海上雙管注水雙控安全閥研制與應(yīng)用

姜廣彬，劉艷霞，聶文龍，張國玉，張 劍，郭林園

（勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營257000） ＊

海上雙管注水雙控安全閥研制與應(yīng)用

姜廣彬，劉艷霞，聶文龍，張國玉，張 劍，郭林園

（勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營257000）＊

雙管注水技術(shù)的生產(chǎn)安全控制是其應(yīng)用于海上油田的一大技術(shù)瓶頸，為此開展了同心雙管注水管柱安全控制工具的研制。試制完成的海上雙管注水單管雙控安全閥可以達(dá)到同時對雙管內(nèi)外注水空間起到安全控制的作用，滿足海上安全生產(chǎn)的要求。目前已在10口井中成功應(yīng)用，大幅提高了一級兩段分注井層段的合格率，對實(shí)現(xiàn)海上油田“精細(xì)注水”具有重要意義。

雙管注水；安全控制；海上油田

隨著我國海上油田的大規(guī)模開發(fā)，海上油藏產(chǎn)量越來越大。海上油田受地理環(huán)境限制以及盡快收回投資的要求，方案部署時都采用1套層系、大井距開發(fā)，故注水后出現(xiàn)比陸上相似油田更加嚴(yán)重的層間和平面矛盾。同時，由于地處海洋環(huán)境，鉆采工程和中心平臺、注采管網(wǎng)、流程等海工設(shè)施建設(shè)周期較長，施工能力有限，注水措施實(shí)施滯后，未進(jìn)行分層注水或分層不嚴(yán)格，配注能力不足，注采比達(dá)不到要求，導(dǎo)致地層壓力下降嚴(yán)重。

目前，勝利海上分注井以液控式分層注水工藝［1］為主，測試調(diào)配采用鋼絲投撈的方式，施工難度大、成本高，工藝繁瑣且分層合格率低［2］，加劇了油藏層間、平面矛盾，嚴(yán)重制約了油田提液開發(fā)效果。

雙管注水可以實(shí)現(xiàn)大壓差油層的有效分層注水，地面調(diào)配具有測調(diào)簡單、配注精確的特點(diǎn)［3］，同時不需要單獨(dú)進(jìn)行測試調(diào)配，省去大量的工作量。因此，雙管注水比較適合在海上油田應(yīng)用。由于海上安全控制的要求，同心雙管注水管柱一直未在海上應(yīng)用。為使雙管注水技術(shù)在海上成功應(yīng)用，開展了同心雙管注水管柱安全控制工具的研制。

1 同心雙管分注工藝技術(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)原理

同心雙管注水管柱包括補(bǔ)償器、單管雙控安全閥、液控封隔器、分流配水器及內(nèi)外2層油管等（如圖1所示），分層防砂管柱為油田常用的大通徑（?108mm）金屬氈濾砂管［4］。

井口采用雙懸掛器，?101.6mm（4英寸）外油管注上層，?60.325mm（2英寸）內(nèi)油管注下層，具備各自獨(dú)立注水通道，注入量由采油樹閘門控制。正常注水時，通過液控封隔器與密封插頭來封隔上、下2層，利用分流配水器實(shí)現(xiàn)分層注水，注水壓力的變化不會影響分層效果。停注洗井時，泄掉液控管線壓力解封液控封隔器，可分別沖洗雙管環(huán)空及內(nèi)管［5］。

圖1 同心雙管分注管柱結(jié)構(gòu)

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

1） 配套雙管安全閥，確保井下安全控制。

2） 具有獨(dú)立液控系統(tǒng)，可在地面驗(yàn)封。

3） 分層、分壓注水，注水量、注水壓力在井口控制，井下無配水裝置，測調(diào)在地面進(jìn)行。

4） 不動管柱能全井筒大排量洗井。

1.3 技術(shù)指標(biāo)

分層合格率 ≥90%

層間密封壓差 ≤20MPa

工作溫度 ≤120℃

適用井斜角 ≤60°

2 安全控制工具的研制

海上安全環(huán)保要求極高，應(yīng)用任何技術(shù)必須嚴(yán)格符合相關(guān)規(guī)定。安全控制工具是同心雙管分注工藝改進(jìn)的核心，經(jīng)設(shè)計(jì)研制及現(xiàn)場試驗(yàn)改進(jìn)，最終形成了可同時對雙管內(nèi)外注水空間起到安全控制作用的單管雙控安全閥［6－7］。

2.1 結(jié)構(gòu)原理

單管雙控安全閥主要包括內(nèi)管密封總成和環(huán)空密封總成2大部分，如圖2所示。內(nèi)管密封總成主要是對內(nèi)管的單向密封，從而起到安全控制作用；環(huán)空密封總成起到對環(huán)空的安全控制作用。

單管雙控安全閥有內(nèi)、外2層。正常工作時，由液控管線加壓，同時打開中心管內(nèi)密封閥板和環(huán)空內(nèi)密封活塞，下層注水從中心通道通過，配注下層，環(huán)空注水配注上層。當(dāng)出現(xiàn)問題導(dǎo)致液控管線泄壓時，單管雙控安全閥都會自動關(guān)閉，使中心管和環(huán)空被安全控制。

圖2 單管雙控安全閥結(jié)構(gòu)

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

1） 可以通過地面1根液控管線控制單管雙控安全閥。

2） 單管雙控安全閥可以同時對雙管注水井的內(nèi)管和環(huán)空起到安全控制作用。

3） 正常工作時可以保證正常注水和反洗井。

2.3 技術(shù)參數(shù)

開啟壓力 8～10MPa

工作壓力 30MPa

反向密封壓力 35MPa

整體密封壓力 30MPa

3 單管雙控安全閥室內(nèi)試驗(yàn)

3.1 整體性能試驗(yàn)

對單管雙控安全閥的試驗(yàn)是在井下安全閥檢測實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，安裝好儀器后（如圖3所示），將雙控安全閥下端用絲堵密封，從液控管線加壓，測試安全閥閥板開啟壓力。然后將安全閥兩端壓差增加到工作壓力25MPa，在室內(nèi)穩(wěn)壓100d，測試安全閥兩側(cè)壓降。最后將液壓系統(tǒng)泄壓，將安全閥兩側(cè)反向加壓，測試其反向密封壓力。改變不同壓力及參數(shù)，重復(fù)上述過程［8］。

圖3 單管雙控安全閥室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動記錄。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)界面如圖4所示，測試結(jié)果如表1。

圖4 壓力記錄系統(tǒng)界面

表1 單管雙控安全閥整體性能試驗(yàn)結(jié)果

3.2 環(huán)空密封試驗(yàn)

單管雙控安全閥環(huán)空密封試驗(yàn)主要包括閥板的開啟壓力、反向密封壓力以及彈簧恢復(fù)性能。試驗(yàn)場所及流程與上述試驗(yàn)類似，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 單管雙控安全閥環(huán)空密封試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 內(nèi)密封試驗(yàn)

單管雙控安全閥內(nèi)密封試驗(yàn)主要包括內(nèi)閥板的開啟壓力、反向密封壓力以及扭簧恢復(fù)性能。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 單管雙控安全閥內(nèi)密封試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.4 試驗(yàn)結(jié)論

1） 注水系統(tǒng)開啟正常，泄壓正常。

2） 密封裝置密封性能穩(wěn)定。

3） 工具性能達(dá)到現(xiàn)場使用要求。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

為了更好地驗(yàn)證該技術(shù)的可靠性，2010－08在埕島油田埕北1C－3井進(jìn)行了第1口的現(xiàn)場應(yīng)用。截至目前，該工藝技術(shù)在海上油田應(yīng)用10井次，施工成功率90%，分層合格率100%，調(diào)配準(zhǔn)確率98%，完全達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)并取得了良好的應(yīng)用效果。雙管注水現(xiàn)場應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)如表4。

表4 雙管注水現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)

4.1 典型施工方案

CB1C－3井完井時首先將注水外管下至單管雙控安全閥位置，再下內(nèi)管，內(nèi)管下到位后由單管雙控安全閥連接內(nèi)外管。外管下至設(shè)計(jì)位置后，接油管緩慢下入探底，丈量油管長度，配管柱，確保管柱加壓30～50kN，完成注水外管柱下入，裝大懸掛器及上法蘭，最后下內(nèi)管至設(shè)計(jì)位置，裝小懸掛器。

外管注水管柱組成（自下而上）：分流配水器＋?101.6mm（4英寸）油管＋液控封隔器＋液控保護(hù)閥＋單管雙控安全閥；內(nèi)管注水管柱組成（自下而上）：定位接頭＋篩管＋注水閥＋?70.025mm（2英寸）油管＋液控封隔器＋分流配水器＋?60.325 mm（2英寸）油管＋補(bǔ)償器＋單管雙控安全閥。

4.2 應(yīng)用效果

2010－08－10，CB1C－3井分層注水管柱1次下井成功，驗(yàn)封、分層注水均合格。2010－09－02投注以來已正常生產(chǎn)3個月，目前注水干壓8.3MPa，上層油壓4.7MPa，配注80m3，日注80m3；下層油壓5.6 MPa，配注55m3，日注55m3。

5 結(jié)論

1） 針對海上同心雙管注水工藝的安全問題研制了單管雙控安全閥，成功將雙管注水工藝應(yīng)用于海上油田。

2） 解決了海上注水井測調(diào)難題，提高了一級二段分注井層段合格率，為實(shí)現(xiàn)“精細(xì)注水、有效注水”提供了有力技術(shù)支撐。

3） 鑒于內(nèi)油管較薄及可能進(jìn)行的復(fù)合驅(qū)等不同注入方式，應(yīng)進(jìn)一步提高防腐處理質(zhì)量，延長管柱免修期，并跟蹤分析雙管分層注水工藝的應(yīng)用情況。

［1］ 李常友，劉明慧，賈兆軍，等.液控式分層注水工藝技術(shù)［J］.石油機(jī)械，2008，36（9）：102－104.

［2］ 賈慶升.液控式同心雙管分層注水技術(shù)［J］.石油機(jī)械，2009，37（5）：59.

［3］ 杜 勇，侯洪濤，劉 健，等.地面液控同心雙管分層注水工藝［J］.油氣田地面工程，2010，29（2）：47.

［4］ 姜廣彬，鄭金中，張國玉，等.埕島油田3種分層防砂分層注水技術(shù)分析［J］.石油礦場機(jī)械，2010，39（8）：71－74.

［5］ 呂億明，王 百，黃 偉，等.水平井找水測試一體化工藝技術(shù)［J］.石油礦場機(jī)械，2011，40（2）：93－95.

［6］ 趙奇祥.新型投撈式恒流配水器設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.石油礦場機(jī)械，2010，39（7）：49－53.

［7］ 楊建斌，王鳳秋，戴志宏，等.大通徑導(dǎo)流器研制與應(yīng)用［J］.石油礦場機(jī)械，2011，40（7）：80－81.

［8］ 孫桂玲，竇守進(jìn)，關(guān) 巍，等.雙通路偏心分注技術(shù)適應(yīng)性改進(jìn)與試驗(yàn)［J］.石油礦場機(jī)械，2010，39（7）：84－89.

Development and Application of Double Controllable Safety Valve for Double String Injection in Offshore Water Injection Well

JIANG Guang－bin，LIU Yan－xia，NIE Wen－long，ZHANG Guo－yu，ZHANG Jian，GUO Lin－yuan
（Oil Production Research Institute，Shengli Oilfield Company，Dongying257000，China）

When double string injection technology was used on offshore wells the safety control turned out to big problem to be solved.A safety control device was developed.After design and improvement，the double controllable safety valve was developed for double string water injection in offshore oilfield.It can control the safety of both inner center space and outer annulus space.This can meet the safety production requirement for the offshore oilfield.By now it has been successfully used in 10wells.The one grade two sections block efficiency is improved greatly and it has an important significance in offshore oilfield water injection.

double string injection；safety control；offshore oilfield

1001－3482（2012）11－0069－04

TE927

B

2012－05－22

姜廣彬（1980－），男，山東臨清人，工程師，碩士，主要從事淺海采油工藝技術(shù)研究，E－mail：jianggb123＠yahoo.com.cn。