王明杰，魏愛拴，嚴(yán)孟凱，張利軍，張廣通

中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司（天津300459）

當(dāng)前，渤海油田注水井長期作業(yè)后，出現(xiàn)無法正常注液情況，主要原因是長期開采導(dǎo)致油藏壓力失衡，地層裂縫逐漸閉合，以及注入水中通常含有機械雜質(zhì)、有機物、細菌，這些物質(zhì)可對地層造成傷害，造成地層堵塞[1-4]。為達到注水要求，往往需要通過酸化壓裂作業(yè)完成解堵[5]。酸化壓裂作業(yè)壓力通常在21～70 MPa，渤海地區(qū)井口大部分為21 MPa采油樹，無法直接進行壓裂作業(yè)，通常需要拆除井口，起出油管后通過鉆桿進行酸化壓裂或者直接更換高壓力級別井口設(shè)備，增加了作業(yè)費用。針對上述難題，設(shè)計了一種井口保護器，改變了原有壓裂工藝，壓裂液不通過采油樹而是通過井口保護器直接進入地層，大大提高了作業(yè)效率。同時在原有酸化壓裂基礎(chǔ)上引入微壓裂工藝，借鑒低滲油藏壓裂增產(chǎn)原理，采用清水作為壓裂液，根據(jù)注水區(qū)域地質(zhì)特點及巖石力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計相應(yīng)施工壓力，使注入水?dāng)D壓地層，形成具有一定導(dǎo)流能力的人工裂縫，從而提高地層吸水能力[6-9]。

1 工藝原理

如圖1所示，注水井不動管柱主要包括壓裂泵+壓裂管線+井口保護器+采油樹+油管四通組成。壓裂作業(yè)前，關(guān)閉油管四通主閥，拆掉采油樹頂蓋，將井口保護器上部與采油樹相連，下部插入油管掛，壓裂管線與壓裂泵和井口保護器分別連接，測試井口保護器與油管掛之間密封能力。密封測試合格后打開油管四通主閥，按照壓裂設(shè)計進行壓裂作業(yè)。完成壓裂后拆除井口保護器，恢復(fù)采油樹至正常狀態(tài)，即可進行注水作業(yè)。

注水井不動管柱微壓裂工藝可以采用清水作為介質(zhì)進行微壓裂作業(yè)，也可以使用酸化劑做酸化壓裂，壓裂規(guī)模不受井口采油樹規(guī)格限制，減少了起下生產(chǎn)管柱和單獨下入壓裂管柱程序，同時避免了配水器、安全閥等井下工具更換。

圖1 注水井不動管柱示意圖

2 結(jié)構(gòu)分析

2.1 結(jié)構(gòu)組成

井口保護器主要包括上接頭、壓環(huán)、坐筒、螺紋管、滑管、法蘭、扭矩桿等（圖2）。上接頭內(nèi)表面設(shè)計為螺紋與滑管連接，外表面為螺紋與壓環(huán)相連，坐筒安裝在壓環(huán)與上接頭之間，可上下活動。坐筒與壓環(huán)之間以及與上接頭之間安裝了防磨墊片，減小了坐筒轉(zhuǎn)動時的摩擦阻力?；芟虏坑蠦PV扣和密封件，與油管掛連接扣和密封件相同。螺紋管外表面與坐筒內(nèi)表面全部為矩形螺紋，螺紋管內(nèi)表面與法蘭螺紋連接，法蘭內(nèi)表面有密封件，滑管插入法蘭后形成密封，坐筒外表面安裝了扭矩桿，轉(zhuǎn)動扭矩桿可帶動坐筒在螺紋管上下活動，并帶動滑管上下活動。

圖2 井口保護器結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

微壓裂作業(yè)時，將井口保護器法蘭下放至最低位置，使其與采油樹法蘭相連，擰緊螺栓；上抬扭矩桿至水平位置，正轉(zhuǎn)扭矩桿帶動坐筒轉(zhuǎn)動，坐筒沿螺紋管向下移動，同時帶動滑管向下移動，滑管下部BPV扣與油管掛接觸后，通過反轉(zhuǎn)上接頭使滑管下部BPV扣與油管掛螺紋連接。上接頭連接壓裂管線后試壓無誤即可進行微壓裂作業(yè)。

完成壓裂后，拆除壓裂管線，正轉(zhuǎn)上接頭使滑管與油管掛分離，然后反轉(zhuǎn)扭矩桿帶動坐筒沿螺紋管向上移動，坐筒上部與壓環(huán)接觸后，帶動滑管向上移動，使滑管移出采油樹，然后拆掉法蘭連接處螺栓，使用吊車將井口保護器吊至鉆臺。

2.3 技術(shù)參數(shù)

這種井口保護器適用于79.4 mm（3?"）和103.2 mm（4116"）這2種尺寸的21 MPa及35 MPa規(guī)格采油樹，管柱密封壓力70 MPa，連接法蘭規(guī)格為API 6A 79.4 mm與103.2 mm法蘭，上接頭扣型88.9 mm（3?"）EUE（非加厚端），工具通徑58 mm，工具長度3 300 mm。

3 試驗井性能評價

如圖3所示，在中海油試驗井，對注水井不動管柱微壓裂工藝關(guān)鍵工具井口保護器進行測試。此次功能評價試驗管柱組合為：井口保護器+88.9 mm（3?"）油管+試壓管線。

圖3 井口保護器試驗測試

井口保護器法蘭與采油樹法蘭對接，使用螺栓固定法蘭，關(guān)閉采油樹翼閥與主閥，試壓21 MPa合格。

打開采油樹翼閥與主閥，正轉(zhuǎn)井口保護器扭矩桿，管柱整體向下移動，滑管下部BPV扣與油管掛BPV扣接觸后，反轉(zhuǎn)油管，滑管與油管掛實現(xiàn)連接，試壓70 MPa合格。井口保護器連接過程耗時30 min，試壓耗時20 min，操作流程及試壓性能達到現(xiàn)場應(yīng)用要求。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2016年9月，注水井不動管柱微壓裂工藝在渤南某區(qū)塊F8井成功應(yīng)用，此次作業(yè)選用清水作為壓裂液，微壓裂工藝連接用時1 h，壓裂作業(yè)12 h，隨后恢復(fù)注水作業(yè)。

F8井微壓裂作業(yè)前地層吸水指數(shù)為42 m3∕d，微壓裂作業(yè)后達到415 m3∕d，增加了8.9倍，很好地改善了注水井地層的吸水能力。與原有壓裂作業(yè)相比，不動管柱微壓裂工藝作業(yè)時間縮短了150 h，作業(yè)費用減少了200萬元，作業(yè)效果良好。不動管柱微壓裂工藝隨后又在F16、B2H、A16、A20、F1井完成應(yīng)用，壓裂作業(yè)時間12 h左右，應(yīng)用情況見表1。

表1 不動管柱微壓裂工藝應(yīng)用情況

截至2020年6月，注水井不動管柱微壓裂工藝已在渤海油田上百口井應(yīng)用，與常規(guī)注水井壓裂工藝相比具有以下顯著效果。

1）準(zhǔn)備時間，降低作業(yè)成本。注水井不動管柱微壓裂工藝壓裂前準(zhǔn)備工作只需要將井口保護器與井口采油樹連接，連接壓裂管線，無需拆卸井口采油樹，無需起出注水管柱，單井可節(jié)約作業(yè)時間150 h，減少作業(yè)成本200萬元。

2）提高注水井效率。注水作業(yè)流程大幅度簡化，12 h完成壓裂作業(yè)，不耽擱油氣井生產(chǎn)；同時降低作業(yè)費用，為注水井多次壓裂提供了可能。F8井1年內(nèi)進行了3次微壓裂作業(yè)，注水能力得到了有效保障。

5 結(jié)論

1）注水井不動管柱微壓裂工藝無需起出注水管柱即可實現(xiàn)壓裂作業(yè)，可選用清水作為壓裂液進行作業(yè)，也可選用酸化劑進行酸化壓裂作業(yè)。

2）注水井不動管柱微壓裂工藝壓裂作業(yè)準(zhǔn)備用時1 h，壓裂作業(yè)12 h，單井作業(yè)時間節(jié)約了150 h，作業(yè)費用降低200萬元。

3）通過現(xiàn)場應(yīng)用驗證，不動管柱微壓裂工藝可有效提高注水井地層吸水指數(shù)，提高注水能力。