自提升式可洗井注洗管柱的設計及應用

趙德喜 郭雯霖 白健華 司念亭 代向輝

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

海上注水開發油田注入水為處理后的污水， 受現有污水處理工藝的限制和技術改造資金的制約， 回注污水水質普遍較差，直接影響到油田開發效 果［1］。渤海自營油田的注水井一般采用分層的礫石充填防砂完井［2-3］，目前的分層注水管柱不具有洗井功能，傳統的拆采油樹后上提注水管柱，將井下隔離密封提開后的循環洗井方式不但時間長、費用高，而且直接影響到海上生產平臺其他油水井措施的實施。陸上油田注水井大部分是?139.7 mm 套管完井的直井，其反洗井分層注水工藝管柱［4］不適用于海上?244.5 mm 套管先期防砂完井的井況要求。為此，研制出自提升式可洗井注洗管柱［5］，解決了目前渤海先期分層防砂的分層注水井無法洗井的問題。

1 技術分析

1.1 管柱結構

根據目前海上油田?244.5 mm 套管先期防砂完井的特點，綜合考慮各種因素，設計了自提升式可洗井注洗管柱（見圖1），主要由以下部分組成：（1）提升裝置，放置在油管掛下20 m 左右，是整個管柱的核心部件，用于提升整體管柱，建立反洗井通道；（2）滑套，提供頂部封隔器以上洗井通道；（3）定位密封，使整個管柱在此定位，防止管柱的蠕動，延長管柱壽命，同時保證下部插入密封配管；（4）防返吐工作筒，每個工作筒對應一個油層，外部設有防返吐裝置，防止反洗井時出現短路現象；（5）隔離封隔器和插入密封；（6）單流閥。

圖1 工藝管柱示意圖

1.2 工作原理

地面控制器通過液控管線給提升裝置供壓，控制其中心管的收放，從而達到整體管柱上提、下放，建立洗井通道的目的；防砂段采用一個配水工作筒對一個油層，內徑逐級遞減并配合相應的配水器，從而實現分層配注，洗井時關閉注水通道，避免出現洗井短路；管柱底部設有單流閥，注水時作用等同于圓堵，洗井時用于建立反洗通道。

1.3 主要技術參數

防砂通徑（密封筒內徑）：適用于98.6 mm、101.6 mm、120.7 mm；

單層最大注水量：700 m3/d；

注水工作壓差：12 MPa；

分注層數：≤4 層；

適用于?244.5 mm 和?177.8 mm 套管井筒，井斜≤60°。

2 關鍵工具

2.1 提升裝置

2.1.1 工作原理 提升裝置（圖2）同生產管柱一次下井，由兩條連接到地面壓力控制裝置的注壓管線提供動力源。提升裝置上部為鍵與滑道組成的扭矩傳遞結構，保證中心管在上下移動過程中可以全程傳遞扭矩。此外，中心管下部還設有由定位卡爪及限位活塞組成的限位機構，定位卡爪與中心管連接，無相對移動，下殼體內設有與定位卡爪相配合的定位臺肩，當提升裝置隨管柱一起下井時，提升裝置處于最長伸長狀態，定位卡爪定位端與下殼體內的定位臺肩配合，鎖定相對位置，限位活塞則在空氣腔壓力的作用下保持在與定位卡爪相配合的位置，防止提升裝置因中心管受向上力而自然收縮。當需要提升管柱時，通過地面壓力控制裝置經注壓管線對提升裝置下腔增壓，空氣腔內空氣壓縮，定位活塞向下移動，當移動到一定距離時，定位活塞完全脫離開定位卡爪，同時，中心管在壓力的作用下向上移動，帶動定位卡爪脫離下殼體內的定位臺肩，從而帶動下部活動管柱上升；當洗井作業完成，需要恢復管柱至生產狀態時，通過地面壓力控制裝置經注壓管線向提升裝置下腔注入壓力，管柱向下移動，洗井通道關閉，管柱恢復原位。

圖2 提升裝置

2.1.2 技術參數

最大外徑：210 mm；

內通徑：74 mm；

總長：8 500 mm；

最大提升力：500 kN；

最大行程：3.5 m；

密封等級：35 MPa。

2.1.3 技術特點 （1）可實現不動井口提升井下管柱；（2）提升力500 kN；（3）適用于?244.5 mm 套管。

2.2 井口壓力控制裝置

井口壓力控制裝置包括數據采集系統和壓力控制系統。數據采集系統記錄管柱上提、下放行程，保證管柱操作的安全性；壓力控制系統保證在安全的壓力范圍內對管柱進行上提、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，注水時，通過壓差打開工作筒的開啟閥，形成注水通道；當注水井停注時，地層和井筒被隔離，避免造成地層吐砂問題，同時防止洗井時出現短路現象的發生。結構見圖3。

圖3 防返吐工作筒

2.3.2 技術參數

最大外徑：102 mm、97 mm；

內通徑：62 mm、59.5 mm、57 mm、54.5 mm；

總長：906 mm。

2.3.3 技術特點

（1）帶有防返吐裝置；

（2）最多可分注4 層；

（3）適用于?98.6 mm、?101.6 mm、?120.7 mm防砂內通徑要求。

2.4 沉砂單流閥

2.4.1 工作原理 正常生產時，閥桿與本體主通道密封，實現單流功能，沉砂通道下端可接油管，油管連接圓堵，進行沉砂處理；反洗井時，液體從本體對稱側孔進入，水壓推動閥桿脫離密封接觸面向上運動，形成過流通道，進行向上反循環洗井。為防止雙T 盤根在反洗井時脫落，采用壓帽結構固定，見圖4。

圖4 沉砂單流閥

2.4.2 技術參數

最大外徑：97 mm；

總長：879 mm；

密封等級：35 MPa。

2.4.3 技術特點

（1）具備靈活可調的沉砂空間；

（2）金屬和橡膠雙重密封結構；

（3）適用于?98.6 mm、?101.6 mm、?120.7 mm防砂內通徑要求。

3 施工注意事項

（1）每1 000 m 油管丈量誤差應在±0.2 m 以內。下井油管要清洗干凈，無彎曲、無損壞，并逐根用標準油管規通過。

（2）要求下鉆平穩，速度控制在300 m/h。當注水管柱接近、進入頂部防砂封隔器及各級隔離封隔器時要緩慢下放，直到管柱下到設計深度。

（3）所有插入密封下入深度必須在相應的隔離封隔器上密封筒，其一部分密封單元要超過密封筒上部。

（4）測試儀器要求按30 m/min 以內的速度下入。

（5）洗井水必須為地熱水或注入水。

4 應用情況

研制的自提升式可洗井注洗管柱經過試驗，各項指標均達到設計要求。在岐口17-2 油田、錦州25-1/9-3 油田、渤中28-2s 油田及綏中36-1 油田開展現場應用試驗9 井次，管柱上提、下放順利，分層密封可靠，并實現了大排量反洗井，工藝成功率100%，有效解決了目前渤海先期分層防砂的分層注水井無法洗井的問題。

5 結論

（1）針對海上油田插入密封防砂完井特點，設計出了一種全新的自提升式洗井工藝管柱，滿足了大排量洗井工藝的需求。

（2）提升裝置可全程傳遞扭矩，采用上提與下放雙向可控設計，避免了下放管柱時下放不到位的問題，活塞兩側采用平衡設計，避免了洗井壓力對提升裝置的影響。

（3）單流閥具有導向功能，適用于大斜度井中，雙密封配合可防止沉砂進入密封面，造成單流閥失效，保證了反洗通道安全可靠。

［1］ 劉振國.注水井洗井影響因素與對策［J］.油氣田地面工程，2010，33（12）：59-60.

［2］ 萬仁溥.現代完井工程［M］.1 版.北京.石油工業出版社，1996：42-47.

［3］ 朱俊榮.水平井裸眼礫石充填防砂完井工藝在勝利油田海上的應用［J］.石油鉆采工藝，2010，30（2）：106-108.

［4］ 宋顯民，孫成材，陳雷軍，等.深斜井偏心定量早期分注技術［J］.石油鉆采工藝，2007，29（5）：78-81.

［5］ 中國海洋石油總公司，中海石油（中國）有限公司天津分公司.自提升式可洗井注洗管柱：中國，201120238815.9［P］.2012-05-16.