第十四章-聚合物驱油注入和举升工艺

第十四章聚合物驱油注入和举升工艺基础第一节聚合物注入井完井工艺一、概述完井是继钻井、固井之后的一项重要工序，是衔接于钻井与采油之间的关键环节。在油水井长期生产过程中，要确保各种浓度的聚合物溶液段塞能顺利的注入地层中，在油层中被聚合物溶液驱替到油井井底周围的含有聚合物的油气能顺利的流入井中。简言之，就是尽量做到使油层对井底有最大的渗滤面积和最好的出油条件，，给聚合物溶液注入油层和油流入井造成良好的通道。完井的方式有多种，其中应用最为广泛的是射孔完井。聚合物注入井均采用这种完井方式。所谓射孔，是指利用专业的仪器设备将射孔器输送到射孔目的层，射穿封闭产层的套管及水泥环直至地层，构成产层与井筒间的流体流通通道。进入注入井井筒的聚合物溶液就是通过射孔炮眼进入地层从而达到驱油的目的。二、固井质量和注入管柱要求1．固井质量要求在射孔完井之前，要检查固井质量，聚合物注入井固井质量应达到如下要求：（1）用声幅曲线检查固井质量，相对幅度小于40%。（2）用声波变密度检查固井质量，水泥胶结指数（BZ）大于0.8。（3）射孔前清水试压15MPa，30min不降。（4）套管外径140mm，壁厚7.72mm。2．注入管柱要求（1）为保证聚合物溶液注入到油层中有足够的粘度，要求注入管柱对聚合物溶液的剪切速度较低；（2）井下注入管柱要采取防腐措施，避免对聚合物溶液和油层表面造成伤害；（3）因为聚合物溶液的注入压力在相当长的一段时间内要高于注水时注入压力，所以要求井下注入管柱的耐压性能要优于常规的注水管柱；（4）井下注入管柱特别是分层注入管柱，在可能产生节流的地方，一是要注意增加流道，尽量降低其流速，二是注意要光滑平整。三、射孔方式的选择射孔工艺技术目前主要有三种，即电缆输送式射孔、油管输送式射孔和负压射孔，其中电缆输送式射孔又分为有枪身和无枪身两种。聚合物注入井应最大限度地减小聚合物溶液的粘度损失以保证其驱油效果，因此在射孔方式的选择上应充分考虑射孔炮眼对聚合物溶液的自切作用。1．射孔炮眼目前油田应用的射孔弹绝大部分为聚能射孔弹，而聚能射孔弹爆炸以后，产生出高温（2000℃～5000℃）、高压（几个～几万兆帕）的冲击波，使药型罩形成速度达1000m/s的微金属射流，这股高速射流在遇到障碍物时，产生约4103MPa的压力，从而来穿透套管、水泥环及地层岩石，形成一个孔眼。但射流所遇到的障碍物并未消失。套管、水泥环、岩石受到高温、高压射流冲击后变形、破碎和压实，在射孔孔道的周围就会形成一个压实罩，实验室研究认为这一压实破碎层厚约0.64～1.27cm，渗透率为原始渗透率的7%～20%。2．聚合物溶液在炮眼中的剪切降解（1）理论计算公式目前，多采用《聚合物驱油》一石油科学进展24中所推荐的公式来衡量聚合物溶液在多孔介质中受剪切的程度，其表达式为：wepKvnn2413（14-1）式中ep——等效剪切速率，用来衡量聚合物溶液受剪切程度，1s；n一一聚合物溶液的幕律指数；v一一流速，m/s；wK一一岩石渗透率，μm2；——岩石孔隙度。从公式（14－1）中可以看出，n和wK、分别属于聚合物溶液和岩层的固有值，要减小溶液的受剪切程度就必须最大限度地降低U值，即面积流速，它等于单位时间内注入量（sm/3）与过流面积（2m）之比。显而易见，注入过程中配注量是一定的，这就要求我们增大聚合物溶液的过流面积—射孔孔眼的内表面积和孔眼数，即射孔完井工艺要求是大孔径、大孔深和大孔密。（2）矿场试验结果聚合物试验区内的有关试验结果表明，射孔炮眼是聚合物溶液发生剪切降粘最严重的部位，其粘度损失约占整个注入过程粘度损失的60%。因此，采用大孔径、大孔深、大孔密的射孔方式完井是注聚合物井必须采取的技术措施。根据这一需要，目前油田上广泛采用电缆输送式有枪身射孔方式进行注聚合物井的完井作业。四、有枪身射孔工艺按照射孔施工工艺的不同，可把有枪身射孔分为有枪身油管射孔和有枪身套管射孔。根射孔器外径尺寸分类，可把有枪身射孔划分为：YD-73枪射孔，YD-89枪射孔，YD-I02枪射孔、YD-127枪射孔和FG51枪过油管射孔等。由于有枪身过油管射孔受到油管内径及枪身卡径的限制，与射孔枪配套的射孔弹无法向高孔密、深穿透、大孔径方向发展，且射孔施工需要在地面配备一套较复杂的防喷装置，不适用于油田长井段、多层位射孔开发的特点，所以未被采用，而有枪身套管射孔以其枪身种类多、适应性强，可实现高孔密、深穿透、大孔径被广泛采用。1．工艺技术原理射孔前先用油管探人工井底，再用等于井筒容积二倍的清水替出钻井液，并清洗井筒，使进出口水相对密度达到1.0（如有特殊要求时，再替入其它压井液或射孔完井液）。然后起出井内油管等待射孔。射孔时采用硬连接方式将射孔器、定位器和电缆联成一串，分次用地面仪器设备输送到射孔目的层，采用定位射孔的方法确定每次射孔深度后，用专用的安全雷管起爆器引爆射孔器，在套管内完成射孔。当最后一次射孔完成时，将油管下人完成深度，装采油树，等待交井。在进行有枪身套管射孔时应根据套管尺寸合理选择射孔枪，尽可能减小枪身与套管的间隙，一般选择范围见表8-1。表14-1射孔枪外径选择表套管尺寸，mm89（31/2”）102（4”）127（5”）140（51/2”）178（7”）245（95/8”）枪身外径，mm51～6060～7373～8989～102102～127127～178有枪身射孔一次下井枪身长度最长为9m，最短为1m，一般情况下为2～4m。完成一口射孔井需要多次下井，对于高压地层的射孔，将不易有效地控制井喷，射孔过程中如遇井涌、井喷时，需迅速拆除射孔装置，抢下油管进行循环压井。2.技术特点有枪身套管射孔具有如下几方面的技术特点：（1）可根据套管尺寸和地质要求，选择射孔器类型，满足工程和地质需要（参见表14-2、表14一3）。表14-2射孔枪穿透性数据YD-I022031308.712.3198.416.80.99YD-89162451510231513.30.87YD-731016204.19.2154.89.20.91枪型混凝土靶贝雷靶CFE孔密孔/m装药量m穿深mm孔径mm穿深mm孔径mm表14-3射孔工程应用数据枪型产率比总表皮系数YD-I020.8-0.851-1.5YD-89o.8-0.851-1.5YD-730.3-0.3510左右（2）可实现高孔密、多相位、大孔径、深穿透的射孔方式，降低聚合物溶液的粘度损失，可穿透地层污染带，提高射孔流动效率。（3）可根据区域压力分布情况，选择与地层II配伍的射孔完井液，可有效地预防射孔井喷和地层污染。（4）枪身、仪器采用硬连接，使用安全雷管和变频起爆装置，连接方便，安全可靠。（5）射孔时的冲击能量大部分被枪身吸收，有利于对套管、水泥环的保护。（6）射孔弹爆炸后的碎片存留在射孔枪内，可减轻对井筒的污染。第二节聚合物驱注入工艺一、笼统注入工艺聚合物驱大部分采用笼统注入管柱。笼统注入工艺主要考虑如何防止聚合物溶液降解。所有聚合物溶液都是在流速非常高的情况下发生降解的，但是水解聚丙烯酰胺在正常操条件下也很敏感，尤其是在盐水的含量或硬度很高的情况下更是如此，其中对高价阳离子为敏感，因为这些阴离子化的分子其离子的偶合相对来说是很脆弱的，此外，伸展应力同剪切应力一样对聚合物溶液具有破坏性，而这二者通常又是伴生的。因此，在注入井管柱中采用光油管可防止铁离子（可发生络合反应而导致降解）和节流现象的发生。故笼统注入管柱使用了光油管，其基本结构为：油管十喇叭口（如图8－1）。一般使用封隔器，型号多为752-6Ⅱ。完井深度为射孔顶界以上5～10m。为防止二价铁离子对聚合物产生的化学降解作用，油管须用内外壁涂料管或化学镀镍管，其主要技术要求：涂料选用环氧酸醛涂料。序号检验项目达到要求标准编号1漆膜厚度4.0μm2漆膜硬度7.5GB1730-793冲击强度4.0jGB1732-794漆膜柔韧性5mmGB1731-795漆膜耐沸水10h6漆膜附着力2～3级GB1720-201镀层成分7％～11％P89％～93％Ni2硬度480～550HV3延展性过弯曲不折断4强度700MPa5结合力400MPa二、分层注入工艺随着三次采油技术的发展，聚合物驱油已由单层注采向双层注采和多层注采方向发展，但在双层驱和多层驱的情况下，笼统注入由于油层非均质和高粘度聚合物的双重作用，聚合物溶液主要进入高渗透层，中低渗透层波及程度低，致使层间矛盾更加突出，驱油效果差，聚合物驱的开发效果受到一定影响。采用分注工艺，首先要认清聚合物属非牛顿液体，它具有很强的能变性，很容易在节流部位发生降解。因此，目前油田广泛应用的分层配水工艺都不适应配注聚合物的要求，而采用间歇式的分注方式，将会使聚合物在地层中产生“滞留”，影响地层的吸入能力。从聚合物试验区矿场资料来看，采用笼统方式注入导致注入井各层吸入量及采出井产出剖面很不均衡，达不到理想的驱替效果。图14-1笼统注入管柱1一封隔器；2一油管；3一喇叭口；4一套管表8-5主要技术指标14-4主要技术指标表8-5主要技术指标14-5主要技术指标表8-5主要技术指标图14－2双层分注完井管柱（一）工艺管柱及其工作原理工艺管柱的基本结构见图14－2。整套管柱主要由两部分组成：一是可钻式丢手部分；二是插入部分。可钻式丢手部分由上、下可钻式封隔器、延伸工作筒组成，主要作用是与内外插入密封套使用实现双层分隔及封墙射孔井段以上环形空间，防止铁离子对聚合物产生降解作用。插入管柱部分内管由向Φ50mm内外表面涂料油管、洗井滑套开关、伸缩器、定位器、内插封段等组成；外管由Φ89mm内表面涂料油管及外插入密封段组成。这样既解决了笼统注的层间干扰问题，又可防止聚合物流经水嘴时的剪切降解和铁离子的伤害，不仅提高了注入质量，同时该工艺可实现单井分压、分量、分层注入及洗井，分层注入量可在地面控制，计量简便、直观、准确，又减小了测试工作的劳动强度。（二）工艺管柱的配套工具及规范聚合物驱双层分注管柱由上、下封隔器、配套座封工具、洗井滑套开关、内外插入密封段等十四种配套工具组成（见表8-6）。表14－6聚合物驱双层分注管柱配套工具及规范序号名称最大外径mm内通径mm长度mm连接扣型用途备注1Y443-114（Ⅲ）a封隔器Φ114Φ76890特方80×4-左保护套管上：特方74×4-左下：M105×2上：2⅞TBG80×4-左下：特方74×4-左4伸缩加力器Φ114Φ407802⅞TBG已定型上：特897×380×4-左下：特方74×4-左6内插入密封段Φ68690TBG实现内管与下封隔器的插入密封已定型7外插入密封段Φ114Φ764804TBG实现外管与上封隔器的插入密封8延伸工作筒Φ114Φ681500M105×2延伸下封隔器密封面已定型9滑套Φ74Φ44780TBG用于上层正、反循环洗井10新型移位器Φ46Φ3005/8抽油杆扣用于开关滑套11振荡器和加重杆Φ38M80×1.5与移位器配合进行开关滑套常用12伸缩器Φ74Φ40820TBG用于调配管柱13定位器Φ74Φ40300TBG锚定内管，并使之处于居中状态14钻铣工具Φ118Φ4021802⅞内平钻杆扣用于钻铣封隔器已定型坐封封隔器5电缆座封工具Φ402450上：Φ97下：Φ114890分隔地层3Y443-114（Ⅱ）座封器Φ114Φ401570坐封封隔器2Y443-114（Ⅲ）b封隔器Φ114Φ68832832832832（三）工艺管柱主要配套工具的结构及工作原理井下工具包括：上、下可钻式封隔器，内、外插入密封段，洗井滑套开关、伸缩器、定位器、延伸工作筒等。地面配套工具包括：封隔器座封工具、移位器、振荡器、钻井工具等。1．上、下可钻式封隔器和座封工具的结构及工作原理（1）上、下可钻式封隔器[Y443－114（Ⅲ）a、b]的结构Y443-114（Ⅲ）a、b封隔器与可钻式封隔器[Y443-114（Ⅱ）]的结构基本相同，都是由限位机构、密封元件、保护件和卡瓦等四部分组成。两者的区别在于：a．为保证上封隔器[Y443