自提升式可洗井注洗管柱的设计及应用

2013-12-23赵德喜郭雯霖白健华司念亭代向辉

石油钻采工艺 2013年2期

赵德喜郭雯霖白健华司念亭代向辉

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

海上注水开发油田注入水为处理后的污水，受现有污水处理工艺的限制和技术改造资金的制约，回注污水水质普遍较差，直接影响到油田开发效果［1］。渤海自营油田的注水井一般采用分层的砾石充填防砂完井［2-3］，目前的分层注水管柱不具有洗井功能，传统的拆采油树后上提注水管柱，将井下隔离密封提开后的循环洗井方式不但时间长、费用高，而且直接影响到海上生产平台其他油水井措施的实施。陆上油田注水井大部分是Ø139.7 mm 套管完井的直井，其反洗井分层注水工艺管柱［4］不适用于海上Ø244.5 mm 套管先期防砂完井的井况要求。为此，研制出自提升式可洗井注洗管柱［5］，解决了目前渤海先期分层防砂的分层注水井无法洗井的问题。

1 技术分析

1.1 管柱结构

根据目前海上油田Ø244.5 mm 套管先期防砂完井的特点，综合考虑各种因素，设计了自提升式可洗井注洗管柱（见图1），主要由以下部分组成：（1）提升装置，放置在油管挂下20 m 左右，是整个管柱的核心部件，用于提升整体管柱，建立反洗井通道；（2）滑套，提供顶部封隔器以上洗井通道；（3）定位密封，使整个管柱在此定位，防止管柱的蠕动，延长管柱寿命，同时保证下部插入密封配管；（4）防返吐工作筒，每个工作筒对应一个油层，外部设有防返吐装置，防止反洗井时出现短路现象；（5）隔离封隔器和插入密封；（6）单流阀。

图1 工艺管柱示意图

1.2 工作原理

地面控制器通过液控管线给提升装置供压，控制其中心管的收放，从而达到整体管柱上提、下放，建立洗井通道的目的；防砂段采用一个配水工作筒对一个油层，内径逐级递减并配合相应的配水器，从而实现分层配注，洗井时关闭注水通道，避免出现洗井短路；管柱底部设有单流阀，注水时作用等同于圆堵，洗井时用于建立反洗通道。

1.3 主要技术参数

防砂通径（密封筒内径）：适用于98.6 mm、101.6 mm、120.7 mm；

单层最大注水量：700 m3/d；

注水工作压差：12 MPa；

分注层数：≤4 层；

适用于Ø244.5 mm 和Ø177.8 mm 套管井筒，井斜≤60°。

2 关键工具

2.1 提升装置

2.1.1 工作原理提升装置（图2）同生产管柱一次下井，由两条连接到地面压力控制装置的注压管线提供动力源。提升装置上部为键与滑道组成的扭矩传递结构，保证中心管在上下移动过程中可以全程传递扭矩。此外，中心管下部还设有由定位卡爪及限位活塞组成的限位机构，定位卡爪与中心管连接，无相对移动，下壳体内设有与定位卡爪相配合的定位台肩，当提升装置随管柱一起下井时，提升装置处于最长伸长状态，定位卡爪定位端与下壳体内的定位台肩配合，锁定相对位置，限位活塞则在空气腔压力的作用下保持在与定位卡爪相配合的位置，防止提升装置因中心管受向上力而自然收缩。当需要提升管柱时，通过地面压力控制装置经注压管线对提升装置下腔增压，空气腔内空气压缩，定位活塞向下移动，当移动到一定距离时，定位活塞完全脱离开定位卡爪，同时，中心管在压力的作用下向上移动，带动定位卡爪脱离下壳体内的定位台肩，从而带动下部活动管柱上升；当洗井作业完成，需要恢复管柱至生产状态时，通过地面压力控制装置经注压管线向提升装置下腔注入压力，管柱向下移动，洗井通道关闭，管柱恢复原位。

图2 提升装置

2.1.2 技术参数

最大外径：210 mm；

内通径：74 mm；

总长：8 500 mm；

最大提升力：500 kN；

最大行程：3.5 m；

密封等级：35 MPa。

2.1.3 技术特点（1）可实现不动井口提升井下管柱；（2）提升力500 kN；（3）适用于Ø244.5 mm 套管。

2.2 井口压力控制装置

井口压力控制装置包括数据采集系统和压力控制系统。数据采集系统记录管柱上提、下放行程，保证管柱操作的安全性；压力控制系统保证在安全的压力范围内对管柱进行上提、下放操作。

2.3 防返吐工作筒

2.3.1 工作原理采用防返吐配水器，注水时，通过压差打开工作筒的开启阀，形成注水通道；当注水井停注时，地层和井筒被隔离，避免造成地层吐砂问题，同时防止洗井时出现短路现象的发生。结构见图3。

图3 防返吐工作筒

2.3.2 技术参数

最大外径：102 mm、97 mm；

内通径：62 mm、59.5 mm、57 mm、54.5 mm；

总长：906 mm。

2.3.3 技术特点

（1）带有防返吐装置；

（2）最多可分注4 层；

（3）适用于Ø98.6 mm、Ø101.6 mm、Ø120.7 mm防砂内通径要求。

2.4 沉砂单流阀

2.4.1 工作原理正常生产时，阀杆与本体主通道密封，实现单流功能，沉砂通道下端可接油管，油管连接圆堵，进行沉砂处理；反洗井时，液体从本体对称侧孔进入，水压推动阀杆脱离密封接触面向上运动，形成过流通道，进行向上反循环洗井。为防止双T 盘根在反洗井时脱落，采用压帽结构固定，见图4。

图4 沉砂单流阀

2.4.2 技术参数

最大外径：97 mm；

总长：879 mm；

密封等级：35 MPa。

2.4.3 技术特点

（1）具备灵活可调的沉砂空间；

（2）金属和橡胶双重密封结构；

（3）适用于Ø98.6 mm、Ø101.6 mm、Ø120.7 mm防砂内通径要求。

3 施工注意事项

（1）每1 000 m 油管丈量误差应在±0.2 m 以内。下井油管要清洗干净，无弯曲、无损坏，并逐根用标准油管规通过。

（2）要求下钻平稳，速度控制在300 m/h。当注水管柱接近、进入顶部防砂封隔器及各级隔离封隔器时要缓慢下放，直到管柱下到设计深度。

（3）所有插入密封下入深度必须在相应的隔离封隔器上密封筒，其一部分密封单元要超过密封筒上部。

（4）测试仪器要求按30 m/min 以内的速度下入。

（5）洗井水必须为地热水或注入水。

4 应用情况

研制的自提升式可洗井注洗管柱经过试验，各项指标均达到设计要求。在岐口17-2 油田、锦州25-1/9-3 油田、渤中28-2s 油田及绥中36-1 油田开展现场应用试验9 井次，管柱上提、下放顺利，分层密封可靠，并实现了大排量反洗井，工艺成功率100%，有效解决了目前渤海先期分层防砂的分层注水井无法洗井的问题。