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1、江汉分层注水工艺技术研究 肖国华 ( 中目石化江汉油田分公司采油工艺研究院) 摘要 分层注水是保持油层压力，实现油田长期高产稳产的有效方法。但随着油田开发 的不断深入，目前常用的分注技术还存在着许多问题：注水井油套管腐蚀严重；斜井注水管柱 及工具密封效果差、工作寿命短；工具规格单一，难以通过套管变形点，不能利用套管损坏井、 套管变形井进行分注；配套工具技术指标低、不能满足高温高压井注水的需要；针对这些问题。 近年来分别研究了几种新型的分层注水管柱：油套管保护分注管柱，快速投捞细分层注水管柱， 强力扶正的斜井分注管柱，小直径系列的套管变形井分注管柱，锚定补偿式高温高压井分注管 柱，以及耐高温高压
2、的注水封隔器、配水器、管柱支撑扶正器、管柱补偿器、水井锚定装置等 配套工具。还针对投捞测试困难，成功率低，易断钢丝的问题改进了堵塞器结构，研制了安全 堵塞器。并在江汉、吐哈、冀东、青海、河南等油田进行了广泛地应用，取得了满意的效果并 得到了各油田的认可。 - - - _ L 刖置 长期以来，在油田的分层注水中，江汉油田所采用的注水管柱是两级三层( 或一级二层) 图1平衡式偏心注水管柱 3 2 平衡式偏心注水管柱( 见图1 ) 。此偏心注水管柱由J H 7 5 2 6 水 力压缩式注水封隔器、0 6 5 6 2 偏心配水器、9 5 2 1 底部循环 凡尔及筛管丝堵等组成。其施工工艺为：当管柱下完
3、以后，油 管内蹩压坐封封隔器，密封油套环空，将各油层分隔开来；然 后通过钢丝将投捞器下入井内逐级捞出各偏心配水器的堵塞 器，将堵塞器的死嘴子更换为不同尺寸的水嘴；根据各层的吸 水情况通过钢丝将投捞器下入井内逐级投入偏心配水器的偏孔 内，然后进行注水。在注水过程当中如果需要洗井，可由套管 泵入洗井液经反洗通道进行反洗井。这一套分层注水管柱及投 捞测试工艺技术虽然应用了多年，为油田的开发作出了很大的 贡献，但随着油田开发的不断深入，在油田开发后期出现了许 多新的难题急待解决。 该分注管柱没有将油层以上环空封隔开来，因而该管 柱无法进行替套管保护液施工，油套管得不到保护，油套管腐 蚀问题无法解决。
4、规格单一。对于套管损坏、变形的水井，目前的工艺 管柱及工具难以通过套管变形点，因此目前的注水管柱不能应 用到套管变形、上部穿孔井，让这部分井继续发挥作用。 由于斜井注水会造成管柱和封隔器偏向一边，使得封隔 器密封件受力不均匀，严重影响了它的工作寿命。因此目前的注水管柱不能应用到斜井注水。 技术指标低，不能满足高压( 2 5 3 5 M P a ) 或超高压( 3 5 5 0 M P a ) 注水的需要，甚至还 有一部分区块由于地面注水系统故障频繁，地面经常因为停电或管线穿孔造成频繁停泵，所 产生的各种效应会造成注水管柱较大的轴向变形力。这样就会使得封隔器提前失效或解封， 极大地影响了分层注水的
5、效果，缩短了注水管柱的工作寿命。 根据以上技术难题，经过多年的努力，江汉采油院研究试验成功了几种新型的分层注水 管柱，较好地解决了应用中的难题。 1 新型的分注管柱 1 1 油套保护注水工艺管柱 江汉油田受污水回注、注入水水质不达标等多种因素的影响，使油套管腐蚀损坏严重。 其一是套管穿孔、变形、漏失严重，造成注入水无法根据需要进入注水层；其二是油管穿 孔、断脱，造成注入水直接从油管穿孑L 处进入地层，封隔器不 起作用，达不到分注的目的。为了解决这个问题，研制了一种 保护油套管的分层注水工艺管柱。 ( 1 ) 管柱结构 由Y 3 4 1 深井高压注水封隔器与K P X 系列偏心配水器及可 循环的
6、底部凡尔等组成( 见图2 ) 。 ( 2 ) 施工工艺 下完管柱后，油管内蹩压坐封封隔器，密封油套环空，使 得各油层分隔开来。然后由套管泵人配制好的套管保护液直到 充满整个油套环空，最后按要求注水、投捞测配。 ( 3 ) 管柱特点 部分工具配件采用防腐材质，井下工具均进行表面化学镀处 理防腐。该管柱具有反洗通道，可以很方便地进行反洗井作业。 还由于此管柱在注水层上部增加了一级封隔器，可以对上部油套 环空进行替套管保护液，以保护油套管延长其使用寿命。通过现 场应用，油套管的腐蚀有了明显的改善，其中油管的使用寿命平均 延长2 3 倍以上，套管的腐蚀穿孔变形等现象也大为减少。 1 2 套管变形井分层
7、注水3 - 艺管柱 工艺誓鋈裟呈耋翥碧詈二亨霁蓑鬟吴了鬈馨薹霎耋釜罢暑篓篓 图2 油套管保护分注管柱 工艺管柱及工具规格单一，外径较大，难以达到通过套管变形 4 点进行分注的目的，为了让这部分井继续发挥作用，采油院在这方面做了大量的工作。研究 出了一套套管变形井分层注水工艺管柱。 ( 1 ) 管柱结构 变形井偏心注水管柱由J H Y 3 4 1 1 0 5 、J H Y 3 4 1 1 1 0 水力压缩式注水封隔器、K P X 一1 0 5 偏心配水器、9 5 2 1 底部循环凡尔及筛管丝堵等组成两级两层分层注水管柱( 见图3 ) 。 ( 2 ) 施工工艺 当管柱下完以后，油管内蹩压坐封封隔器
8、密封油套环空，使得各油层分隔开来，同时将 套管变形、穿孑L 部位的套管环空与下部注水部位的油套环空分隔开来，最后按要求注水、投 图3 套管变形井分注管柱 捞和测配。 ( 3 ) 管柱特点 注水层上部增加一级封隔器，避免套管变形、穿孔部位对 注水的不利影响；配套工具外径小，可以顺利地通过套管变形 点下到油层部位封隔未变形井段；井下封隔器等工具内径没有 缩小，与常规井工具内径相同，因而可以应用常规井的投捞测 试工艺。 1 3 斜井注水工艺管柱 目前江汉油田有部分斜井。在斜井注水过程当中，由于井 斜会造成管柱和封隔器偏向一边，使得封隔器密封件受力不均 匀，严重影响了它的工作寿命。因此，目前的注水管柱
9、无法应 用到斜井注水。下面介绍一套斜井分层注水工艺管柱。 ( 1 ) 管柱结构 斜井分层注水管柱由Z C 一1 1 4 强力支撑扶正器、J H Y 3 4 1 1 1 4 注水封隔器、K P X 一1 1 4 偏心配水器、9 5 2 1 底部循环凡尔 及筛管丝堵等组成( 单支撑管柱见图4 ，双支撑管柱见图5 ) 。该 管柱也可以采用尾管支撑方式。 ( 2 ) 施工工艺 当管柱下完以后，油管内蹩压坐封封隔器及Z C 一1 1 4 强力 支撑扶正器。Z C 一1 1 4 强力支撑扶正器将斜井管柱扶正并支撑 在套管壁上，使得管柱始终处于套管中心，以改善封隔器的工 作条件，达到延长斜井分注管柱寿命的目
10、的。对于需进行套管保护的井，可由套管泵入套管 保护液，至灌满油套环空为止，然后按要求注水、投捞和测配。 ( 3 ) 管柱特点 分注管柱上下均增加了K Z 一1 1 4 强力支撑扶正器，具有扶正并支撑斜井管柱的功能，使 得管柱始终处于套管中心，改善了封隔器的工作条件；同时，还具有一定的管柱锚定功能， 消除各种管柱效应造成的管柱蠕动现象。达到延长斜井分注管柱寿命的目的。该支撑器由于 无卡瓦结构，因此还具有不伤害套管，起下方便等优点。 1 4 高压分层注水工艺管柱 江汉油田有部分边远井需要实行高压( 2 5 3 5 M P a ) 、超高压( 3 5 。5 0 M P a ) 注水，还有一 部分区块
11、由于地面注水系统故障，因停电造成停泵。在这种情况下，注水管柱的工作寿命较 短。究其原因，是因为在分层注水过程中，注水管柱会受到内压、外压、轴力、扭矩、弯 矩、井壁支反力、粘滞摩阻和库仑摩擦力等多种载荷的联合作用，管柱有三种可能的平衡状 态：稳定状态、正弦( 或蛇形) 弯曲状态及螺旋弯曲状态。在不同的平衡状态下，管柱的力学 行为也有很大的差异。特别是在高温高压深井注水过程中或地面注水系统故障频繁造成频繁 停泵的井尤为突出。由于管柱内外流体压力、温度以及受力的改变，造成注水管柱处于不同 的平衡状态下或在不同的平衡状态间转换，从而使管柱产生较大的轴向变形和弯曲变形。这 样就会带动井下封隔器随之不断上
12、下蠕动，从而使得封隔器的密封胶筒被磨坏，甚至使得封 隔器提前失效或解封。为了解决这个难题，我们经过多年的研究和大量的试验，研究了一种 可以锚定和进行自动补偿的分层注水工艺管柱。 3 4 图4 单支撑斜井分注管柱图5 双支撑斜井分注管柱 ( 1 ) 管柱结构 高压分层注水管柱由管柱伸缩补偿器、K Q W 水井双向锚、Y 3 4 1 注水封隔器、偏心配水器、 9 5 2 1 循环凡尔+ 筛管丝堵等工具组成。管柱示意图见图6 。 ( 2 ) 施工工艺 根据施工设计配管柱下井，利用封隔器将各层段卡开，在 相应层段管柱上带有偏心配水器。当管柱下完以后，从油管内 蹩压1 0 M P a 验证管柱漏失情况并
13、坐卡水井锚。在最上一级封隔 器上部安装的水井锚，使温度效应、螺旋弯曲效应、鼓胀效应 所产生的力通过卡瓦传到套管上，解决了管柱蠕动，保护了封 隔器胶筒，同时，还具有管柱扶正功能。继续蹩压1 5 M P a 坐封 封隔和蹩压2 0 M P a ，剪断管柱伸缩补偿器剪钉，此时伸缩补偿 器的弹簧爪在内支撑失去之后而脱开并开始工作，补偿管柱的 伸长和缩短，消除管柱的轴向应力，防止管柱弯曲变形或损 坏。然后通过钢丝将投捞器下入井内逐级捞出各偏心配水器的 堵塞器，将堵塞器的死嘴子更换为不同尺寸的水嘴，根据各层 的吸水情况通过钢丝再将投捞器下人井内逐级投入偏心配水器 的偏孑L 内，进行分层注水。在注水过程当中
14、如果需要洗井，可 由套管泵人液体经底尾部循环凡尔进行反洗井。 ( 3 ) 管柱特点 该管柱具有锚定和补偿的功能，可以使封隔器长期处于静 图6 高压分层注水管柱 3 5 止和扶正状态，极大地延长了注水封隔器的工作寿命。该管柱 不仅适用于高温、高压分注井，同样也适应经常由于地面注水 系统故障、停电或管线穿孔造成频繁停泵的注水井，还适应斜 井分注，用途广泛。 1 5 快速投捞细分层注水工艺管柱 随着油田开发的不断深入，各层系小层之间的矛盾越来越 突出，部分小层内的剩余原油难以采出，为了解放这些小层， 使其发挥作用，必须进行细分层注水。快速投捞细分层注水管 柱就是针对这个问题开展研究的。 ( 1 )
15、管柱结构 该细分层注水管柱由Y 3 4 1 注水封隔器、桥式集成偏心配水 器、可循环的底部凡尔及筛管丝堵等组成( 见图7 ) 。 ( 2 ) 施工工艺 下完管柱后，油管内蹩压坐封封隔器，密封油套环空，使 得各油层分隔开来。然后由套管泵入配制好的套管保护液直到 充满整个油套环空，最后按要求注水、投捞测配。 ( 3 ) 管柱特点 桥式偏心配水器设计有两个水嘴，投捞一次可以调配两层 水嘴，不仅降低了投捞强度，而且受油层之间距离影响小，可 以更加容易地进行细分层注水。投捞水嘴采用钢丝液力助力投 捞技术进行投捞，通过该技术在不增加钢丝负荷的情况下成倍 ，增加对配水器堵塞器的拉拔力，打捞水嘴安全可靠。测试
16、仪由 图7 快速投捞细分层注水管柱压力计、流量计、温度孬集成：一次赢试可以同莳测猫磊荽的 压力、流量、温度共六个参数。 2 配套工具 目前分层注水使用的封隔器为较早研究的7 5 2 6 封隔器。该封隔器耐压差低、密封性 能较差。主要是因为其钢体强度低，反洗井密封是靠凡尔的钢性线密封进行密封的。由于反 洗井时的水击等因素影响和腐蚀影响，很容易失效。我们在研究各种配套管柱的同时，也对 其中的配套工具进行了完善和研究。 2 1Y 3 4 1 型分层注水封隔器 ( 1 ) 结构 Y 3 4 l 型分层注水封隔器由防撞、坐封、密封、重复锁紧、反洗井、解封等机构组成如 图8 。 3 6 图8Y 3 4 1 型分层注水封隔器结构图 ( 2 ) 工作原理 坐封时，油管内蹩压，液压经内中心管及下中心管孔眼分别作用在上、下两级坐封活塞 上，推动双级活塞上行剪断坐封销钉，双级活塞继续上行压缩胶筒密封油套环空，同时锁套 与锁环相互啮合锁紧，使胶筒不能回收，始终密封油套环空；反洗井时，套管液经上9 1 - 套开 孔流道进入，推
