分層注水管柱設(shè)計

張旭(茨榆坨采油廠采油作業(yè)二區(qū)，遼寧 沈陽 110206)

分層注水管柱設(shè)計

張旭(茨榆坨采油廠采油作業(yè)二區(qū)，遼寧 沈陽 110206)

分層注水是保持地層壓力，穩(wěn)定油田產(chǎn)能的重要手段。是目前國內(nèi)外采油過程中非常常用的一個辦法，經(jīng)過實踐的檢驗發(fā)現(xiàn)這種注水辦法能夠有效的防止在注水過程中單層突進(jìn)的情況發(fā)生。而作為分層注水的井下通道的管柱，其性能以及設(shè)計的好壞是能夠直接影響到注水工作的效率的。因為目前國內(nèi)的油田分層注水的管柱都是采用的上個世紀(jì)六、七十年代的設(shè)計，套用到現(xiàn)在的石油開采工序當(dāng)中本來就存在著很多問題。再加上現(xiàn)在油田本身含水率等等指標(biāo)的變化，所以說完善分層注水中的管柱設(shè)計其實是非常有必要的。

分層注水技術(shù)；管柱設(shè)計；優(yōu)化措施

隨著國內(nèi)石油行業(yè)的不斷發(fā)展，西部以及東部的老油田都相繼進(jìn)入了開發(fā)困難的階段。雖然說分層注水的一些工作原理現(xiàn)在已經(jīng)比較完善了，但是管柱的設(shè)計上目前還是存在很大的問題。過去的分層注水管柱對于高溫高壓分注這樣的工序要求實在是很難滿足的。所以說我們分層有必要對分層注水當(dāng)中管柱的優(yōu)化設(shè)計工作進(jìn)行研究，這對于穩(wěn)定分層注水的效果是有重要的意義的。下文是筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗對此進(jìn)行的總結(jié)。

1 國內(nèi)外在這方面研究的理論支持

1.1 國外的研究

隨著國內(nèi)石油行業(yè)的發(fā)展，相關(guān)的開發(fā)技術(shù)也是在不斷完善當(dāng)中。早在上個世紀(jì)50年代開始，有關(guān)專家就開始了這方面的研究，那個時候他們分別利用了不同的研究方法，在不同的油田井眼之下對管柱穩(wěn)定性方面的問題進(jìn)行了研究。而隨著油田開發(fā)技術(shù)的不斷完善，在這個領(lǐng)域內(nèi)的研究考慮的因素也是越來越全面。相關(guān)的理論成果已經(jīng)被應(yīng)用到了實際的采油生產(chǎn)當(dāng)中，也取得了良好的效果。

雖說早期鉆井過程中一般都是采用較高的鉆壓，但是因為壓力過大，所以井眼的品質(zhì)是很難保證的。所以那個時候要花很大的精力在“防斜打直”這個問題上，直到1950年國外的學(xué)者提出了鉆柱在垂直平面內(nèi)的彎曲方程，指出了鉆柱在井眼中失穩(wěn)彎曲后的不規(guī)則運動才是造成井眼品質(zhì)降低的關(guān)鍵。這算是為提高管柱穩(wěn)定性的研究打下了開端。

封隔器的出現(xiàn)可以說是對油田注水作業(yè)帶來了新的思考，利用封隔器進(jìn)行的酸化以及壓裂、試油等作業(yè)是能夠提高原油的產(chǎn)出效率的。但是早期的作業(yè)當(dāng)中卻經(jīng)常出現(xiàn)管柱螺旋狀彎曲的狀況，于是1962年J.L.Logan等人對這個問題進(jìn)行了研究，他們分別從膨脹效應(yīng)以及活塞效應(yīng)等4個方面對管柱的軸向載荷進(jìn)行了計算，并且提出了關(guān)于管柱彎曲的完整的表達(dá)公式。這些都會分層注水中的管柱設(shè)計提出了重要的參考。

1.2 國內(nèi)的研究

相比較國外，我國在上個世紀(jì)80年代才開始了這方面的研究工作，雖然如此但是在有關(guān)學(xué)者的努力之下，還是對國外文獻(xiàn)當(dāng)中的實驗精度做出了自己的論證。而這些論證在后期的油田分層注水的工作開展當(dāng)中，為我們的作業(yè)提供了重要的參考意見。

2 分層注水管柱的基本概況

2.1 管柱

管柱的結(jié)構(gòu)主要是由KQW、伸縮補(bǔ)償器、水井雙向錨、偏心配水器等組成的。其工作原理主要是在管柱下井的過程中利用封隔器的作用將各層段卡開，當(dāng)管柱下完之后再從油管內(nèi)部進(jìn)行蹩壓，來驗證管柱漏失的情況。再繼續(xù)蹩壓讓封隔器封隔油套環(huán)空，這樣就能使得各油層分隔成相對密閉的結(jié)構(gòu)，為實現(xiàn)分層注水打下了基礎(chǔ)。繼續(xù)蹩壓到最高值20Mpa的時候，需要剪斷管柱伸縮補(bǔ)償器的剪釘，這是伸縮補(bǔ)償器的伸縮爪就能夠開始工作。在這個工序當(dāng)中借助伸縮管就可以消除管柱的軸向應(yīng)力，防止管柱因為變形而損壞。最后只需要根據(jù)各油層的吸水情況進(jìn)行分層注水就可以了，需要注意的是如果在注水過程中需要洗井，那么一定要按照相關(guān)的操作規(guī)范來進(jìn)行。

2.2 高溫高壓膠筒

高溫高壓膠筒是分層注水當(dāng)中重要的配套工具，因為在結(jié)構(gòu)上的特殊性，所以說要選用質(zhì)量靠譜的原料制作的膠筒。而且還應(yīng)該考慮材料的耐油性以及耐熱性，因為采油工藝的原因要保證膠筒有非常可靠的延展性能和耐磨性能。膠筒本身的制作過程其實對于硫化工藝就是一個相當(dāng)有難度的考驗，因為這種本身的厚壁橡膠制品如果硫化工藝不當(dāng)，是很容易出現(xiàn)氣泡的。所以說制作過程中為了保證產(chǎn)品質(zhì)量一般是采用的是先注壓后模壓的生產(chǎn)方式。

其實影響物理效能還有一個因素，那就是有無加裝保護(hù)碗。經(jīng)過有關(guān)的實驗我們可以得出這樣一個結(jié)論，那就是加裝保護(hù)碗之后的膠筒是能夠發(fā)揮其理想的強(qiáng)度和柔韌性的，而且也能夠在一定程度上防止膠筒兩端因為壓力過大而發(fā)生破裂。這對于提高分層注水當(dāng)中管柱的穩(wěn)定性是有非常明顯的幫助的，而且銅碗結(jié)構(gòu)安裝比較方便，是一種非常理想的肩部保護(hù)結(jié)構(gòu)。這對于完善分層注水設(shè)計是非常有意義的。

2.3 其他

除了以上提到的能夠影響的分層注水當(dāng)中管柱穩(wěn)定性的因素之外，水井雙向錨以及伸縮補(bǔ)償器等的部件都能夠影響到注水環(huán)節(jié)當(dāng)中管柱的穩(wěn)定性。要想對分層注水的管柱進(jìn)行新的設(shè)計還需要改進(jìn)以上提到的幾個部件的設(shè)計原理，從清楚它們各自的工作原理開始彌補(bǔ)現(xiàn)有設(shè)計上存在的漏洞。這樣才能夠從整體上提高分層注水當(dāng)中管柱的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

分層注水是當(dāng)下維持油田產(chǎn)量的重要工作，而其中的管柱設(shè)計更是分層注水工作穩(wěn)定性的關(guān)鍵。目前在我國的油田當(dāng)中管柱設(shè)計還在沿用上個世紀(jì)的設(shè)計理念，這在一些細(xì)節(jié)方面已經(jīng)不適合現(xiàn)在石油工業(yè)的發(fā)展了。所以說完善分層注水的管柱設(shè)計是非常有必要的，上文是根據(jù)筆者的經(jīng)驗對此的總結(jié)，希望能夠?qū)ν晟品謱幼⑺苤O(shè)計有所思考。

[1]蔣敏,韓寧,孫聰聰,李靜嘉,王淑華.分層注水管柱力學(xué)分析研究及應(yīng)用[J].中國石油和化工,2016,01∶44-46.

[2]張立義,黃新業(yè),王金龍,田志宏,郭長永,焦吾達(dá).雙臺階水平井分層注水管柱設(shè)計及優(yōu)化[J].石油機(jī)械,2016,02∶97-101.

[3]張倩.印尼M油田注水管柱及注水溫度設(shè)計分析[J].石油礦場機(jī)械,2016,05∶43-47.