防漏失与分层开采一体化工艺及工具研制

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(1.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司,天津 300452；2.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)①

随着油田的不断开发，地层能量、压力呈逐年下降趋势，导致地层亏空，油田作业过程中工作液漏失，造成储层污染[1]、产能恢复期长。为了高效地开发油气田，减少各种工作液对储层的污染，降低油气田产能恢复周期，利用防漏失阀来保护储层防止污染[2-4]。但是，油田开发的不断深入，地层情况越来越复杂，开发层系多，层间矛盾突出，合采已经不能满足生产需求，分采已成为当前油田开发的主要手段[5-6]，其中电潜泵Y型生产管柱是普遍采用的采油管柱，如图1。

图1 电潜泵Y型生产管柱

在完井期间，Y型生产管柱和分层开采管柱是通过螺纹连接在一起，一趟下入。无论是检泵作业还是大修井作业，都需要将分采管柱一起起出。这存在以下几个问题：① 检泵作业过程中，无论是将分采管柱起出还是下入，均增加了作业量及作业风险，增加了修井费用。若不动分采管柱，将大幅减少作业量，降低费用；② 大修井作业过程中，由于分采管柱作业周期长，尤其是出砂井，将生产管柱和分采管柱一起起出，存在困难，增加作业风险。

针对以上两种情况，本文探索了一种Y型生产管柱、防漏失阀及分层开采管柱一趟下入的新型工艺。既能实现检泵过程中，电泵组与分层开采管柱脱开，单独起出和回接，也能实现在大修作业时，根据作业情况，选择电潜泵和分层管柱是同时起出还是分阶段起出。在这两个阶段，均阻止了工作液漏入地层，提高作业安全性，保护油气层，还能降低修井过程的作业成本、缩短作业周期。

1 一体化管柱结构及工作原理

Y型生产管柱、防漏失阀及分层开采管柱一体化管柱结构如图2所示，主要由Y型生产管柱(电潜泵)+防漏失阀丢手接头+防漏失阀+分层开采管柱组成。Y型生产管柱通过防漏失阀丢手接头与防漏失阀连接在一起。分层开采管柱通过丢手接头的下端螺纹扣连接，并通过防漏失阀。防漏失阀上端通过锁定机构与丢手接头锁定，下端连接锚定插入密封，下入到封隔器中。一体化管柱下入到位后，通过正常的操作流程，将锚定插入密封插入到封隔器中。然后，配长、坐好井口后，钢丝投堵，管内加压，使分层开采管柱和Y型生产管柱脱手，起出钢丝串；环空加压，利用丢手接头使防漏失阀和Y型生产管柱脱手；投Y堵，开泵生产。

图2 防漏失阀、Y型生产管柱及分层开采管柱一趟下入管柱

若进行检泵，先捞出“Y”堵后，直接投球，用合适密度的修井液洗井、压井；起出电泵管柱，管柱上提5 m后，阀自动关闭。在作业过程中，防污阀起到工作液漏失地层，防止储层污染。

检泵完毕后，若选择合采，则将生产管柱下到位，进行生产；若继续选择分采，则生产管柱下部连接防漏失阀的开关工具，将防漏失阀打开即可。

后期防漏失阀失效，则只需下打捞工具进行打捞即可，防砂外层管柱则留在井里。

2 工艺特点

1) 研制的工艺管柱解决了防漏失阀下入的问题及检泵期间的漏失问题。目前，防漏失阀安装在顶部封隔器之下，存在防漏失阀失效，必须采取大修才能更换阀，大幅增加作业费用。防漏失阀安装在顶部封隔器之上，存在单独下入一趟钻将阀下入到位，同样也是增加作业费用。本工艺将防漏失阀与整个生产管柱一起下入，减少了下钻次数，保证了作业的可靠性。

防漏失阀与配套的服务工具配合，保证了检泵和洗井期间，工作液漏失地层，缩短返排时间，保证产能。

2) 该工艺管柱的2种丢手工具实现了一趟管柱下入和Y型生产管柱和分层开采管柱脱开的功能。防漏失阀的丢手工具保证防漏失阀和生产管柱一趟钻下入，并承担了生产通道的功能，沟通油层和电潜泵。分层开采管柱的丢手工具使Y型生产管柱和分层开采管柱脱开，实现了检泵时，仅需要更换电潜泵而分层开采管柱不动，保证油层稳定开采。

3 关键配套工具

3.1 防漏失阀

防漏失阀结构如图3所示，其由开关机构、锁定机构、平衡机构、阀板机构等组成。防漏失阀采用阀板结构，具有单向开启功能[7]。在洗井或者修井过程中，防止工作液漏失地层中，避免地层污染，减少返排时间。在此工艺中，防漏失阀下端连接插入锚定密封，管柱下入到位后，插入到在顶部封隔器之上；上端通过防漏失阀丢手工具与Y管电潜泵管柱连接，形成一趟下入管柱。在地面组装时，阀板被打开，配长油管穿过，油管上端扣连接在丢手工具，油管下端超出防漏失阀，下入井时连接分层开采管柱。当需要检泵或者大修井时，上提生产管柱1 m左右，防漏失阀的阀板在弹簧的作用下自动关闭，起到漏失作用。作业完毕后，只需下入对应的回接管柱和开关工具即可生产。整个作业过程中，阀板一直处于防漏失状态。

图3 防漏失阀基本结构

3.2 防漏失阀丢手工具

防漏失阀丢手工具是一体化管柱的连接工具，是Y管电潜泵管柱、防漏失阀工具、分层开采管柱的结合点；同时也是生产通道，沟通油层和电潜泵。防漏失阀丢手工具结构如图4所示。

图4 防漏失阀丢手工具

作业时，丢手工具外层下端连接防漏失阀，丢手工具的弹性爪上端连接Y管电潜泵管柱，下端连接一根配长油管，用于连接分层开采管柱。整体管柱下到位后，环空加压，剪断剪切销钉，锁定套在活塞力的作用下向下移动，直至出油孔对齐。此时，弹性爪解锁 ，生产管柱和外层完井管柱脱开。检泵时，弹性爪和生产管柱被提出井筒，其余部件留在井里，不影响作业。检泵完毕后，下入相应的回接管柱即可进行生产。本丢手工具的出油孔功能取代了原生产管柱中的带孔管的作用，成为原油从油管内流通到套管环空的通道，出油孔的当量通径满足采油需求。

3.3 分层开采管柱丢手工具

分层开采管柱丢手工具结构如图5所示。此丢手工具上端通过配长油管连接到防漏失阀丢手工具，下端接分层开采管柱。管柱到位后，投球，管柱内加压，剪切销钉被剪断，锁定爪套下移，锁定爪被解锁。当检泵时，回接筒留在井里，分层管柱不动，保证了作业的可靠性。再次下入电潜泵时，其管柱下部所带的模块密封插入回接筒中即可生产。

4 井下试验

该工艺和配套工具于2016-08在中海油试验井进行了井下试验，试验井深1 800 m，井斜70°。试验时首先在井里下入防砂顶部封隔器并坐封，然后将防漏失阀与分层开采管柱一趟下入，通过环空加压，防漏失阀与送入工具顺利脱手。通过油管投球后加压，中心管柱与分采管柱顺利脱手。试验验证了2种脱手方式的可靠性，证明了该工艺的可行性。

5 结论

1) 通过对该套工艺的研究，实现了完井管柱防漏失与分层开采的一体化技术。

2) 本工艺实现了检泵作业时，Y管生产管柱和分层开采管柱分段起出，解决了分采管柱遇卡导致生产管柱不能起出的问题，提高了作业时效，缩短了作业时间。

3) 本工艺解决了修井作业期间，洗井液或者完井液漏失地层的问题，保护了储层，可满足油田中后期开采的需要, 值得推广应用。

4) 该工艺技术目前采用的配套工具，都是通过机械运动控制工具的各种功能。随着智能化的进一步发展，今后可以通过智能控制实现配套工具的相关功能。

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[1] 李贵川，杨进.渤海自营油田油井作业储层保护机械措施研究与应用[J].中国海上油气，2012,24(1)：51.

[2] 张积明，李树臻，王志云.自动保护油层井底开关的研制[J].石油机械，2000,28(6):40-41.

[3] 张扬，李树臻.多砂井用保护油层井底开关的研制[J].石油机械，1999,27(9)：37-38.

[4] 王利军，吴承浩，左凯，等.新型油层保护阀的研制与试验[J].石油机械，2012,40(9)：100.

[5] 李志广，闫永维，李风涛，等.保护油层分层采油工艺管柱试验研究[J].石油矿场机械，2014,43(11)：57.

[6] 于昭东，丛娟，曾凡春.出砂油井分层开采工艺技术研究[J].内江科技，2012(11)：107.

[7] 王利军，陈杰，闫伟，等.重入式防漏失阀结构设计及应用[J].通用机械，2017(2):38-39.