投球调剖工艺技术研究

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1、投球调剖工艺技术研究孙同文I，刘永安2,牛宗奎$（1.中原油田分公司科技部2.中原油田采油院工程技术研究院河南濮阳457001）概述投球调剖是针对注水井吸水剖面不均匀、层间矛盾大及化学调剖时调剖剂量大、工作量大、成本高而研究开发的一项新型调剖工艺技术。根拯投球调剖的基本思路，设计制造了满足一定尺寸、强度和密度可控能适用于现场要求的高性能的专用单一刚性高分子调剖球；建立了全尺寸模拟套管实验装置；并对调剖球在井筒及炮眼附近的受力情况和运动规律进行了实验研究，依据模拟实验数据，开发了投球调剖动态仿真模拟软件；并利用简单特殊的施工工艺，将调

2、剖球顺利地送达目的层。现场试验证明，投球调剖工艺技术可行，效果良好。1单一刚性调剖球投球调剖机理专用单一刚性高分子调剖球密度等同注入水，理论上同注入水同步运动。调剖时，调剖球在井筒内封堵炮眼分配概率基本吻合注入水分配比率，即水流量大的炮眼附近封堵几率大，而水流量小的炮眼附近调剖球分配几率小。调剖球主要进驻主吸水层炮眼附近并在注水压差作用下靠贴封堵压实在炮眼上（在施工和正常注水压力下不产生形变），从而改变注水分配，增强弱吸水层吸水量，降低主吸水层吸水量。调剖球调剖机理为相对改变注水分配。且单一刚性调剖球在井筒内处于独立状态，随水流移动

3、自如。停泵、开泵时，使用简单特殊的工艺使调剖球重新复位，封堵效果基本不受影响。工艺减少了工作周期，安全可靠，不会封死炮眼，从而真正有效地达到了调剖效果。调剖球作用过程及靠贴机理如下：在一定压力P下P二p[图1单一刚性调剖球在注水压力P下的单向封闭炮眼示意图2单一刚性调剖球设计制造⑴2.1调剖球的设计制造依据投球调剖作用机理，为达到现场使用要求，通过大量的调研论证、室内实验和模拟实验，针对不同的区块、射孔炮眼大小及各井的具体情况，应用高强度低密度的高分子材料，添加某些性能添加剂，混合后注塑成型为系列规格的单一刚性调剖球，使调剖球密度等

4、同于注入水，能与水同步运动，承受一定压差不变形。2.2调剖球的物理性能调剖球性能指标如下（表1）：表1性能强度MPa/°C密度g/cm规格mm耐温°C有效期指标>28/90（耐剪切应力）1.000—1.100……“/r、田、①12、14、16（可调）10—135（现场试验）一年3投球调剖模拟实验⑵及调剖球在井筒内的力学分析依据现场要求，建立了全尺寸投球调剖模拟套管实验装置，并对调剖球在井筒的各位置段、状态做了大量的受力分析如下:3.1非稳态条件下调剖球受力综合分析调剖球随注入水在管路中流动，属稀相I古I液两相流范畴，作用在球上的力可

5、分为三类：1.与流体一调剖球的相对运动无关的力（即使相对运动的速度及加速度为零，此力也不消失），属于这一类的力有惯性力、重力和压差力等。1.依赖于流体一调剖球的相对运动的、其方向沿着相对运动方向的力，即纵向力，属于这一类的力有阻力、附加质量力和Basset力等。2.依赖于流体一调剖球的相对运动的、其方向垂直于相对运动方向的力,即侧向力，属于这一类的力有Magnus力和Saffman力等。在本实验中，由于调剖球直径d较大，若考虑非稳态，考察注水与调剖球的加速度，Basset力、Magnus力及Saffman力均不可忽略。若考虑到调剖球

6、运动过程中，可认为注水流动属于稳态，假定调剖球封堵之前运动为稳态，可以作近似的定量计算。3.2稳态条件下调剖球在注水管中的受力分析调剖球由加球器进入注水管，随注水下降，在注水管出口处有两种去向,一种是上升进入环腔，另…种是继续下降进入井筒；其运动及受力可以按照所处的位置分注水管、环腔上升流、井筒下降流及堵在炮眼上的情况。在稳态条件下，重力、浮力与阻力平衡，即G+FT",在注水管中,只要流量足够大，调剖球就可随注水下降进入系统。调剖球进入井筒下降流，情况与注水管中类似，调剖球在下降过程中，由于注水不断从炮眼进入实验层，下降流量减小，所

7、以调剖球下降速度持续减小，最后为0,这时若附近没有炮眼，调剖球将长时间悬浮；若附近的炮眼已被堵上，由于该炮眼流量不为0,将岀现1个炮眼吸附2个以至3个调剖球的现象。调剖球进入环腔上升流，调剖球在环腔中加速上升，随着注水流入实验层，上升流量减小，调剖球速度逐渐减小，如果最终堵不到炮眼上，将上浮到所有油层上方，成为无效球。3.3炮眼附近流场分析由于炮眼射流的影响，井筒内各油层处的流场受到强烈的扰动，并且随着调剖球封堵到炮眼上，该炮眼附近的流场还将发生变化。调剖球受力是与流场紧密相关的，在油层附近调剖球受多个力的影响，始终处于非平衡态。另

8、外，球的受力及运动状态也与小球在注水管出口处的位置及状态等随机因素有关。再者，附加质量力、Magnus力及Saffman力等均与当地的流场有关，只有在流场确定时这些力的大小才可知。可以将调剖球的运动近似看作平衡态做一些计算，定性分析其