胡英才 劉若虛 李家明 苗玉禮 馬 海

（河南油田公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450000）

易起式水平井均勻注汽管柱的研制與應(yīng)用

胡英才 劉若虛 李家明 苗玉禮 馬 海

（河南油田公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450000）

水平井均勻注汽管柱可以實(shí)現(xiàn)熱采稠油水平井長水平段均勻受汽，改善注汽質(zhì)量。但常規(guī)的均勻注汽管柱與常用的?73 mm油管比工具外徑較大，使得整個(gè)均勻注汽管柱存在多處變徑，易出現(xiàn)難以起出的問題，且配汽閥出汽位置正對篩管，存在注汽時(shí)刺壞篩管的風(fēng)險(xiǎn)。為此設(shè)計(jì)了由投球式安全丟手接頭、小直徑側(cè)向配汽閥、小直徑單流閥等工具組成的易起式防砂埋水平井均勻注汽管柱。配汽閥側(cè)向出汽，杜絕了刺壞防砂篩管的風(fēng)險(xiǎn)；整個(gè)工具串外徑小，無明顯的變徑段，降低了工具被砂埋無法起出的風(fēng)險(xiǎn)；配備了安全接頭，管柱被埋后，可以實(shí)現(xiàn)丟手，起出上部油管，再打撈處理下部油管。該工藝在出砂嚴(yán)重且采用篩管完井的稠油水平井具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

水平井；均勻注汽；篩管完井；小直徑

水平井均勻注汽技術(shù)是通過對油層物性進(jìn)行分析，對長水平井段設(shè)計(jì)數(shù)個(gè)注汽閥，注汽閥的孔徑大小通過設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化得出，實(shí)現(xiàn)了長水平段的均勻注汽，改善蒸汽的局部突進(jìn)等問題。目前該項(xiàng)技術(shù)在各大油田稠油區(qū)塊被廣泛的應(yīng)用。春光油田春10井區(qū)為特、超稠油區(qū)塊，油層溫度下（40 ℃左右）原油黏度在50 000~80 000 mPa·s之間，也采用了均勻注汽工藝。但該井區(qū)前期部分水平井采取了裸眼掛濾完井方式，目前出砂嚴(yán)重，化驗(yàn)分析20多口井油樣含砂，且有2口井出現(xiàn)因篩管脫扣或損壞而大量出砂的現(xiàn)象。分析認(rèn)為，目前使用的均勻注汽管柱注汽孔正對篩管出汽，存在刺壞篩管的風(fēng)險(xiǎn)，且配汽閥、單流閥等工具外徑較大（?122 mm），如果篩管防砂失效，整個(gè)管柱存在多處變徑，易出現(xiàn)難以起出的問題。為此，進(jìn)行了防砂埋水平井均勻注汽管柱研究，要求既能實(shí)現(xiàn)均勻注汽，又能保證注汽時(shí)不易損傷篩管，同時(shí)要求地層出砂時(shí)，工具易于起出。

1 易起式水平井均勻注汽工藝管柱

均勻注汽管柱在篩管完井及射孔完井的水平井中均可應(yīng)用。為減少注汽熱量損失，必須考慮注采管柱的一體化，最終確定的工藝管柱如圖1所示。管柱組合由隔熱油管（直井段用）、?73 mm平式倒角油管（水平段用）、抽稠泵、伸縮管、隔熱封隔器、安全接頭、配汽閥、單流閥及導(dǎo)錐等組成［1-2］。

圖1 易起式水平井均勻注汽管柱

工藝流程：完井后，上提抽油桿至合適高度，使抽稠泵的柱塞讓出注汽孔道，開始注入蒸汽；隨著蒸汽的注入，井筒內(nèi)溫度升高，隔熱封隔器（熱敏式）的熱敏原件開始動作，實(shí)現(xiàn)對油套環(huán)空的封隔；注汽過程中，封隔器上端油管產(chǎn)生的熱伸長由抽稠泵下端的伸縮管來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；蒸汽經(jīng)由油管從配注閥的出汽孔進(jìn)入油套環(huán)空（篩套環(huán)空）；完成注汽、燜井、放噴后，下放抽油桿，正常開抽；放噴和采油過程中，原油經(jīng)單流閥進(jìn)入油管。

技術(shù)特點(diǎn)：由于配注閥的特殊設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)長水平段的均勻受氣，有效動用，同時(shí)可避免蒸汽直噴篩管，造成篩管老化損壞；所有工具最大外徑與?73 mm油管接箍外徑相同，起管柱阻力小，便于起出；單流閥采用了大進(jìn)油流道的設(shè)計(jì)，油流阻力??；隔熱油管減少了蒸汽在井筒中的熱損失；安全接頭起到一旦工具被砂埋后，可實(shí)現(xiàn)丟手先起出上部工具串，便于后期打撈的作用。

1.1 投球式安全丟手接頭

1.1.1 結(jié)構(gòu)和工作原理 投球式安全丟手接頭結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 投球式安全丟手接頭

工作原理：下入狀態(tài)下（初始狀態(tài)），鎖球被投球滑套頂出，將下接頭與主體提掛為一體，依靠鎖球的抗剪切力強(qiáng)度，將丟手接頭上下的管柱連為一體；需丟手時(shí)，投入鋼球，通過油管打壓，剪斷剪切銷釘，使投球滑套下行，鎖球回收至投球滑套的凹槽內(nèi)，上提油管，主體即可和下接頭順利脫開，將下接頭以下連接的工具串留在井底。

1.1.2 技術(shù)指標(biāo)

耐溫：350 ℃；耐壓：20 MPa；最大提掛力：30 t；滑套打開壓力：12 MPa；最大外徑：90 mm。

1.2 小直徑側(cè)向配汽閥

1.2.1 結(jié)構(gòu)和工作原理 小直徑側(cè)向配汽閥結(jié)構(gòu)如圖3所示，其主要由上接頭、外管、芯子、配氣孔、注汽護(hù)罩和防轉(zhuǎn)銷釘?shù)冉M成。芯子與外管形成一個(gè)橋式通道，既能實(shí)現(xiàn)從油管內(nèi)到油套環(huán)空的配汽，又可保證油管內(nèi)暢通，將蒸汽分配到下一級配汽閥。配汽孔的孔徑通過專用軟件進(jìn)行優(yōu)化，控制該級的配汽量及節(jié)流壓力。蒸汽從配汽孔進(jìn)入，再經(jīng)過芯子的垂直孔向油套環(huán)空行走，在經(jīng)過注汽護(hù)罩時(shí)，蒸汽流向從垂直于配汽閥軸線方向改為平行于配汽閥軸線方面出汽。

圖3 小直徑側(cè)向配汽閥圖

1.2.2 技術(shù)指標(biāo)

耐溫：350 ℃；耐壓差：20 MPa；最大外徑：90 mm。

1.3 小直徑單流閥

1.3.1 結(jié)構(gòu)和工作原理 小直徑單流閥主要有上接頭、彈簧座、彈簧、閥球、芯子、外管等組成（如圖4所示）。主要作用是油套連通的開關(guān)。在一定的壓力下，閥球開啟，地層液可以進(jìn)入油管。注汽時(shí)閥球與芯子密封。芯子與外管之間形成橋式通道，既不影響從油管內(nèi)部向下部配汽，又可實(shí)現(xiàn)油流從地層進(jìn)入油管。小直徑單流閥，閥球居中，扶正預(yù)緊彈簧給閥球強(qiáng)制回位的作用，且無橡膠密封件，可以承受注汽時(shí)的高溫、高壓。

圖4 小直徑單流閥

1.3.2 技術(shù)指標(biāo)

耐溫：350 ℃；耐壓：20 MPa；開啟壓力：0.1 MPa；最大外徑：90 mm。

2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用

首先開展室內(nèi)試驗(yàn)，建立水平井均勻注汽物理模擬裝置，流量分配地面試驗(yàn)，以獲得配注器流量分布數(shù)據(jù)，驗(yàn)證配注閥的調(diào)配能力。試驗(yàn)裝置如圖5所示，流體經(jīng)離心泵加壓后，通過5個(gè)配注閥流回液罐。流量計(jì)和壓力計(jì)測量流體經(jīng)過配注閥后的流量和壓力，通過優(yōu)化配注閥的孔徑調(diào)配各個(gè)配注閥的流量。經(jīng)過2次孔徑優(yōu)化后，5個(gè)配注閥的流量基本達(dá)到均勻分配（圖6）。

圖 5 室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備原理圖

圖6 調(diào)配前后流量對比曲線

目前該管柱已進(jìn)行了20多口井的現(xiàn)場試驗(yàn)，有多口井出現(xiàn)砂堵死數(shù)10根尾管的情況，但管柱均正常起出。同時(shí)為了驗(yàn)證均勻注汽的吸汽剖面，對一口水平井X3-平15井進(jìn)了注汽后的溫度剖面測試，測試段：1 005~1 225 m，每10 m一個(gè)點(diǎn)，共23個(gè)測試點(diǎn)。生產(chǎn)段溫度差18.7%（≤20%），達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

X3-平15井與未采取均勻注汽的水平井X3-平7井相比（表1），兩口井生產(chǎn)層位、生產(chǎn)段長度、下泵深度都比較類似，但生產(chǎn)效果更好。

表1 X3-平15井與X3-平7井生產(chǎn)效果對比

3 結(jié)論

易起式水平井均勻注汽管柱工藝原理可行，工具結(jié)構(gòu)可靠：配汽閥側(cè)向出汽，杜絕了刺壞防砂篩管的風(fēng)險(xiǎn)；整個(gè)工具串外徑更小，無明顯的變徑段，降低了工具被砂埋無法起出的風(fēng)險(xiǎn)；配備了安全接頭，管柱被埋后，可以實(shí)現(xiàn)丟手，起出上部油管，再打撈處理下部油管。該工藝在出砂嚴(yán)重且采用篩管完井的稠油水平井應(yīng)用，既能實(shí)現(xiàn)水平井的均勻配氣，又能保證管柱可被安全起出，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

［1］薛世峰，王海靜.水平井均勻注汽工藝研究及軟件開發(fā)［J］.石油礦場機(jī)械，2009，38（1）：38-41.

［2］郭靜.一種分層注汽管柱試驗(yàn)用配汽器設(shè)計(jì)［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（3）：71.

［3］李國太，王學(xué)民，丁陽，等.KZJ丟手接頭可靠性改進(jìn)與現(xiàn)場應(yīng)用［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2008，24（12）：58-63.

（修改稿收到日期 2014-09-26）

〔編輯 景 暖〕

Development and application of easy-to-retrieve even steam injection string in horizontal wells

HU Yingcai, LIU Ruoxu, LI Jiaming, MIAO Yuli, MA Hai
（Research Institute of Petroleum Engineering Technology of He'nan Oilfield Company,Zhengzhou450000,China）

The even steam injection string for horizontal well can realize even steaming in long horizontal section of horizontal well for thermal production heavy oil and improve steam injection quality.However, compared with the often used ?73 mm tubing, the conventional even steam injection string is larger in outside diameter, so there are a number ofvariable diameter on the whole string and hence the string is hard to retrieve;in addition, the steam distribution valve is directly opposite the screen tube, so there exists the risk of screen washout while stream injection.For this reason, an easy-to-retrieve, anti-sand burial even steam injection string for horizontal well is developed, which is composed of ball-like safety release joint, small diameter lateral steam distribution valve and small diameter check valve, etc.The steam comes out of distribution valve on side orifices, so avoiding the risk of screen washout;the outside diameter of the whole string is small without obvious diameter varieties, which reduces the risk of being unable to retrieve the string due to sand burial.The string is equipped with safe connections, so when the string is buried, the release can be realized to retrieve the upper tubing and then the lower tubing shall be fished.This technology enjoys a favorable prospect and promotional value in heavy oil horizontal wells with severe sand production and screen completion.

horizontal well;even steam injection;screen completion;small diameter

胡英才，劉若虛，李家明，等.易起式水平井均勻注汽管柱的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2014，36（6）：94-96.

TE345

：B

1000–7393（2014） 06–0094–03

10.13639/j.odpt.2014.06.023

中石化股份公司科研項(xiàng)目 “春光油田稠油熱采工藝關(guān)鍵技術(shù)研究” （編號：P13122）。

胡英才，1983年生。2011年畢業(yè)于西安石油大學(xué)機(jī)械制造專業(yè)，現(xiàn)從事井下工具設(shè)計(jì)和機(jī)械采油工藝研究工作。電話：0371-63810787。E-mail：163huyingcai@163.com。