压力和流量信号,实时获取不同流量下配水器入口及出口处的压力、流量数据,并对这些数据进行回归分析和方程拟合,获得预节流防刺配水器的压差-流量调节特性曲线。试验中主要对不同圈数节流管的预节流防刺配水器本体、预节流配水器与不同尺寸水嘴(Ø2.0mm以上水嘴)组合配置时的压差-流量调节特性进行了测试。通过对试验数据实时录取、回归分析与方程拟合,得出预节流配水器在不同流量与不同水嘴组合时的压差-流量调节曲线,部分试验结果如图3和图4所示。从试验数据可以得出:(1)对于节流管为Ⅲ圈的预节流配水器,在携带Ø2.0mm水嘴且流量为30m3/d的情况下,该配水器的最大节流压差可达4.85MPa,比单靠水嘴节流的节流压差提高了35%,随着流量的增加,压差增加幅度加大。(2)带水嘴的YJLP-112配水器总体节流压差近似等于本体节流压差与水嘴在该流量下的节流压差之和,为现场调配提供了充分的依据。(3)通过增加节流管的圈数,可获得较大节流压差。虽然增加节流管后压差的增加随流量的变化有所不同,但当流量大于30m3/d时,节流管每增加1圈可控节流压差都在1.0MPa以上。通过室内试验可知,YJLP-112预节流防刺配水器的耐压密封性、预开启压差、投捞力以及节流压差等各项指标均符合设计要求。3yjlp-122-400预病井YJLP-112预节流防刺配水器自2012年7月研制成功后,截至目前已在胜利油田各采油厂的8口大压差分层注水井中进行现场应用,一次性施工成功率100%;层段合格率从实施前的50.0%提升到87.5%(导致不合格层的主要原因是低渗层物性差或配水间泵压低);目前最早实施的井已有效工作15个月,且仍然有效。现场应用结果表明,该预节流防刺配水器具有节流压差调节范围大、防刺性能好、可防返吐且配水有效期长等特点。2012年8月,在DB10N8大压差分注井中应用了YJLP-112-402预节流防刺配水器。该井泵压26MPa,油压21MPa;地质要求配注80m3/d,其中上层配注30m3/d,下层配注50m3/d;从前期实际注水情况看,全井总注入量控制在85m3/d,但上层为强吸水层,吸水比例占80%,2层均不合格。从注水分层指示曲线可知,2层均达到配注水的层间注水压差4.5MPa,选型时充分考虑后期的可调配性,采用了YJLP-112-402(节流管4圈)+2-Ø3.0mm水嘴,下层采用常规配水器(放大注水)重新完井。该井2013年5月测试,在泵压26MPa、油压23MPa的情况下2层均注水合格,大大增加了该井的有效注水量,延长了配水器的调配周期。2013年5月,在SHS69-5井应用了YJLP-112-403预节流防刺配水器。该井为1级2段,泵压28MPa,油压15MPa;地质要求配注60m3/d,其中上层配注30m3/d,下层配注30m3/d;但从注水分层指示曲线可知,2层均达到配注水的层间注水压差7.5MPa,下层为强吸水层,选型时充分考虑后期的可调配性,采用了YJLP-112-403(节流管5圈)+2-Ø2.6mm水嘴,上层采用常规配水器(放大注水)重新完井。该井2013年9月测试,在泵压28MPa、油压18MPa的情况下2层均注水合格、有效。4性能试验结果(1)YJLP-112预节流防刺配水器在空