套破井卡封可洗井分注工藝管柱

隋春艷

中國(guó)石化勝利油田分公司工程技術(shù)管理中心

水驅(qū)是目前勝利油田采用的主要開(kāi)發(fā)方式，隨著開(kāi)發(fā)年限的增長(zhǎng)及腐蝕結(jié)垢、出砂、高壓注水等因素綜合作用，套損水井?dāng)?shù)量逐年遞增，每年新增300口左右，其中套破水井約50口，破壞了油田井網(wǎng)完善程度，影響了油田開(kāi)發(fā)效果。為了恢復(fù)注采井網(wǎng)，針對(duì)無(wú)法修復(fù)或者修復(fù)費(fèi)用很高的套破井，余學(xué)中等（2013）針對(duì)套漏點(diǎn)在注水層上部提出了利用“水力錨+Y211封隔器”的卡封方式［1］；郭慧（2006）提出了“水力錨+Y341GF封隔器+配水裝置”“FXY421F封隔器+篩管”“ Y441封隔器+打壓滑套”“水力錨+Y111+Y211封隔器”、“Y342F封隔器+打壓滑套”等卡封注水管柱［2］；柴國(guó)興等（2003）提出了針對(duì)水平井的卡封管柱［3］。上述幾種卡封方式均是以單獨(dú)卡封套破段或者非注水層為目的，后期需要進(jìn)行反洗井時(shí)，洗井液易從套破段漏失進(jìn)入地層，無(wú)法建立有效的反洗井循環(huán)，達(dá)不到清洗井筒的目的。黃春（2015）提出較短距離套破段利用“改制YQF211封隔器”、較長(zhǎng)距離套破段利用“Y445封隔器+內(nèi)徑48mm小管+YQ211封隔器”卡封的2種管柱，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)后期反洗井，但對(duì)于較長(zhǎng)套破段的卡封管柱，由于需要封隔器丟手、下內(nèi)管，施工繁瑣且不易操作［4］。因此，設(shè)計(jì)了對(duì)于長(zhǎng)、短距離套破段均適用的且滿足后期反洗井需求的一種卡封管柱。

1 工藝管柱的設(shè)計(jì)及配套工具

1. 1 管柱結(jié)構(gòu)

管柱主體可根據(jù)油藏特點(diǎn)和井況配套水力卡瓦、水力錨、扶正器、安全接頭等工具。根據(jù)套破段位置，可以將管柱分為淺層套破卡封分注工藝管柱與深層套破卡封分注工藝管柱。

套破段位置的井下工具均采用內(nèi)外管雙層設(shè)計(jì)，正常注水的水流走內(nèi)管，反洗井的水流走外管，實(shí)現(xiàn)正常注水通道與反洗井通道的分離。上、下卡封封隔器組合配套使用，反洗井或正常注水時(shí)，承受的上下壓力平衡，延長(zhǎng)工具的使用壽命。洗井過(guò)流裝置總長(zhǎng)設(shè)計(jì)了1000 mm、2000 mm、3000 mm等不同規(guī)格，可以單獨(dú)或者串聯(lián)使用。

該管柱按照施工設(shè)計(jì)下入到位后，通過(guò)油管內(nèi)部打壓實(shí)現(xiàn)封隔器的坐封。正常注水時(shí)，水流經(jīng)過(guò)卡封封隔器內(nèi)管、洗井過(guò)流裝置內(nèi)管進(jìn)入到各層配水器（如圖1a所示），實(shí)現(xiàn)分層注水。反洗井時(shí)洗井液從油套環(huán)空注入，經(jīng)過(guò)上卡封封隔器的反洗井通道后進(jìn)入上卡封封隔器外管，再依次進(jìn)入洗井過(guò)流裝置外管、下卡封封隔器外管，然后經(jīng)下卡封封隔器的反洗井通道流出再次進(jìn)入油套環(huán)空，然后進(jìn)入底部洗井閥，當(dāng)壓力達(dá)到洗井閥內(nèi)部彈簧開(kāi)啟壓力時(shí)，反洗液經(jīng)洗井閥后上返進(jìn)入油管（如圖1b所示），實(shí)現(xiàn)有效反洗井。該工藝管柱技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 套破井卡封可洗井分注工藝管柱結(jié)構(gòu)Fig. 1 Pipe string structure with the technology of stuck sealing in the casing damaged wells and separate layer injection in washable wells

1. 2 卡封封隔器

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外對(duì)封隔器結(jié)構(gòu)的研究較多，劉鵬（2014）、高國(guó)強(qiáng)（2007）、崔玉海（2008）、趙德斌（2010）、馬金良（2015）等進(jìn)行了針對(duì)不同用途封隔器的研究與試制［5-10］。針對(duì)套破井的特殊井況，卡封封隔器的設(shè)計(jì)主要從以下2方面進(jìn)行。

表1 工藝管柱技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of the technology string

（1）為實(shí)現(xiàn)套破段的有效卡封，將封隔器設(shè)計(jì)為2個(gè)一組，分為上、下卡封封隔器，分別設(shè)計(jì)在套破段的上、下頂界。為保證坐封效果及卡封效果，該封隔器采用壓縮式封隔器的坐封原理，同時(shí)采用卡環(huán)式鎖緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)坐封停注后不解封。上、下卡封封隔器結(jié)構(gòu)主要由坐封機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、解封機(jī)構(gòu)、洗井機(jī)構(gòu)等組成，結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖2 上卡封封隔器結(jié)構(gòu)Fig. 2 Structure of upper packer for stuck sealing

圖3 下卡封封隔器結(jié)構(gòu)Fig. 3 Structure of lower packer for stuck sealing

（2）為實(shí)現(xiàn)后期反洗井，該封隔器設(shè)計(jì)帶有洗井通道，為實(shí)現(xiàn)洗井時(shí)洗井液能夠完全避開(kāi)套破段，將洗井通道設(shè)計(jì)為內(nèi)外管雙層。此洗井通道為一過(guò)水通道，為了洗井暢通，要求節(jié)流壓差最小，在保證強(qiáng)度等前提下，其過(guò)流面積越大越好，考慮到過(guò)流面積只與內(nèi)中心管的外徑和外中心管的內(nèi)徑有關(guān)，如何確定內(nèi)中心管的外徑和內(nèi)徑以及外中心管的外徑和內(nèi)徑尺寸是洗井通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。考慮到配水器后期測(cè)試投撈工具的順利通過(guò)；內(nèi)中心管在封隔器遇阻或下部管柱遇阻進(jìn)行處理作業(yè)時(shí)，內(nèi)中心管應(yīng)能滿足承受較大扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求；封隔器坐封和工作時(shí)，內(nèi)外中心管應(yīng)能滿足承受較大拉力條件。因此，內(nèi)外中心管的材料選擇及尺寸設(shè)計(jì)如下：內(nèi)中心管和外中心管均選用45號(hào)結(jié)構(gòu)鋼；內(nèi)中心管外徑67 mm，內(nèi)中心管內(nèi)徑59 mm；外中心管外徑87 mm，外中心管內(nèi)徑75 mm。卡封封隔器技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 卡封封隔器技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parameters of the packer for stuck sealing

1. 3 洗井過(guò)流裝置

受封隔器長(zhǎng)度的限制，當(dāng)套破段較長(zhǎng)時(shí)，僅僅依靠上下卡封封隔器必然無(wú)法完全將其卡封，為此，進(jìn)行了洗井過(guò)流裝置的設(shè)計(jì)，該裝置連接在上下卡封封隔器之間，同樣采用內(nèi)外管雙層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)正常注水通道與反洗井通道的分離，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 洗井過(guò)流裝置結(jié)構(gòu)Fig. 4 Structure of flow passage device for well flushing

為適應(yīng)不同套破段的井況，設(shè)計(jì)了不同長(zhǎng)度規(guī)格，可串聯(lián)使用。洗井過(guò)流裝置技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 洗井過(guò)流裝置技術(shù)參數(shù)Table 3 Technical parameters of flow passage device for well flushing

2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2. 1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

關(guān)鍵工具研制成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證管柱反洗井性能以及不同反洗井壓力下的封隔器卡封性能。實(shí)驗(yàn)如圖5所示。圖5中，試壓泵1模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注水管線，試壓泵2模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際反洗井管線，泄壓閥模擬實(shí)際套破井段。

圖5 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)Fig. 5 Laboratory test

實(shí)驗(yàn)步驟：將實(shí)驗(yàn)管柱自下而上按照“洗井閥、水力卡瓦、下卡封封隔器、洗井過(guò)流裝置、上卡封封隔器、水力錨、試壓泵接頭”的順序接好上緊；將實(shí)驗(yàn)管柱放入實(shí)驗(yàn)套管內(nèi)，套管不接絲堵；關(guān)閉試壓泵2，關(guān)閉節(jié)流閥，打開(kāi)泄壓閥，打開(kāi)試壓泵1，逐步打壓完成封隔器坐封，觀察套管及泄壓閥處是否漏水，以驗(yàn)證管柱的密封性；通過(guò)試壓泵1泄壓；撤掉試壓泵1，打開(kāi)節(jié)流閥、打開(kāi)泄壓閥，接上套管絲堵，打開(kāi)試壓泵2，進(jìn)行反洗井實(shí)驗(yàn)。通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開(kāi)度大小，模擬不同洗井壓力。查看泄壓閥處是否漏水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同反洗井壓力下，管柱反洗井性能良好，封隔器卡封效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

表4 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Laboratory test data

2. 2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。截至2016年底，該卡封可洗井分注工藝管柱應(yīng)用5井次，現(xiàn)場(chǎng)施工成功率100%。現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。典型井DXX50-61井，該井套竄后采用“水泥封堵+封隔器卡封”保護(hù)方式實(shí)施分層注水，2015年10月22日測(cè)試遇阻洗井，洗井壓力3.5 MPa，進(jìn)口排量25 m3/h，出口不返水，分析原因?yàn)樘赘Z層嚴(yán)重漏失。

表5 現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)Table 5 Data sheet of field construction

為實(shí)現(xiàn)該井的有效反洗井、防止竄層漏失，決定對(duì)竄層采用“上卡封封隔器+洗井過(guò)流裝置+下卡封封隔器”的方式進(jìn)行卡封，其他注水層采用配水器與普通封隔器的組合方式實(shí)現(xiàn)正常分層注水，該井完井管柱如圖6所示。采用該管柱完井后，于2016年1月17日進(jìn)行反洗井，洗井泵壓3. 2 MPa，進(jìn)口排量18 m3/h，出口排量18 m3/h，洗井有效，無(wú)漏失，施工獲得成功。

圖6 DXX50-61完井管柱結(jié)構(gòu)Fig. 6 Structure of completion pipe string of well DXX50-61

3 結(jié)論

（1）該工藝管柱局部采用內(nèi)外管雙層設(shè)計(jì)，正常注水的水流走內(nèi)管，反洗井的水流走外管，實(shí)現(xiàn)正常注水通道與反洗井通道的分離，適用于套破井卡封分注，對(duì)于解決卡封后無(wú)法形成有效反洗井的問(wèn)題，具有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（2）該工藝管柱經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝要求。對(duì)于無(wú)法修復(fù)或者修復(fù)費(fèi)用較高的套破井，可以采用該管柱實(shí)現(xiàn)分注，在節(jié)省經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的同時(shí)完善注采井網(wǎng)。