防蠕動高壓長效分層注水管柱研究與應用

王東超

摘要： 常規高壓注水管柱在細分注水過程中，因洗井、測試、管線穿孔、停開井時出現壓力波動，容易導致管柱蠕動，引起封隔器失效而進行作業維護。研究采用雙錨定防蠕動工藝，并對注水封隔器進行改進，克服管柱蠕動對注水管柱密封性的影響，增加了管柱穩定性，延長了高壓注水管柱有效期。

關鍵詞：分層注水;防蠕動;工藝管柱

油田開發后期，細分注水是改善注水井吸水剖面，提高油藏開發效果的重要手段。常規高壓注水管柱在細分注水過程中，遇到洗井、測試、管線穿孔、停開井情況時，注水壓力快速從25-30MPa落零，受高低壓波動影響，管柱蠕動引起封隔器密封失效，如果過大增加錨定力，會導致管柱解封困難。河南油田采油一廠2015-2018年因封隔器失效有133井次維護作業，占維護作業總井次的70%。為此研究應用了雙錨定防蠕動工藝管柱。

1封失效原因分析

統計2015-2018年因封失效的133井次維護作業，壓力波動原因61井次，占比46%（見表1）。

1.1 壓力波動因素

當注水井因洗井、測試、管線穿孔、停開井出現壓力波動時，管柱受力狀況發生變化，導致管柱蠕動，帶動封隔器膠筒蠕動，直至封隔器失效。

（1）目前防蠕動管柱主要是用液壓錨定器錨定，連接位置放在管柱頂部，當油套壓差較小時，錨定能力下降，油壓升高時，管柱伸長蠕動。

（2）油壓升高時即使液壓錨定器錨定了，其下部分管柱也要伸長蠕動，當注水壓力>15MPa時，管柱出現伸長蠕動，當壓力波動（帶壓測試拔水嘴、停電等情況）時，油管出現回縮蠕動，導致封隔器解封失效。

1.2 井筒因素

由于射孔段套管腐蝕變形、擴徑，封隔器密封環境惡化，容易造成封隔器失效。2016-2018年，注水井實施井況監測38口井，射孔段套管均存在腐蝕擴徑現象。

1.3 膠筒老化

隨著封隔器在井時間延長，封隔器密封件應力逐漸衰減，橡膠材料彈性變小，塑性增加，管柱蠕動會造成膠筒損壞，導致封隔器不密封。

1.3 工藝因素

（1）小直徑分注：井下套管長期服役出現破損，補貼加固后形成縮徑，需采用小直徑分注工藝。小直徑分注管柱在斜井中耐壓差能力低，壓差高的井密封性能差。

（2）大斜度井分注：封隔器坐封時膠筒受力不均，膠筒肩部應力集中，導致膠筒密封性能下降。

1.4 洗井因素

洗井排量變化或洗井過程不連續等，有時洗井不徹底，造成臟污滯留，堵塞反洗井通道，引起洗井活塞關閉不嚴。

2 防蠕動注水管柱研究

蠕動現象表現在管柱伸長蠕動和縮短蠕動，其核心問題是在油壓升高時，防止管柱伸長蠕動，在壓力波動（壓力下降）時，油管就不會出現縮短蠕動，封隔器也就不會失效，從本質上解決高壓注水管柱蠕動問題，達到延長注水有效期的目的。

2.1防蠕動注水管柱設計

管柱結構：防蠕動注水管柱由篩堵、配水器、機械錨定器、Y341-115高壓注水封隔器、水力錨、補償器和油管組成（見圖1）。

技術原理：在原分注管柱基礎上，封2下方加裝一級錨定器，配合封1上方的水力錨和補償器，形成補償器+雙錨定工藝，提高抗蠕動性能，增加管柱穩定性。坐封前向機械錨定器加壓4-6t，錨定器錨定可靠，不受油套壓差的影響。再從油管打壓坐封封隔器，在注水過程中，管柱是處于壓縮狀態，遇到管線穿孔、帶壓測試等情況，降低壓力波動對管柱的影響，封隔器不會解封。

套管保護：采用低傷害水力錨，錨牙面增加一倍，對套管錨定強度降低50%，可以減輕對套管的傷害。

2.2 Y341注水封隔器改進

（1）設置洗井閥剪斷銷釘

國內多數注水封隔器在多層注水時，由于反洗井閥處于關閉狀態，如果地層啟動壓力高，封隔器坐封時，膠筒壓縮距離達不到最佳值，直接影響封隔器的密封性。因此將Y341注水封隔器結構進行改進，坐封時，反洗井閥處于開啟狀態，不受地層啟動壓力高的影響，在8MPa時就能完成可靠坐封，繼續升壓到13MPa左右，剪斷洗井閥銷釘，洗井閥關閉。

坐封后，洗井閥與外中心管留有縫隙，在有油壓情況下，相當于有兩級活塞向上推，保護封隔器不解封。國內封隔器大多數不留縫隙，洗井閥與外中心管接觸，只有一級活塞保護，易解封。

（2）選用高溫高壓膠筒

采用耐壓70MPa、耐溫150℃的氫化丁腈橡膠膠筒，提升密封材料的耐壓、耐溫性能。

3 現場應用

魏177井2018年3月作業換封，四級四段分注，完井后測試轉注，壓力波動大（油壓17-20MPa），6月同位素顯示保護封、封3失效，要求再次作業換封。

分析：該井偏2與偏3頻繁輪換注水，調配頻繁，正常注水時壓力波動大，封隔器有向上蠕動趨勢，傳統分注管柱導致封失效，維護周期僅90天。

措施及效果：采用補償器+雙錨定防蠕動工藝管柱，2018年7月完井后正常分層注水，截止目前已調配25次，管柱防蠕動效果良好，未發現封隔器失效的現象。

防蠕動分層注水管柱已在采油一廠應用68井次，經過調整配注、洗井、測試、管線穿孔、停開井多項驗證，管柱防蠕動效果良好，有效解決了壓力波動造成的封失效問題。

4 結論與認識

（1）雙錨定防蠕動分層注水管柱，提高抗蠕動性能，增加管柱穩定性，可避免壓力波動造成的封失效。

（2）改進型Y341注水封隔器設置洗井閥剪斷銷釘，可以減少座封過程受地層壓力影響，保證封隔器密封可靠。

參考文獻：

[1]許志晴，閆相禎等.深井分層注水管柱受力變形計算方法改進.油氣田地面工程，2010，3：22-23.

[2]李建雄，盧貴華等.分注管柱失效原因分析及治理對策探討.石油機械，2009.2：66-69.

作者簡介：王東超，1968.12，男，漢， 本科學歷，助理工程師，方向采油工程技術，河南省葉縣人。