陈浩(中海油能源发展股份有限公司工程技术公司，天津 300459)

0 引言

1 可反洗注水管柱简介

注水开发是海上油田高产稳产的重要措施之一，随着海上油田开发的发展，油田注水开发的需求日趋迫切。注水井长期注水不洗井，使得井下管柱结垢严重，注水压力上升，影响注水效果的同时严重干扰钢丝调配及动管柱作业。为了解决这类注水井开发的问题，迫切需要适合海上油田大排量、全井筒洗井的新式注水管柱，从根本上解决井下结垢问题。渤海注水井一般由油井转注，其砾石充填防砂的完井方式不具备洗井功能。不论传统式的注水管柱(例如：一投三分注水管柱、空心集成注水管柱)，或者新式注水管柱(例如：地面多管分注、边测边调注水管柱)都会因为注入水质较差，无法进行全井筒冲洗而出现各种问题。注水井长期注水不洗井，使得井下管柱腐蚀、结垢严重，同时严重影响了分注井的投捞作业和正常注水，极大地制约了油田的注水开发效果。如果能够实现对注水井日常维护的洗井工作，就可以解除油层堵塞、清除油管内外结垢的难题，从而延长注水井的修井周期，确保海上油田的稳产增产[1]。

1.1 自提升式可反洗注水管柱

该管柱在井内油管挂下部安装了一个液压提升装置，洗井时通过地面液压泵打压使液缸上提，带动液压装置以下整体管柱上升，使其下部注水管柱上的隔离密封提离隔离封隔器密封筒，从而建立起洗井通道。洗井结束后，利用注水管柱自重和地面液压泵向液缸下腔打压使其下部注水管柱下放，隔离密封重新进入隔离封隔器密封筒，实现层间封隔，主要管柱构成包括防返吐工作筒、沉沙单流阀及自提升装置等。

防返吐配水器在注水时，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。防返吐工作筒结构图，如图1所示。

图1 防返吐工作筒结构图

沉沙单流阀结构在正常生产时，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，如图2所示。

图2 沉沙单流阀结构图

自提升装置是此类新型注水管柱的主要装置，用于提升整体管柱，建立反洗井通道。自提升装置由两条连接到地面压力控制装置的注压管线提供动力源[2-3]。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，当需要提升管柱时，通过地面压力控制装置经收缩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，中心管在压力的作用下向上移动，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收缩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，管柱复位。自提升结构图，如图3所示。

图3 自提升结构图

1.2 不动管柱反洗井注水管柱

以现有的分注管柱为基础实现正常注水，反洗井时洗井液从油套环空进入，通过改进的定位密封和插入密封(增加桥式通道)进入防砂段，到达注水管柱下部，经单流阀由油管返出，其关键工具主要包括可反洗定位密封、可反洗插入密封装置及单流凡尔。

可反洗定位密封在正常注水时，如图4所示。定位密封的反循环洗井阀处于关闭状态，水流由油管内向下流经配水器工作筒进入地层；反循环清洗管柱时，洗井液由油套环空进入，在压差0.3 MPa的作用下使得洗井阀打开，并由洗井阀进入油套环空，实现对防砂段油管的冲洗。

图4 可反洗定位密封结构图

在空心集成注水工作筒的基础上，加装可反洗桥式通道，反洗井时洗井液由油套环空进入，在可反洗插入密封处通过洗井液进口进入，在一定压差下打开洗井阀流入下一防砂层段，最后通过油管底端单流阀由油管内返出地面。如图5所示。

图5 可反洗插入密封结构图

单流凡尔是一种单向阀，防止在正常注水时，液体由管柱最底部进入地层，反洗井时液体从本体底端进入，水压推动凡尔球向上运动，与凡尔球座之间形成过流通道，进行向上反循环洗井。

2 两种可反洗注水管柱的现场应用

2.1 自提升式可反洗注水管柱的现场应用

(1)试 注，使 用 泥 浆 泵 按3 MPa、5 MPa、8 MPa、10 MPa四个压力等级分别试注(试注水源为平台注入水)，每个压力等级的注入时间30 min，记录注入量，对泥浆泵出口处的水进行取样。

(2)连接液控管线，将液控管线与采油树处的上下两只截止阀连接，另一端与井口压力控制装置相连接，同时套管憋压5 MPa，作为管柱上提的判断依据。

(3)上提管柱进行洗井、取样。启动井口压力控制装置，进行打压，上提管柱到位后进行正洗，小排量 (5 m³/h)正洗，替出井筒环空中的柴油，并对环空死水进行取样3次，然后大排量反洗，并依次对防砂段内、油套环空内水样进行取样。

(4)下放管柱、验证洗井效果。再次使用泥浆泵按3 MPa、5 MPa、8 MPa、10 MPa四个压力等级分别试注，并与洗井前注入量进行对比。

根据洗井前后注入量数据进行比较，洗井后各个压力点下的注入量明显高于洗井前的注入量，说明洗井效果明显，洗井初期取样观察返出大量黑水，说明井下杂质能够随之返出，充分循环洗井后返出水样基本能与平台注入水一致。但部分井受自身井况影响，在反循环冲洗时能够带出井下杂质，但注入量却无法现实明显的提高。

2.2 不动管柱反循环洗井管柱的现场应用

(1)试注、使用泥浆泵选取特定压力值进行试注，并记录注入量。

(2)连接反循环洗井管线。

(3)反循环洗井，洗井过程中及时记录洗井压力及排量，定时取样，直至进出口水质一致。

(4)验证洗井效果。再次使用泥浆泵在特定压力值下进行试注，并与洗井前注入量进行对比。

以渤海某平台F26井首例不动管柱反循环洗井试验井的测试数据为例，在同样试注压力下，洗井前后的注入量无明显变化，但取样观察可以看出洗井初期同样返出大量黑色液体，洗出较多杂质。从洗井效果看，洗井后也达到了降低注水压力增加注水量的效果。反洗井前后的取样对比，如图6所示。

图6 反洗井前后的取样对比

3 两种管柱优缺点对比

(1)两种可反循环洗井注水管柱都能有效地对井下管柱进行除垢清洗，降低井口注水压力，增加单井注水量。

(2)自提升式可反洗注水管柱结构较为复杂，自提升装置尺寸相对较大，在下入注水管柱时需要平台吊车进行配合，而不动管柱反洗井管柱结构简单，作业程序与普通注水管柱下入程序一致，不增加额外工作量。

(3)自提升式可反洗注水管柱在反洗作业时工序繁琐，需要特定的液压站、液压泵，自提升装置收放速度较慢，且液压油受气温影响较大，温度较低时会延长管柱提升速度，整个洗井作业预计周期为2天；不动管柱反洗井管柱操作简单，连接洗井管线后即可进行反循环洗井作业，作业周期短。

(4)自提升式可反洗注水管柱的沉沙单流阀采用阀杆式密封，不受大排量反循环洗井所影响；不动管柱反循环洗井管柱的单流阀采用凡尔球与凡尔球座的密封方式，在反洗排量较大时，水流推动凡尔球向上运动至凡尔罩，凡尔球与凡尔罩之间也会形成密封，影响洗井效果。

(5)自提升式可反洗注水管柱是通过提升井下管柱，将定位密封、插入密封提出相应密封筒而形成反循环通道，洗井通道大，洗井效果佳；不动管柱反循环洗井管柱是通过定位密封、插入密封的桥式通道来实现反循环洗井，不过受自身结构限制，洗井阀可能会置于密封筒内，造成洗井通道窄，影响洗井效果。

(6)自提升式可反洗注水管柱的定位密封、插入密封的密封模块受管柱上提、下放影响，尤其是井斜大的情况下会产生严重磨损，造成层与层之间的串层，最终无法实现合理配注的要求。

4 结语

从两种新式可反洗注水管柱在渤海地区的应用效果看，两种方式都能实现有效的清洁管柱结垢，将井底杂质带出地面，洗井后均达到了降低注水压力增加注水量的效果，延长了注水井换管柱的作业周期，同时有效的降低了动管柱作业而产生的额外费用。而且渤海油田多口注水井反洗井的成功实例证实了两项技术的切实可行，并可以进一步推广应用，同时为注水井清洗除垢技术提供了一定的发展方向。针对两种新式管柱各自的优缺点及不同矿区的注水井情况，我们可以选择性使用合适的管柱，将反洗井效果最大化。