空心单管分层注聚工艺优化及其在胜利油田的应用

唐高峰

(中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东 东营 257000)

空心单管分层注聚工艺优化及其在胜利油田的应用

唐高峰

(中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东 东营 257000)

针对空心单管分层注聚工艺在注聚井多层分注应用中存在的测试结果前后差异大、测调图版通用性差等问题，开展了单管分层注聚测调工艺优化研究，根据注入情况，分析计算不同聚合物的注入粘度和测调曲线的偏移量，修正测调图版。现场应用结果表明：改进后的工艺测调成功率提高36%，层段合格率提高22%，有效降低了测调费用和工作量，对注聚区的稳定开发具有重要意义。

分层注聚 空心单管 工艺优化 图版修正

1 概况

单管分层注聚工艺技术因分注层数多，在现场得到广泛应用[1-3]。胜利油田注聚驱油藏非均质性严重，笼统聚驱开发过程中，聚合物进入高渗层，薄差油层动用程度低，层间矛盾突出。为进一步缓解层间矛盾，提升三次采油开发效果，结合胜利聚驱油藏出砂、返吐严重，油层埋藏深，污水混注等特点,研究配套了密闭防返吐分层注聚工艺技术[3],见图1。其特征是井下采用一趟注聚工艺管柱，通过封隔器分隔油层，聚合物经各级配聚器实现2～4层分段注入。该项技术在胜采、孤东、孤岛采油厂进行了29口井的现场试验，通过对分注井注入状态的持续跟踪分析，原测试图版通用性低，需反复测试调配，严重影响了分层注聚井的层段合格率和现场推广实施进展。

2 问题分析

2.1调配曲线通用性较差，需要反复投捞调试，工作量大

调配分层流量时，下入节流芯子对超注层的注入量进行控制，不同流量下，压差大小的控制主要通过节流芯子的长短来实现，现场调配时采用前期现场试验形成的压差-流量曲线图版，实施中发现调配曲线并不适用于每口注聚井，按照曲线图版选取的配聚芯子不能达到实际压差节流量的控制要求，单井符合度较低，造成调配过程复杂，需要反复进行投捞试验进行规律摸索，现场工作量较大，影响各井正常生产(见图2)。

图1 单管分层注聚管柱

图2 配聚器芯子节流原理

图3 芯子投捞示意

2.2注聚芯子投捞易遇阻，影响投捞成功率

注聚井注入聚合物溶液为非牛顿弹性流体，聚合物长期在污水混注状态下，管柱内壁或者尾端容易形成块状或团状的聚合物堆积，当管柱内下入测调仪器进行分层测调时，造成测调仪器下放或者上提遇阻，特别是需要打捞或者投送配聚芯子时，由于配聚芯子外径在53～57 mm,长度在50～2 300 mm(最长时6节)，井筒中上提或者下放时更容易在27/8TBG油管内遇卡，影响投捞调配效率和成功率[4](见图3)。

3 分层注聚工艺优化研究

3.1分层测试工艺优化

注聚井采用单泵对单井的注入模式，注入井筒中聚合物为母液与污水的混合物，当母液和污水比例发生改变时，聚合物的浓度和粘度同步发生变化，最终影响流量计的测试结果。一般进行分层测试时，通过调节注聚站单井的污水闸门控制压力点，求取对应井中各层的吸水指数，闸门调节将改变污水量的大小，造成出口聚合物母液与污水比例的变化，导致测试数据出现误差，影响后期调配。为了保证单井注入聚合物的粘度恒定，根据实际配注情况对井下分层测试工艺进行了优化。

(1)全井配注量小于100 m3/d，井口闸门压点测试。调节井口闸门快速压点测试，测试过程中地层注入的聚合物为井下管柱内原有聚合物，粘度未发生改变，测试时间控制在1 h以内，第一个压力点不调节闸门直接测试，后调节2～3个压力点进行分层测试。

(2)全井配注量大于100 m3/d，注聚站压点测试。在不改变污水和母液配比条件下，在注聚站同步调节污水闸门和聚合物母液量控制压力点，测试过程中聚合物粘度要求恒定，第一个压力点不调节闸门直接测试，后调节2～3个压力点进行分层测试[5]。

3.2单井测调曲线图版优化

调配前对井口注入聚合物取样，通过聚合物粘度分析，完成曲线公式的修正和测调曲线图版的绘制，指导单井测调工作，具体步骤如下：

(1)井口取样，通过粘度流变仪测出注入聚合物流变曲线，模拟曲线公式，求出幂律指数和稠度系数，其中

μ=Kγn-1

(1)

式中，μ为粘度，mPa·s；γ为剪切速率，s-1；K为稠度系数；n为幂律指数。

图4 粘度变化与剪切速率变化曲线

用数学回归方法按照上述公式对实验数据进行回归，得到稠度系数和幂律指数，如图4，测试得到的流变曲线公式拟合后为：y=14.992x-0.143 4，数据回归得到稠度系数K=14.992，幂律指数n=0.856 6。

(2)将幂律指数n和稠度系数K代入经验公式，模拟计算不同流速下对应雷诺数值：

(2)

式中，Re为雷诺数；D0为工作筒直径，mm；Di为芯子外径，mm；v为流速，m/s；ρ为密度，kg/m3。

(3)根据雷诺数大小，代入已知的摩阻系数λ计算公式：

λ=-0.023 5ln(Re)+0.288 6,Re≤2 000
λ=-0.089 7ln(Re)+0.791 8,Re>2 000

(4)将计算出的摩阻系数代入节流方程，求取节流压差：

(3)

式中，△p为节流压差，MPa；L0为节流芯子长度，mm。

(5)根据流量和压差的对应关系，建立不同芯子长度下的节流曲线图版，如图5。

图5 流量-压差图版

(6)通过图版进行节流芯子长度选择。

实例：对GO7-23N374井进行优化，该井上层配注80 m3/d，下层100 m3/d，分层测试结果显示上层实注117 m3/d，下层实注56 m3/d，需要控制上层注入量，投入节流芯子的外径为53 mm，工作筒内径为55 mm。首先在井口对聚合物取样，测试聚合物流变曲线如图6所示。

图6 GO7-23N374井聚合物流变曲线

表1 GO7-23N374井不同流量下对应的雷诺数

通过拟合曲线方程，得到幂律指数n=0.892 3，稠度系数K=10.49，将测试结果代入雷诺数方程，计算不同注入量下的雷诺数，结果见表1。

将雷诺数代入摩阻系数计算方程(Re≤2 000)，得到不同摩阻系数值，再次代入节流方程，即可得到1～6节长度的注聚芯子，在不同流量下对应的节流压差曲线图版,见图7。

图7 GO7-23N374井流量压差曲线

3.3规范注聚芯子打捞与投送

3.3.1 芯子打捞

(1)打捞前，停注母液，单注污水24 h，将管柱和井筒内聚合物驱入地层。

(2)地面配套钢丝(2.0～2.4 mm)测调设备，携带专用防喷管和打捞工具，对井下配聚芯子进行打捞[6]。

(3)打捞工具下行遇阻时，需要进行反洗井，具体操作见注聚井反洗要求。

(4)打捞工具下到位后，打捞设备要逐级加力，加力载荷小于5 000 kN。

(5)当打捞力超过额定载荷后，通过套管反注，油管缓慢放压进行液力助捞；

(6)芯子捕捞后起出过程中，通过油层井段时上提速度控制在10 m/min，井口100 m以下上提速度控制在30 m/min，100 m以上速度控制在10 m/min。

3.3.2 芯子投送

(1)投送前，停注母液，单注污水24 h，将管柱内聚合物驱入地层，同时对配聚器工作筒中与芯子的配合面进行清洗。

(2)井口安装防喷管，使用投送爪将配聚芯子投入井筒中。

(3)地面配套钢丝(2.0～2.4 mm)测调设备，携带投送工具，将投入井筒中的芯子推送至工作筒内，上提后快速下放投送工具对配聚芯子进行撞击，连续操作3次，保证芯子到位。

(4)后起出投送工具，起出时，通过油层井段时上提速度控制在20 m/min，井口100 m以下上提速度控制在30 m/min，100 m以上速度控制在10 m/min[7]。

4 现场应用情况

2014年6月至10月期间，针对空心单管分层注聚技术在测试、调配、投捞等环节中出现的问题，在胜采、孤岛、孤东等采油厂对单管分层注聚工艺进行了改进，优化了分层测试工艺，规范测调曲线图版，改进注聚芯子打捞与投送方法，现场试验15口井(见表2)，一级两段13口，两级三段2口，测试调配102井次，截至目前测调合格10口井19层，层段合格率59.3%，提高22%，测调成功率提高了36%，有效降低了重复测调费用和工作量，提高了分层注聚井开发效果。

表2 现场应用情况统计

5 结论与认识

空心单管分层注聚技术的难点主要在测试调配环节，现场测试调配需根据各区块的实际情况，修正不同粘度下的节流压差曲线，测试调配工作量大。通过前期试验总结了一定的现场经验，提高了注聚井的测调效率和层段合格率，但是从油田注聚工程的整体系统考虑提出以下几点认识：

(1)提高配聚污水的水质。从现场测调情况看，配聚污水水质差，尤其是污水中固体悬浮颗粒会同聚合物共同作用，造成配聚器注聚通道堵塞，从而影响管柱工作的可靠性。

(2)延长聚合物溶解时间，并配套粗滤和精滤双层过滤装置，使聚合物母液溶解更加充分均匀，防止堆积后形成团状或块状堵塞管柱，影响后期测调和洗井。

(3)配聚芯子节流压差大小对注入聚合物的粘度变化影响较大，注入过程中要保持聚合物粘度稳定。

[1] 耿朝晖，刘清伟，聚合物单管分层注入工艺研究[J].大庆石油地质与开发,2006，25(增刊)：38-41.

[2] 冯定,李喜梅,黄朝斌,等.分层注聚配注器环空聚合物流动研究[J].石油机械，2009，37(lO):7-10.

[3] 肖虎,唐高峰.空心单管分层注聚技术的研究与应用[J].石油机械,2010,38(1):60-62.

[4] 金勇才,樊时华.高效测调分层注水工艺技术在吐哈油田的应用[J].中国化工贸易,2014(1):228,379.

[5] 张书进,王中国.大庆油田提高测调效率工艺技术新进展[J].大庆石油地质与开发,2010,28(5):243-245.

[6] 程朝华.提高调配成功率对策研究[J].科技向导,203(8):374,383.

[7] 张艳鸣.分层注水井小井距配水投捞技术的研究[J].内蒙古石油化工,2014(6):107-108.

(编辑 谢 葵)

Process optimization of separate-layer polymer injectionby single hollow tube and its application in Shengli Oilfield

Tang Gaofeng

(PetroleumEngineeringTechnologyResearchInstituteofShengliOilfieldCompany，SINOPEC,Dongying257000，China)

Aiming at the problems of separate-layer polymer injection by single hollow tube，such as big differences before and after testing，poor universality of testing charts，the testing process was optimized.According to the injection conditions，the viscosity of various polymer solutions and the offset of testing curves were analyzed and calculated to amend the testing charts.The field application results showed that after improving testing process，the testing success rate and the qualified rate of separate-layer were increased by 36% and 22%，respectively.Thus this can reduce effectively the cost and workload of testing，which is significant to the stable development of the polymer injection area.

separate-layer polymer injection；single hollow tube；process optimization；test chart correction.

TE357.4

A

2015-02-13；改回日期2015-04-15。

唐高峰(1960—)，高级工程师，多年从事油田开发及管理工作。电话:0546-8791798，E-mail:weilx@163.com。

“十二五”国家重大专项重点项目“胜利油田特高含水期提高采收率技术”(2011ZX05011)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.03.018