王明杰，魏愛(ài)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(zhǎng)期作業(yè)后，出現(xiàn)無(wú)法正常注液情況，主要原因是長(zhǎng)期開(kāi)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(jī)械雜質(zhì)、有機(jī)物、細(xì)菌，這些物質(zhì)可對(duì)地層造成傷害，造成地層堵塞[1-4]。為達(dá)到注水要求，往往需要通過(guò)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(shù)，無(wú)法直接進(jìn)行壓裂作業(yè)，通常需要拆除井口，起出油管后通過(guò)鉆桿進(jìn)行酸化壓裂或者直接更換高壓力級(jí)別井口設(shè)備，增加了作業(yè)費(fèi)用。針對(duì)上述難題，設(shè)計(jì)了一種井口保護(hù)器，改變了原有壓裂工藝，壓裂液不通過(guò)采油樹(shù)而是通過(guò)井口保護(hù)器直接進(jìn)入地層，大大提高了作業(yè)效率。同時(shí)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(diǎn)及巖石力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)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(dòng)管柱主要包括壓裂泵+壓裂管線(xiàn)+井口保護(hù)器+采油樹(shù)+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(shù)頂蓋，將井口保護(hù)器上部與采油樹(shù)相連，下部插入油管掛，壓裂管線(xiàn)與壓裂泵和井口保護(hù)器分別連接，測(cè)試井口保護(hù)器與油管掛之間密封能力。密封測(cè)試合格后打開(kāi)油管四通主閥，按照壓裂設(shè)計(jì)進(jìn)行壓裂作業(yè)。完成壓裂后拆除井口保護(hù)器，恢復(fù)采油樹(shù)至正常狀態(tài)，即可進(jìn)行注水作業(yè)。

注水井不動(dòng)管柱微壓裂工藝可以采用清水作為介質(zhì)進(jìn)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(shù)規(guī)格限制，減少了起下生產(chǎn)管柱和單獨(dú)下入壓裂管柱程序，同時(shí)避免了配水器、安全閥等井下工具更換。

圖1 注水井不動(dòng)管柱示意圖

2 結(jié)構(gòu)分析

2.1 結(jié)構(gòu)組成

井口保護(hù)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(jì)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(dòng)。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(dòng)時(shí)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(dòng)扭矩桿可帶動(dòng)坐筒在螺紋管上下活動(dòng)，并帶動(dòng)滑管上下活動(dòng)。

圖2 井口保護(hù)器結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

微壓裂作業(yè)時(shí)，將井口保護(hù)器法蘭下放至最低位置，使其與采油樹(shù)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(dòng)坐筒轉(zhuǎn)動(dòng)，坐筒沿螺紋管向下移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)滑管向下移動(dòng)，滑管下部BPV扣與油管掛接觸后，通過(guò)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(xiàn)后試壓無(wú)誤即可進(jìn)行微壓裂作業(yè)。

完成壓裂后，拆除壓裂管線(xiàn)，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(dòng)坐筒沿螺紋管向上移動(dòng)，坐筒上部與壓環(huán)接觸后，帶動(dòng)滑管向上移動(dòng)，使滑管移出采油樹(shù)，然后拆掉法蘭連接處螺栓，使用吊車(chē)將井口保護(hù)器吊至鉆臺(tái)。

2.3 技術(shù)參數(shù)

這種井口保護(hù)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(shù)，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(zhǎng)度3 300 mm。

3 試驗(yàn)井性能評(píng)價(jià)

如圖3所示，在中海油試驗(yàn)井，對(duì)注水井不動(dòng)管柱微壓裂工藝關(guān)鍵工具井口保護(hù)器進(jìn)行測(cè)試。此次功能評(píng)價(jià)試驗(yàn)管柱組合為：井口保護(hù)器+88.9 mm（3?"）油管+試壓管線(xiàn)。

圖3 井口保護(hù)器試驗(yàn)測(cè)試

井口保護(hù)器法蘭與采油樹(shù)法蘭對(duì)接，使用螺栓固定法蘭，關(guān)閉采油樹(shù)翼閥與主閥，試壓21 MPa合格。

打開(kāi)采油樹(shù)翼閥與主閥，正轉(zhuǎn)井口保護(hù)器扭矩桿，管柱整體向下移動(dòng)，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(shí)現(xiàn)連接，試壓70 MPa合格。井口保護(hù)器連接過(guò)程耗時(shí)30 min，試壓耗時(shí)20 min，操作流程及試壓性能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2016年9月，注水井不動(dòng)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(shí)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(dá)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(dòng)管柱微壓裂工藝作業(yè)時(shí)間縮短了150 h，作業(yè)費(fèi)用減少了200萬(wàn)元，作業(yè)效果良好。不動(dòng)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(shí)間12 h左右，應(yīng)用情況見(jiàn)表1。

表1 不動(dòng)管柱微壓裂工藝應(yīng)用情況

截至2020年6月，注水井不動(dòng)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(shí)間，降低作業(yè)成本。注水井不動(dòng)管柱微壓裂工藝壓裂前準(zhǔn)備工作只需要將井口保護(hù)器與井口采油樹(shù)連接，連接壓裂管線(xiàn)，無(wú)需拆卸井口采油樹(shù)，無(wú)需起出注水管柱，單井可節(jié)約作業(yè)時(shí)間150 h，減少作業(yè)成本200萬(wàn)元。

2）提高注水井效率。注水作業(yè)流程大幅度簡(jiǎn)化，12 h完成壓裂作業(yè)，不耽擱油氣井生產(chǎn)；同時(shí)降低作業(yè)費(fèi)用，為注水井多次壓裂提供了可能。F8井1年內(nèi)進(jìn)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(dòng)管柱微壓裂工藝無(wú)需起出注水管柱即可實(shí)現(xiàn)壓裂作業(yè)，可選用清水作為壓裂液進(jìn)行作業(yè)，也可選用酸化劑進(jìn)行酸化壓裂作業(yè)。

2）注水井不動(dòng)管柱微壓裂工藝壓裂作業(yè)準(zhǔn)備用時(shí)1 h，壓裂作業(yè)12 h，單井作業(yè)時(shí)間節(jié)約了150 h，作業(yè)費(fèi)用降低200萬(wàn)元。

3）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證，不動(dòng)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。