延長分注井免修期工藝管柱技術研究

【摘 要】本文從懸掛式深井多層偏心分注管柱的受力分析入手，對目前吐哈油田普遍采用的分注管柱進行了失效分析。分注管柱無錨定機構，注水狀況變化會引起管柱蠕動，縮短封隔器使用壽命或導致封隔器失效。

【關鍵詞】分注管柱；延長免修期；分注工

從國內外分層注水技術發展趨勢來看，當井深超過2000米時，國外一般都采用錨定式的分注管柱。國內限于井下工具的制約，還處于探索試驗階段；對于由于工況變化引起管柱伸縮的研究，雖有一定的理論基礎，但缺少有力的試驗數據，所以采取的針對措施一直不力，但總的發展方向仍然是解決管柱的“平衡、錨定、補償”等幾個問題；國內部分油田正在進行這方面的研究試驗工作。

一、常規分注管柱失效分析

當前吐哈油田分注管柱普遍使用無錨定偏心分注管柱，主要由偏心配水器和Y341壓縮式、可反洗井注水封隔器配套組成，在現場使用過程中，這種管柱工作壽命短，作業沖檢較頻繁，部分井免修期不到一年。通過對分注管柱配套工具及分注管柱工作時壓力、溫度對井下工具影響的分析認為，封隔器失效原因：一是當封隔器在井下高溫高壓條件下長時間工作時，膠筒很容易老化、從而破損脫落，造成分注管柱失效；二是停、開井及注水壓力波動時，由于壓力效應和溫度效應的影響，造成分注管柱在井下蠕動，從而帶動封隔器在套管里上下移動，使封隔器膠筒極易被磨損、撕裂，失去密封性能，造成分注管柱失效。而管柱蠕動是造成目前分注管柱工作壽命短、作業沖檢頻繁的主要原因。因此，研究管柱錨定技術，延長管柱壽命非常必要。

下面以常規二級二層分注管柱作為研究對象，選取目前普遍使用的2-7/8 UP TBG油管（油管彈性模量E=206GPa）進行分析研究。

（一）受力分析：以長度L=2500m的常規二級分注管柱作為研究對象，選取目前普遍使用的2-7/8（∮73mm）油管，對常規分注管柱進行受力分析。

1、完井投注至注水正常時：完井時，管柱的自重、井口懸掛力、井筒液體對管柱的上浮力處于平衡狀態。

2、測試上層時（下層停注）：測試上層時，由于下層堵死停注，與正常注水時受力相比較，上頂力消失，在內應力、向下頂力和2f的作用下管柱重新失去平衡而伸長。

3、停注時：井下介質溫度上升，上頂力消失，管柱重新伸長至與投注前相一致，封隔器重新回到原完井時位置。

（二）結論

1、從受力分析及計算中可以看出，當注水井工況（壓力、溫度）發生變化時，引起管柱受力狀況發生變化，因而導致管柱發生蠕動，從而帶動封隔器膠筒的蠕動，使膠筒工作條件變差，影響分注管柱壽命。2、管柱收縮或伸長，對于上提或下放解封的注水封隔器，有可能使封隔器解封。

二、延長免修期分注工藝研究

為克服分注管柱蠕動，延長管柱壽命，深入開展了錨定分注管柱技術研究。

（一）錨定分注管柱技術研究：通過對常規分注管柱受力分析以及工況變化移動計算，提出了以下兩種錨定式分層注水工藝管柱。

1、底部錨定分注管柱：管柱結構：主要由Y341-115封隔器、KPX-114偏心配水器、永久式底部錨定器、KSL-94水力循環凡爾、KDL-94單流閥以及密封插管組成。

管柱優點：

①管柱依靠底部錨定器錨定，可避免工況變化引起的管柱蠕動，提高分注管柱的使用壽命；②管柱壽命長（不低于3年），承受壓差高（35MPa以上）；③上部管柱沖檢時不用起出底部錨定器；④完井后管柱處于張力狀態，可大大減少投撈工具串的卡阻現象；⑤可反洗井；

缺點：多增加一趟起下鉆作業，增加了作業費用。

2、上部錨定分注管柱

方案一

管柱結構：主要由固定式工作筒、Y411封隔器、Y341封隔器、偏心配水器以及水力循環凡爾組成。

管柱特點：

①采用Y411封隔器錨定管柱，避免了注水封隔器解封及注水過程中的管柱蠕動，可有效提高管柱的使用壽命；②可反洗井、但洗井深度不到管腳；③Y411封隔器錨牙對套管損傷較小。

方案二

管柱結構：主要由高效水力錨、Y341封隔器、偏心配水器以及水力循環凡爾組成。

管柱特點：

①采用高效水力錨錨定管柱，避免了注水封隔器解封及注水過程中的管柱蠕動，可有效提高管柱的使用壽命；②可反洗井、且洗井深度可洗至管腳；③高效水力錨的錨牙對套管損傷較小。

（二）錨定方式的選擇：以下從管柱蠕動情況、受力情況、壽命等幾方面對上述兩種錨定方式的分注工藝管柱進行了比較，比較結果見表1。

表1：兩種錨定方式工藝管柱性能比較情況表

從表1比較結果表明，兩種方案都可消除管柱蠕動，雖然底部錨定分注管柱比上部錨定分注管柱壽命長，但由于吐哈油田油藏改造頻繁，管柱壽命達到2.5年可以滿足油田分注要求，而前者單井作業費用、管柱成本比后者高出約2萬元/井次，因此從節約成本出發，若想大范圍推廣應用錨定分注管柱，宜優先考慮應用上部錨定方式的分注工藝管柱，所以我們選擇上部錨定方式的三種分注工藝管柱方案。

三、現場施工方案編制與實施

（一）施工方案編制：上部錨定方式分注工藝管柱的三種管柱設計方案對吐哈油田的現場應用都具有一定的適用性。根據單井分注地質設計和錨定方式的實際選擇情況，可設計出適合本井的施工方案。

（二）現場實施及效果：該技術的研究與試驗應用始于2010年，去年在溫米油田共實施了2口井的上部錨定分注管柱，其中1口井以Y411-115封隔器作為錨定工具，另1口井用高效水力錨作為錨定工具。2011年在溫米油田共實施了6口井，其中2口井以機械錨作為錨定工具，另4口井用高效水力錨作為錨定工具。

評價上部錨定分注管柱試驗效果的方法很多：

一是準確錄取、掌握每次投撈測試資料，根據封隔器的密封情況評價管柱的錨定效果。二是采用井下流量測試來判斷封隔器的密封情況，進而評價管柱的錨定效果。三是采用“電子壓力計分注管柱封隔器驗漏驗封技術”。該技術為分注管柱封隔器驗封提供了一種實用而有效的手段，為油田實現“注夠水、注好水”的目標提供了重要的技術保障，對提高油田分注效果具有十分重要的意義。四是采用磁定位校深，通過對常規分注管柱和上部錨定分注管柱在不同工況下管柱情況的測定，比較測試結果，從而確定錨定分注管柱的錨定效果。

從階段效果來看，目前管柱錨定狀況和封隔器的密封情況均為良好，達到了預期的應用效果。但是延長免修期的試驗應用本身需要較長時間的觀察，才能對該項技術的效果作最終的評價。從目前的應用情況看，可以把分注井的免修期延長至2～3年，以滿足油田開發的需要。

四、結論

1、目前吐哈油田普遍采用的懸掛式深井多層偏心分注管柱，無錨定機構，工況變化會引起管柱蠕動，容易導致封隔器失效，從而縮短分注管柱的使用壽命。2、該技術所設計的工藝管柱是在目前吐哈成熟的懸掛式深井多層偏心分注工藝管柱的基礎上研制的，能滿足吐哈油田現場分注施工作業技術的要求。3、該技術所設計的延長分注井免修期工藝管柱能解決吐哈油田分注井的管柱蠕動問題。4、從階段效果來看，管柱錨定效果和封隔器的密封情況均良好，可以延長分注井的免修期，滿足油田開發對分注技術的要求。

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