液控式可选层分层酸化工艺及配套工具研究

方忻,孙雷

(西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500)

陈守海

(中国石油集团测井有限公司吐哈事业部，新疆 鄯善 838202)



液控式可选层分层酸化工艺及配套工具研究

方忻,孙雷

(西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500)

陈守海

(中国石油集团测井有限公司吐哈事业部，新疆 鄯善 838202)

介绍了一种用于注水井的可选层分层定量注水与酸化工艺技术，该技术仅需在井口控制油管内的压力，即可选择性的对某一注入层段进行酸化,并具备常规分层调配注水功能。同时，为保证顺利实现前述功能，配套开发了一种液控式开关注入阀，利用轨道换向原理实现阀开启、关闭的选择性切换。该技术相对常规分层注水工艺，优势在于在不需要钢丝和电缆配套作业的条件下，可选择性地开启、关闭井下某一注入层的出液阀，实现特定层段的液体注入，满足分层酸化、测吸水注水指数曲线等措施服务。综合该技术原理，具有操作简单、快捷、作业成本低的优势。

液控式；可选层；分层酸化；轨道开关阀

注水井酸化是提高注水井注入能力的常用措施，通过酸化措施，对注水井近井地带进行解堵，提高单井/层注水量，满足油田正常的注水驱油需求。注水井酸化时，采取选择性的单层酸化，可有针对性地提高水井酸化效率[1]。常规注水井分层酸化采用以下2种方式：一种是建立在已实施的分层注水工艺基础上，当需要对某一注入层进行酸化时，通过钢丝作业投捞配水器芯子，封堵不需要酸化的注入层；另外一种则是利用滑套工具的分层注水井，可选择性开、关某一层或多层的滑套，进行分层酸化。因此，上述的分层酸化施工，无论哪一种都需要配套钢丝作业，影响了分层酸化的施工效率，同时增加了人员和设备的服务成本[2]。

另外，近年来一部分注水井实施了预置电缆式自动测调注水工艺，后期可在地面通过预置电缆选择开关注入层，实现分层酸化的目的，但该注水方式施工成本较大，并不利于推广应用[3,4]。针对常规分层酸化工艺存在施工程序复杂和施工时间长等问题，现开发液控式可选层分层酸化工艺，在满足常规分层注水工艺功能的基础上，同时具备分层酸化的功能，在不需要配套钢丝作业投捞操作的情况下，只需在井口通过液压操作，即可选择性开、关井下注入层，实施分层酸化操作。

1 液控式可选层分层酸化系统组成

该管柱包括地面酸化(含液压控制)流程和井下分层注酸管柱2大部分。地面酸化流程主要由注入泵和酸液喂入撬等组成，酸化时注入泵对酸液进行增压注入地层，同时，也可通过注入泵控制油管内的压力变化，选择性开、关井下轨道式开关阀。井下分层注酸管柱主要包括轨道式开关阀，每一个注入层安装一套轨道式开关阀，可根据井口油管内压力的变化，开、关阀门。液控式可选层分层酸化系统组成如图1所示。

2 工作原理

施工时下入液控式可选层分层酸化管柱，如图1所示每层安装一个轨道式开关阀，均属于同一种结构和尺寸，再连接地面酸化流程。通过以下步骤原理完成注水井所有注入层的酸化解堵，具体过程如下：

图1 液控式可选层分层酸化工艺系统组成示意图

1)正常注水过程。下入液控式可选层分层酸化工艺管柱，设定好各层轨道开关阀轨道的初始位置，各层轨道开关换轨次序如表1所示。初始操作时，各层正常注水，每一层的出水阀均处于开启状态，注水井处于正常注水状态。

2)分层酸化过程。当需要对注水井进行分层酸化时，连接地面酸化流程，注入泵改变油管内压力，同时切换井下所有层轨道式开关阀的轨道。如表1所示，在第5、6、7次序时，对应选择性打开某一注入层，其他2个注入层出水阀关闭，此时地面喂入泵启动，流程注入酸液进行酸化。该方式也可以用于各层吸水指示曲线测试，选择性开启某一层出水阀时，通过计量地面注水压力和流量，获得当前层的吸水指示曲线。

3)恢复正常注水过程。继续同时对井下所有轨道式开关阀进行换轨操作，如表1所示，在第1次序时，打开井下所有开关阀的注液阀，进入正常注水状态。同时也可继续切换开关阀轨道，选择性打开某一层或两层的出水阀，对注水层进行选择性注水。

表1 井下轨道式开关阀循环开启顺序表

3 主要配套工具

轨道式开关阀是选择性开、关井下注入层的关键工具，结构主要包括工具本体上的节流出液阀、导向轨道、活塞和销钉组成的换轨机构，其中节流出液阀内部可安装配水芯子，具有注水量调配功能，如图2所示。

图2 轨道式开关阀结构示意图

工作原理采用往复式循环轨道的设计方法[5,6]，通过管内液控方式关闭或开启出液通道。关闭出液阀时，当销钉在长轨道内上死点位置时，套筒上推出液阀并关闭出液口；开启出液阀时，当销钉在短轨道内上死点位置时，套筒不上推出液阀，阀处于开启状态，即可酸化对应的注入层。

图3 轨道式开关阀换轨原理示意图

如图3所示，销钉的运动轨迹由滑槽轨道的设计路线决定，该图列出了工具轨道槽的一部分滑道。在油管不断打压和泄压的过程中，销钉处于轨道槽的不同位置。油管未加压时，轨道式开关阀的变位活塞在复位弹簧的作用下处于原始状态，此时，销钉在滑道轨迹中的位置处于点C区域(蓝色点)。

假定在油管未打压状态条件下,销钉初始位置在C1点，轨道开关阀操作过程原理描述如下：

1)油管内打压，变位活塞压缩弹簧向上滑移，带动销钉在轨道滑槽中由C1移动到点A1区域(红色点)。由于销钉处于A区域时，变位活塞轴向上移到极限位置A1，套筒紧压节流出液阀，轨道式开关阀处于关闭状态，在此状态下，只要油管没有泄压，定压阀始终保持关闭状态；

2)油管泄压，变位活塞和销钉在复位弹簧的作用下，活塞下移，销钉按滑槽设定轨迹移动到C2区域，变位活塞回到原始位置；

3)油管内打压，变位活塞压缩弹簧向上滑移，带动销钉在轨道滑槽中由C2移动到点A2区域，轨道式开关阀仍处于关闭状态。同理，当销钉继续移至A3区域时，仍关闭出液阀；

4)油管泄压，变位活塞和销钉在复位弹簧的作用下，变位活塞下移，销钉按滑槽设定轨迹移动到C4区域，变位活塞回到原始位置；

5)油管内打压，变位活塞压缩弹簧向上滑移，带动销钉在轨道滑槽中由C4移动到点B2区域(绿色点)。由于销钉处于B区域时，变位活塞轴向上移到极限位置B，套筒不能和节流出液阀接触，不能封死定压阀的出水口，轨道式开关阀处于开启状态，即可酸化该注入层或进行正常注水；

6)重复上面的步骤即可完成轨道开关阀的开、关，选择性开、关井下某一层的轨道式开关阀。

4 技术特点

1)可在地面直接通过控制油管内的压力，选择性开关井下注液阀，减少钢丝作业中的人员、设备服务成本，并提高施工效率。

2)在增加分层酸化的功能基础上，继续保持了原注水井正常的分层调配和测试功能，增加了工艺的普适性。后期可通过钢丝作业辅助操作，重新设置井下轨道式开关阀的开启、关闭顺序。

3)工艺可选层分层酸化功能可用于注水井其他措施、测试，如分层调剖、测吸水指数曲线等，操作过程方便。

4)轨道式开关阀可重复使用，并通过优化的轨道结构设计，让工具在换轨过程中，销钉不承受较大的载荷力，只起滑移导向的作用，提高了工具的使用寿命。

5 试验情况

2016年7月，对轨道式开关阀进行了换轨试验，共对3套轨道式开关阀进行了换轨开启、关闭试验，每套工具换轨试验各操作48次，主要参数指标如表2所示。

表2 轨道开关阀试验技术指标

图4是试验过程中轨道开关阀出水阀的出水情况，试验过程中，轨道销钉移至“开”滑到时，出水阀顺利开启。

图4 轨道式开关阀换轨试验效果图

6 结论

1)液控式可选层分层酸化工艺不需常规钢丝作业投捞配合，即可完成分层酸化、调剖和测吸水指数曲线等措施，研究出了一种高效、低成本的可选层分层开、关工艺。

2)液控轨道式开关阀可根据注水井应用需求设计轨道，设置出水阀在油管内压变化时的开、关组合和顺序。多个轨道式开关阀组合使用，即可选择性的开、关某一个或几个注入层的出水阀，满足注水井相关工艺措施的需求。

3)目前液控式可选层分层酸化工艺适用于3层分注的注水井，并在陆地试验井开展试验，验证了可选层分层酸化的可行性。今后可进一步优化管柱工艺和工具，让工艺用于3层以上的分层注水井，提高工艺的适应性。

[1]王洪斌,赵永杰,刘立稳,等.大港油田高含水油层分层酸化工艺研究与应用[J] .钻采工艺,2006,29(5):133～134.

[2] 徐军.注水井分层酸化工艺技术在现河的应用[J].内蒙古石油化工,2013 (1):107～109.

[3] 吕国胜,王天慧,王现锋,等.预置电缆自动测调分注技术研究及应用[J].机械工程师,2016 (7):111～113.

[4] 张凤辉,薛德栋,杨万有,等.电缆永置式井下测调技术研究及应用[J].石油机械,2015, 43(9):79～82.

[5] 孙明,刘殷韬,申兴哲,等.圆周往复式循环轨道的设计方法[J].石油机械,2004,32(12):28～29.

[6] 程心平,郑金中,杨万有,等.简易防砂坐封验封一趟管柱工艺研究及试验[J].石油机械,2013,41(10):86～89.

[编辑] 洪云飞

2016-05-28

国家科技重大专项(2011ZX05030-005-06)。

方忻(1987-)，男，助理工程师，硕士生，现主要从事采油工艺和井下工具开发方面的研究工作；E-mail：fangxin2@cnooc.com.cn。

TE934.3

A

1673-1409(2016)25-0071-04

[引著格式]方忻,孙雷，陈守海.液控式可选层分层酸化工艺及配套工具研究[J].长江大学学报(自科版)，2016,13(25)：71～74.