高壓注水管柱失效分析及管柱改進

袁暉

摘要：XX廠高壓注水井50口（壓力≥15MPa），因封隔器失效造成油套平衡井41口，占高壓注水82%，封隔器密封平均有效期為79天。高壓注水封隔器密封有效期短限制了油藏水驅開發效果的進一步提高。由于常規分層注水技術無法滿足油藏高壓注水井的分注要求，大部分注水井只能采用籠統注水，儲層縱向動用不均，嚴重影響了油藏注水效果的進一步提高。為改善油藏水驅開發效果，開展了雙向錨定高壓注水管柱工藝技術研究與試驗，通過研制Y445雙卡瓦封隔器，應用于高壓籠統注水井，實現了管柱有效密封，為下步高壓分注實現有效注水開發提供了寶貴的經驗和價值。

關鍵詞：雙卡瓦;雙向錨定;高壓注水;有效密封

1.前言

經過幾年努力，雖解決了一部分井口注水壓力在20MPa左右的注水井注水的問題，但大多數注水管柱有效期短，我們分析了現有的高壓注水管柱及注水狀況，高壓注水管柱有效期短原因為：

（1）管柱在下入、坐封、洗井、注入和停注等受力狀態不清，造成管柱結構設計不合理，致使管柱蠕動，導致封隔器失效的原因主要是由活塞效應、鼓脹效應、溫度效應而引起的。

（2）注水封隔器洗井閥關閉不嚴，導致封隔器漏失;

（3）封隔器密封件不合格，不滿足高壓分注需求。

2. 原有高壓注水管柱失效分析

2.1計算條件：

（1）套管參數外139.7mm，? 壁厚9.17mm

（2）油管參數為外徑73mm，內徑62mm

（2）注水壓力26.3MPa，

（4）注入流量30m3/d，

（5）注入溫度29℃

（6）保護封隔器下深2600m

（7）地溫梯度為3℃/100m

（8）地表平均溫度為15℃

2.2計算結果：

（1）鼓脹效應產生的力F1為4.6噸（方向向上）

（2）管柱長度的變化ΔL1為0.51米（管柱縮短）。

（3）溫度效應產生的力F2為4.2噸（方向向上）。

（4）管柱長度的變化ΔL2為0.45米（管柱縮短）。

（5）活塞效應產生的力F3為32.4噸（方向向上）。

合力：F1+F2+F3=4.6+4.2+32.4=41.2噸（方向向上）。

管柱變形量：L1+L2=0.51+0.45=0.96米（管柱縮短）。

2.3管柱受力失效原因分析

（1）原有管柱無補償器用水力錨錨定，經計算水力錨的錨定力大概為39.4噸左右，因此管柱可能會失效。而一般水力錨的錨爪方向是單向朝上的，只能承受單向的力，再有洗井時，水力錨的錨爪收回，整個管柱的作用力在節流壓差的作用下，力得方向是向下的。導致水力錨失效，管柱蠕動失效。

（2）原有管柱無補償器用液壓錨定器錨定，由于錨定器為上提解封，而在溫度效應和鼓脹效應的作用下有8.8噸向上的力，可能會引起錨定器解封導致管柱失效。

2.4管柱由于密封件失效不密封分析：

（1）密封件

材質：原有的密封件一般采用丁腈橡膠，而丁腈橡膠的極限耐溫為90℃～120℃，而在這個溫度下密封時限很短，密封壓力也不會很高。

結構：原有的筒狀膠筒加隔環的結構。在一定溫度下密封壓力不會很高

（2）反洗閥

一般是單純的橡膠密封或者金屬線密封。密封不可靠

3. 選用高壓注水管柱介紹

3.1管柱的設計

針對常規分層注水技術無法滿足油藏高壓注水井的分注要求的實際，開展高壓籠統管柱工藝試驗，在籠統注水試驗成功的基礎上再開展分層注水。

高壓籠統管柱設計：驗漏球座+補償器+雙卡瓦封隔器+單流配水器+沉砂球座。

技術改進：

（1）雙向錨定，避免高壓狀態下管柱蠕動;

（2）補償器補償注水或停注時上部管柱的伸長或者縮短對下部管柱影響。

（3）驗漏球座在后期檢管作業時檢驗管柱密封狀況。

（4）封隔器密封件使用組合膠筒，優化了膠筒結構和形狀，并采用獨特的護肩保護，承壓高，具有較好的承壓性及穩定性。

（5）考慮工具結垢問題，選用超級不銹鋼作為主要材料

3.2管柱優化

針對配水器+沉砂球座的組合需打壓21MPa以上壓力座封，座封壓力偏大的情況，采用沉砂球座+篩管+絲堵的組合（座封壓力<17MPa）代替，既保持了管柱穩定性，又降低了座封壓力高的風險。

優化管柱設計：驗漏球座+補償器+雙卡瓦封隔器+沉砂球座+篩管+絲堵。

4.現場應用情況

針對高壓注水封隔器密封有效期短的問題，2018年通過對高壓封隔器進行改進及現場應用（Y445-114雙向錨定封隔器），并優化注水管柱設計，試驗高壓籠統注水管柱工藝2井次，最高注水壓力達到了23.5MPa，目前平均有效運行514d ，套壓為0，措施效果良好。

5.結論與認識

（1）研究應用的Y445-114雙卡瓦注水封隔器最高耐壓差能力在20MPa以上， 能有效防止高壓注水時管柱蠕動的問題，并且能實現管柱下井即可注水，管柱密封有效期可達1年以上;滿足了油藏高壓注水的需求;

（2）目前形成的Y445雙向錨定注水管柱工藝已成功應用于高壓籠統注水井，能滿足低滲油藏高壓注水井的需求，為下步高壓分層注水應用提供技術支持，對改善低滲透油藏儲層動用程度、提高油藏整體水驅開發效果具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]徐春碧，黃小亮，等.低滲透油藏注水開發時機研究[J].鉆采工藝，2011，02：53-55.

[2]景亮，肖春金，精細分層注水技術研究與應用[J].油氣井測試，2011，04：21-24.

[3]李高升，封隔器卡瓦的強度分析[D].中國石油大學，2008，03.

[4]趙德斌，油田注水井封隔器的設計與研究[D].新疆大學，2011，02.

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