提高分层注水管柱洗井成功率工艺所要点.docx
《提高分层注水管柱洗井成功率工艺所要点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《提高分层注水管柱洗井成功率工艺所要点.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
提高分层注水管柱洗井成功率工艺所要点
提高分层注水管柱洗井成功率
胜利油田分公司胜利采油厂工艺所注水井洗井QC小组
一、小组概况
1、小组活动情况（见表1）
表1小组活动情况简介表
小组名称
工艺所注水井洗井QC小组
成立时间
2006年1月3日
课题名称
提高分层注水管柱洗井成功率
注册编号
SC117-2006
课题类型
攻关型
活动时间
2006年1月~12月
小组人数
10人
活动次数
16次
获奖情况
石油工业QC成果二等奖
2、小组成员情况（见表2）
表2小组成员情况简介表
序号
姓名
年龄
文化程度
职务、职称
组内分工
1
田冰
26
大学
助工
组长、实施改进
2
刘全国
35
大学
工程师
副组长、图纸设计与改进实验
3
高建刚
50
研究生
采油厂副厂长、高工
组织协调
4
高纯玺
40
研究生
技术监督科科长、高工
组织协调
5
付路长
46
研究生
工艺所所长、高工
现场实施
6
李健康
35
研究生
工艺所副所长、高工
资料收集
7
王顺波
32
大学
工程师
现场监督
8
阴川生
45
大学
工程师
现场操作
9
尹风利
26
大学
助工
数据收集
10
刘玲玲
28
大学
助工
资料记录
二、选题理由
成功洗井是保证分层注水管柱有效的重要措施。
2005年分层注水管柱洗井成功率仅为85.7%，全年因分层注水管柱洗井不成功造成作业检管102口井，占总分层注水管柱的15.6%，水井作业费用高达600多万元。
分层注水管柱在注水过程中，由于注水水质差、地层污染和油管结垢等因素，造成水井欠注和无法测试等问题的发生，严重影响了注水开发的效果。
解决上述问题的唯一办法就是对分层注水管柱进行洗井。
为此，我们选择围绕《提高分层注水管柱洗井成功率》这一课题进行攻关。
三、现状调查
小组成员针对2005年分层注水管柱洗井成功率低的问题，查阅了《工艺所2005年分层注水管柱洗井资料汇编》，发现分层注水管柱洗井不成功共116井次。
小组成员对发现的问题进行了详细的记录，绘制了洗井成功率低问题统计表（见表3）和排列图（见图1）
表3洗井成功率低问题调查统计表
序号
项目
频数（次）
频率（％）
累计频率（％）
1
洗井不通
89
76.72
76.72
2
洗井短路
11
9.49
86.21
3
洗井水排量小
7
6.03
92.24
4
洗井操作不规范
5
4.31
96.55
5
其它
4
3.45
100.00
合计
116
100
洗井短路
其它
洗井操作不规范
洗井水排量小
洗井不通
图1洗井成功率低问题排列图
绘图人：
田冰
绘制时间：
2006年1月21日
结论：
从排列图可以看出，造成洗井成功率低的主要影响因素是洗井不通。
四、确定目标
1、目标制定依据
根据理论公式的计算结果：
85.7％＋（1－85.7%）×76.72%=96.67%，如果解决了洗井不通的问题，可以将分层注水管柱洗井成功率提高到90%以上。
另外，根据胜利采油厂《分层注水管柱洗井规范》中规定，分层注水管柱洗井成功率不得低于90%。
2、确定小组活动目标
分层注水管柱洗井成功率由85.7%提高到90%（见图2）。
图2小组活动目标柱状示意图
五、原因分析及要因确认
1、原因分析
小组成员对于导致分层注水管柱洗井不通的所有因素进行了分析研究（见图3）：
图3造成洗井不通影响原因关联图
绘图人：
田冰
绘制时间：
2006年1月20日
分析人：
田冰付路长阴川生尹风利
2、要因验证
小组成员对上述5条末端影响因素逐一进行了验证：
验证一：
底筛堵设计存在缺陷
验证时间：
2006年1月21日~1月25日
验证地点：
采油厂工具队、作业施工现场
验证人：
田冰刘全国刘玲玲
正常注水时反洗井时
图4底筛堵工作原理示意图
底筛堵工作原理如图4所示：
当分层注水管柱正常注水时，小球在重力和注水压力的作用下坐在小球座上，密闭洗井通道；当分层注水管柱反洗井时，小球在水流的作用下向上运动，打开洗井通道，此时可进行正常洗井工作。
由此可见，底筛堵在分层注水管柱中只起到了单流阀的作用，不具备沉砂功能。
图5砂埋底筛堵示意图
从砂埋底筛堵示意图中可以看出（见图5），由于底筛堵不具备沉砂条件，油管中沉降的地层砂等杂物逐渐将底筛堵的小球埋死，使小球无法再向上打开洗井通道，导致洗井不通问题的出现。
小组成员调查发现，2005年因砂埋底筛堵导致洗井不通而作业的井有55井次，占洗井不通总井次的61.8%，砂埋底筛堵深度从1米到9米不等（见表4）。
表4因砂埋底筛堵造成洗井不通的作业井统计表
2005年一季度
2005年二季度
2005年三季度
2005年四季度
作业井数（口）
12
11
17
15
砂埋底筛堵深度（米）
1~9
验证结果：
底筛堵设计存在缺陷是要因
验证二：
地层砂返吐
验证时间：
2006年1月25日~1月31日
验证地点：
采油矿注水组
验证人：
田冰李健康王顺波
胜坨油田经过近40年的强注强采，地层砂粒胶结程度大幅度降低，由于地面频繁停井等原因，造成注入水压力波动，极易引起地层注入水回流，导致地层砂返吐现象的发生。
地层砂返吐会造成砂埋封隔器，出现洗井不通的问题。
调查发现，2005年因地层砂返吐导致分层注水管柱洗井不通的井仅有以下3井次,占洗井不通总井次的3.4%（见表5）。
表5因地层砂返吐导致洗井不通井次调查表
序号
井号
洗井不通时间
作业时间
作业冲砂记录
洗井不通的原因
1
NHT85-26
2005.02.15
2005.02.19
冲出灰白色细砂0.2m3
地层砂返吐导致砂埋第一级封隔器
2
ST2-3-237
2005.08.23
2005.08.27
冲出灰白色细砂0.3m3
地层砂返吐导致砂埋两级封隔器
3
ST3-6-900
2005.10.10
2005.10.15
冲出灰白色细砂0.2m3
地层砂返吐导致砂埋第二级封隔器
验证结果：
地层砂返吐是非要因
验证三：
洗井水漏失
验证时间：
2006年2月1日~2月8日
验证地点：
采油厂注采科
验证人：
田冰高纯玺阴川生刘全国
表6因洗井水大量漏失导致洗井不通井次调查表
序号
井号
洗井不通时间
作业时间
洗井不通的原因
1
ST2-4X305
2005.01.06
2005.01.15
洗井水大量进地层导致第二级封隔器洗井通道未打开
2
ST2-3-148
2005.03.03
2005.03.19
洗井水全部进地层导致洗井不返水
3
ST3-7-180
2005.04.12
2005.04.28
洗井水大量进地层导致第三级封隔器洗井通道未打开
4
ST2-6N55
2005.11.06
2005.11.21
套管有漏点，导致洗井水大量漏失，第一级封隔器洗井通道未打开
据调查，胜坨油田652口分层注水井中，2005年由于洗井水地层漏失导致封隔器洗井通道打不开和洗井不返水的井仅有4井次，占洗井不通总井次的4.5%（见表6）。
验证结果：
地层水漏失是非要因
验证四：
注入水水质差
验证时间：
2006年2月9日~2月17日
验证地点：
污水处理站
验证人：
田冰高建刚刘玲玲刘全国
胜坨油田水井的注入水是地层采出液经处理后回注的污水，经检测，注入水已达到国家C3标准，基本能满足胜坨油田分层注水的需要。
2005年因注入水水质差导致洗井不通的井仅有2井次，占洗井不通总井次的2.2%（见表7）。
表7因注入水水质差导致洗井不通井次调查表
序号
井号
洗井不通时间
作业时间
洗井不通的原因
1
ST2-1X220
2005.03.08
2005.03.15
封隔器腐蚀结垢严重导致洗井通道未打开
2
ST3-3-148
2005.05.03
2005.05.10
油管内壁腐蚀结垢严重，掉落的锈垢将配水器芯子堵死
验证结果：
注入水水质差是非要因
验证五：
管柱配套不优化
验证时间：
2006年2月18日~2月27日
验证地点：
准备大队工具队、作业施工现场
验证人：
田冰李健康阴川生尹风利
调查发现，分层注水管柱配套应用的水力锚和Y型封隔器对分层注水管柱洗井有很大的影响。
图6水力锚卡瓦及洗井通道截面示意图
水力锚是通过六个卡瓦卡在套管内壁上来达到防止管柱上下蠕动的。
其洗井通道为卡瓦之间的六个缝隙（见图6）。
通过计算，油套环形空间洗井通道面积为7886mm2，而水力锚洗井通道面积仅为185mm2，为油套环形空间的1/43。
图7Y型封隔器洗井通道截面示意图
Y型封隔器洗井时胶皮不回缩，洗井时洗井水从洗井进水孔进入封隔器，打开洗井活塞，进入洗井通道（见图7）。
通过计算，Y型封隔器洗井通道的面积为196mm2，为油套环形空间的1/40。
洗井通道小，容易造成堵塞，并且根据流体力学节流装置的局部阻力系数公式
可知，洗井时对水流的截流作用也非常大。
从表8中可以看出，当洗井通道的面积减小到1/10时，阻力系数
就达到了309。
阻力系数
越大，水头损失
就越大。
表8局部阻力系数ζ计算表
孔板
s/S
1/10
1/6
1/4
1/3
1/2
ζ
309
87
29.8
11.3
4.37
小组成员调查发现，2005年因管柱配套不优化导致洗井不通的井次为25次，占洗井不通总井次的28.1%。
验证结果：
管柱配套不优化是要因
结论：
经过上述逐一验证，确认导致洗井不通的要因是：
底筛堵设计存在缺陷和管柱配套不优化。
六、制定对策
针对找出的要因，我们制定了对策表（见表9）：
表9对策表
序号
要因
对策
目标
措施
地点
负责人
完成日期
1
底筛堵设计存在缺陷
研制出沉砂底筛堵
年沉砂深度大于9米
1、研制沉砂底球2、沉砂底球下部设计沉砂尾管和丝堵
祥生机械制修厂、实验室及水井现场
田冰
刘全国
王顺波
2006.6
2
管柱配套不优化
优化管柱配套模式
造成洗井不通的比例由28.1%降到5%以下
1、将水力锚改为伸缩管2、将Y型封隔器改为K型
付路长
阴川生
李健康
2006.7
七、对策实施
实施一、研制沉砂底筛堵
措施一：
研制沉砂底球
由于原底筛堵不能沉砂，因此我们决定研制沉砂底球，设计思路是对沉砂底球采用桥式通道设计（见图8），该通道为两个独立的通道：
一是洗井通道，可进行正常的洗井工作，桥式洗井孔、小球和洗井出水孔是洗井专用；
挡砂帽
二是加沉砂通道，管柱内的砂可通过沉砂通道沉降到尾管。
为防止油管内的砂沉降到小球上，设计了一个挡砂帽。
洗井出水孔
小球
洗井进水孔
沉沙通道
图8沉砂底球设计示意图
根据胜坨油田注水井井况和套管尺寸，我们将沉砂底球的尺寸设计为Φ104mm；沉砂通道和洗井通道的尺寸设计是沉砂底球设计的技术关键，我们制定了五种尺寸设计方案，通过地面模拟试验，我们进行了方案优选（见表10）。
表10五种设计方案地面模拟试验测试结果表
项目
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
洗井通道尺寸
沉砂通道尺寸
洗井通道尺寸
沉砂通道尺寸
洗井通道尺寸
沉砂通道尺寸
洗井通道尺寸
沉砂通道尺寸
洗井通道尺寸
沉砂通道尺寸
Φ44mm
Φ10mm
Φ40mm
Φ12mm
Φ36mm
Φ14mm
Φ32mm
Φ16mm
Φ28mm
Φ18mm
测试结果
洗井一切正常
通道堵塞严重
洗井一切正常
通道略有堵塞
洗井一切正常
通道无堵塞
洗井不彻底轻微
通道无堵塞
洗井不彻底严重
通道无堵塞
从表10可以看出，洗井通道尺寸设计过大会造成沉砂通道尺寸过小，导致不能正常沉砂；沉砂通道尺寸设计过大会造成洗井通道尺寸过小，导致洗井不彻底。
因此我们优选第三套方案。
措施二：
沉砂底球下部设计沉砂尾管和丝堵
图9沉砂底筛堵结构示意图
为了能够盛装从沉砂底球沉降下来的地层砂，我们在沉砂底球下部设计了沉砂尾管和丝堵（见图9）。
沉砂底球下部的沉砂尾管盛装地层砂，一般选用普通的油管，下入尾管长度等于尾管内沉砂体积除以油管内截面积。
丝堵起到密闭管柱的作用。
尾管内沉砂体积可由下式求得：
式中：
——尾管内沉砂体积，m3；
——油管内半径，mm；
——从底筛堵到井口距离，m；
——洗井时出口水含砂量，%；
——预计洗井次数。
通过对原底筛堵实施以上两个改进，我们将沉砂底球、沉砂尾管和丝堵统称为沉砂底筛堵（见图9）。
2006年3月20日~3月22日，我们将造出的样品在三口出砂严重的井上进行现场试验，试验结果表明，沉砂底筛堵完全能够满足胜坨油田分层注水管柱沉砂的需要（见表11）。
表11沉砂底筛堵现场试验沉砂情况统计表
井号
下入日期
起出日期
洗井次数
洗井成功率（%）
年沉砂深度（m）
ST3-7-78
2006.03.20
2006.05.23
4
100
28.7
ST143-10
2006.03.21
2006.05.23
4
100
28.3
ST3-12-185
2006.03.22
2006.05.25
4
100
37.8
从表11可以看出，三口井在试验期间各洗井四次，洗井成功率都为100％，并且年沉砂深度都达到目标要求（＞9ｍ）。
实施二、优化管柱配套模式
措施一：
将油管锚改为伸缩管
将油管锚改为伸缩管（见图10），它是通过中心管的伸缩达到补偿管柱上下蠕动的。
洗井通道面积为工具与套管的环形空间2046.5mm2，洗井通道面积扩大了11倍，能够满足分层注水管柱洗井的需要。
图10伸缩管示意图
措施二：
将Y型封隔器改为K型
将Y341-113G型封隔器改为K344-113Z型，该封隔器洗井时胶筒收缩，洗井通道面积为工具与套管的环形空间，从而使洗井通道面积由改进前的192.2mm2提高到2046.5mm2，完全可以满足分层注水管柱洗井的需要。
小组成员将改进前后两种分层注水管柱配套模式，在石油大学（华东）水射流实验室进行洗井模拟对比实验，实验结果表明，采用优化后的分层注水管柱配套模式，未发现洗井不通的现象（见表12）。
实验条件：
洗井压力5~10Mpa，洗井排量20~30m3/h，洗井污水含砂量0.1%~0.3%，洗井次数各50次，每次洗井时间为2h。
实验人：
田冰、刘全国、阴川生
实验结果：
表12洗井实验结果对比表
管柱配套模式
洗井出口压力损失（MPa）
洗井不通次数
洗井不成功率（%）
优化前
3.5～4.2
3
6
优化后
0.1～0.2
0
0
从表12中可以看出，优化后的分层注水管柱洗井不成功率为0，达到目标要求的5％以下。
八、效果检查
1、现场应用效果
2006年8月～11月共计作业分层注水管柱下沉砂底筛堵、伸缩管和K344-113Z型封隔器进行优化管柱配套319口井，截至2006年12月20日，对以上319口分层注水管柱井采取洗井措施共487井次，洗井不成功19井次，造成水井作业14口，洗井成功率为96.1%，达到了预期效果（见图11）。
图11活动目标完成情况柱状图
2、经济及社会效益评价
1）经济效益：
直接经济效益：
减少因洗井原因导致水井作业319口×15.6%-14口＝50口-14口＝36口，累计减少作业费用36口×6万元/口＝216万元；
减少洗井费用＝487井次×（96.1%-85.7%）×0.1万元/次＝51井次×0.1万元/次＝5.1万元
工具使用费用增加了（沉砂底筛堵费用-底筛堵费用）×实施井数＝（1550元/口-650元/口）×319口＝28.71万元；
取得直接经济效益216万元＋5.1万元－28.71万元＝192.39万元。
间接经济效益：
洗井成功率的提高，减少了欠注层数，提高了注水时率。
累计增注20640m3，对应油井增油908吨，创效1480元/吨×908吨＝134.38万元。
总的经济效益＝直接经济效益＋间接经济效益＝192.39万元＋134.38万元＝326.77万元。
2）社会效益
注水时率由95.24%上升至97.85%，为我厂稳产夯实了基础。
减少了水井作业井次，降低了作业工人的劳动强度。
从方案确定到现场试验成功，开拓了职工创造思维，激发了广大职工技术创新的热情。
本活动形成的沉砂技术在国内属于领先地位，对类似油田具有较高的借鉴作用。
九、巩固措施
1、修订了《注水井作业设计标准》，见附件。
将沉砂底筛堵、伸缩管和K344-113Z封隔器推广应用到每口分层注水管柱中。
2、对各采油矿技术人员进行培训，并对标准进行宣贯，现场施工由专人技术监督。
十、体会与下步打算
本次QC活动，大大减少了分层注水管柱失效问题的发生，从而提高了经济效益，节约了生产成本。
同时，小组成员充分认识到，运用QC小组的活动能够有效地解决生产和工艺技术方面的实际问题，提高工作质量和工作效率，创造良好的经济效益。
下步我们将以《延长双胶筒封隔器的使用寿命》为课题继续开展QC小组活动。
升级会员 