海上双管注水双控安全阀研制与应用

姜广彬，刘艳霞，聂文龙，张国玉，张 剑，郭林园

（胜利油田分公司采油工艺研究院，山东东营257000） ＊

海上双管注水双控安全阀研制与应用

姜广彬，刘艳霞，聂文龙，张国玉，张 剑，郭林园

（胜利油田分公司采油工艺研究院，山东东营257000）＊

双管注水技术的生产安全控制是其应用于海上油田的一大技术瓶颈，为此开展了同心双管注水管柱安全控制工具的研制。试制完成的海上双管注水单管双控安全阀可以达到同时对双管内外注水空间起到安全控制的作用，满足海上安全生产的要求。目前已在10口井中成功应用，大幅提高了一级两段分注井层段的合格率，对实现海上油田“精细注水”具有重要意义。

双管注水；安全控制；海上油田

随着我国海上油田的大规模开发，海上油藏产量越来越大。海上油田受地理环境限制以及尽快收回投资的要求，方案部署时都采用1套层系、大井距开发，故注水后出现比陆上相似油田更加严重的层间和平面矛盾。同时，由于地处海洋环境，钻采工程和中心平台、注采管网、流程等海工设施建设周期较长，施工能力有限，注水措施实施滞后，未进行分层注水或分层不严格，配注能力不足，注采比达不到要求，导致地层压力下降严重。

目前，胜利海上分注井以液控式分层注水工艺［1］为主，测试调配采用钢丝投捞的方式，施工难度大、成本高，工艺繁琐且分层合格率低［2］，加剧了油藏层间、平面矛盾，严重制约了油田提液开发效果。

双管注水可以实现大压差油层的有效分层注水，地面调配具有测调简单、配注精确的特点［3］，同时不需要单独进行测试调配，省去大量的工作量。因此，双管注水比较适合在海上油田应用。由于海上安全控制的要求，同心双管注水管柱一直未在海上应用。为使双管注水技术在海上成功应用，开展了同心双管注水管柱安全控制工具的研制。

1 同心双管分注工艺技术

1.1 结构原理

同心双管注水管柱包括补偿器、单管双控安全阀、液控封隔器、分流配水器及内外2层油管等（如图1所示），分层防砂管柱为油田常用的大通径（∅108mm）金属毡滤砂管［4］。

井口采用双悬挂器，∅101.6mm（4英寸）外油管注上层，∅60.325mm（2英寸）内油管注下层，具备各自独立注水通道，注入量由采油树闸门控制。正常注水时，通过液控封隔器与密封插头来封隔上、下2层，利用分流配水器实现分层注水，注水压力的变化不会影响分层效果。停注洗井时，泄掉液控管线压力解封液控封隔器，可分别冲洗双管环空及内管［5］。

图1 同心双管分注管柱结构

1.2 技术特点

1） 配套双管安全阀，确保井下安全控制。

2） 具有独立液控系统，可在地面验封。

3） 分层、分压注水，注水量、注水压力在井口控制，井下无配水装置，测调在地面进行。

4） 不动管柱能全井筒大排量洗井。

1.3 技术指标

分层合格率 ≥90%

层间密封压差 ≤20MPa

工作温度 ≤120℃

适用井斜角 ≤60°

2 安全控制工具的研制

海上安全环保要求极高，应用任何技术必须严格符合相关规定。安全控制工具是同心双管分注工艺改进的核心，经设计研制及现场试验改进，最终形成了可同时对双管内外注水空间起到安全控制作用的单管双控安全阀［6－7］。

2.1 结构原理

单管双控安全阀主要包括内管密封总成和环空密封总成2大部分，如图2所示。内管密封总成主要是对内管的单向密封，从而起到安全控制作用；环空密封总成起到对环空的安全控制作用。

单管双控安全阀有内、外2层。正常工作时，由液控管线加压，同时打开中心管内密封阀板和环空内密封活塞，下层注水从中心通道通过，配注下层，环空注水配注上层。当出现问题导致液控管线泄压时，单管双控安全阀都会自动关闭，使中心管和环空被安全控制。

图2 单管双控安全阀结构

2.2 技术特点

1） 可以通过地面1根液控管线控制单管双控安全阀。

2） 单管双控安全阀可以同时对双管注水井的内管和环空起到安全控制作用。

3） 正常工作时可以保证正常注水和反洗井。

2.3 技术参数

开启压力 8～10MPa

工作压力 30MPa

反向密封压力 35MPa

整体密封压力 30MPa

3 单管双控安全阀室内试验

3.1 整体性能试验

对单管双控安全阀的试验是在井下安全阀检测实验室进行，安装好仪器后（如图3所示），将双控安全阀下端用丝堵密封，从液控管线加压，测试安全阀阀板开启压力。然后将安全阀两端压差增加到工作压力25MPa，在室内稳压100d，测试安全阀两侧压降。最后将液压系统泄压，将安全阀两侧反向加压，测试其反向密封压力。改变不同压力及参数，重复上述过程［8］。

图3 单管双控安全阀室内试验设备

试验数据由计算机系统自动记录。计算机系统界面如图4所示，测试结果如表1。

图4 压力记录系统界面

表1 单管双控安全阀整体性能试验结果

3.2 环空密封试验

单管双控安全阀环空密封试验主要包括阀板的开启压力、反向密封压力以及弹簧恢复性能。试验场所及流程与上述试验类似，试验数据如表2所示。

表2 单管双控安全阀环空密封试验数据

3.3 内密封试验

单管双控安全阀内密封试验主要包括内阀板的开启压力、反向密封压力以及扭簧恢复性能。试验数据如表3所示。

表3 单管双控安全阀内密封试验数据

3.4 试验结论

1） 注水系统开启正常，泄压正常。

2） 密封装置密封性能稳定。

3） 工具性能达到现场使用要求。

4 现场应用

为了更好地验证该技术的可靠性，2010－08在埕岛油田埕北1C－3井进行了第1口的现场应用。截至目前，该工艺技术在海上油田应用10井次，施工成功率90%，分层合格率100%，调配准确率98%，完全达到设计目标并取得了良好的应用效果。双管注水现场应用情况统计如表4。

表4 双管注水现场应用数据

4.1 典型施工方案

CB1C－3井完井时首先将注水外管下至单管双控安全阀位置，再下内管，内管下到位后由单管双控安全阀连接内外管。外管下至设计位置后，接油管缓慢下入探底，丈量油管长度，配管柱，确保管柱加压30～50kN，完成注水外管柱下入，装大悬挂器及上法兰，最后下内管至设计位置，装小悬挂器。

外管注水管柱组成（自下而上）：分流配水器＋∅101.6mm（4英寸）油管＋液控封隔器＋液控保护阀＋单管双控安全阀；内管注水管柱组成（自下而上）：定位接头＋筛管＋注水阀＋∅70.025mm（2英寸）油管＋液控封隔器＋分流配水器＋∅60.325 mm（2英寸）油管＋补偿器＋单管双控安全阀。

4.2 应用效果

2010－08－10，CB1C－3井分层注水管柱1次下井成功，验封、分层注水均合格。2010－09－02投注以来已正常生产3个月，目前注水干压8.3MPa，上层油压4.7MPa，配注80m3，日注80m3；下层油压5.6 MPa，配注55m3，日注55m3。

5 结论

1） 针对海上同心双管注水工艺的安全问题研制了单管双控安全阀，成功将双管注水工艺应用于海上油田。

2） 解决了海上注水井测调难题，提高了一级二段分注井层段合格率，为实现“精细注水、有效注水”提供了有力技术支撑。

3） 鉴于内油管较薄及可能进行的复合驱等不同注入方式，应进一步提高防腐处理质量，延长管柱免修期，并跟踪分析双管分层注水工艺的应用情况。

［1］ 李常友，刘明慧，贾兆军，等.液控式分层注水工艺技术［J］.石油机械，2008，36（9）：102－104.

［2］ 贾庆升.液控式同心双管分层注水技术［J］.石油机械，2009，37（5）：59.

［3］ 杜 勇，侯洪涛，刘 健，等.地面液控同心双管分层注水工艺［J］.油气田地面工程，2010，29（2）：47.

［4］ 姜广彬，郑金中，张国玉，等.埕岛油田3种分层防砂分层注水技术分析［J］.石油矿场机械，2010，39（8）：71－74.

［5］ 吕亿明，王 百，黄 伟，等.水平井找水测试一体化工艺技术［J］.石油矿场机械，2011，40（2）：93－95.

［6］ 赵奇祥.新型投捞式恒流配水器设计与应用［J］.石油矿场机械，2010，39（7）：49－53.

［7］ 杨建斌，王凤秋，戴志宏，等.大通径导流器研制与应用［J］.石油矿场机械，2011，40（7）：80－81.

［8］ 孙桂玲，窦守进，关 巍，等.双通路偏心分注技术适应性改进与试验［J］.石油矿场机械，2010，39（7）：84－89.

Development and Application of Double Controllable Safety Valve for Double String Injection in Offshore Water Injection Well

JIANG Guang－bin，LIU Yan－xia，NIE Wen－long，ZHANG Guo－yu，ZHANG Jian，GUO Lin－yuan
（Oil Production Research Institute，Shengli Oilfield Company，Dongying257000，China）

When double string injection technology was used on offshore wells the safety control turned out to big problem to be solved.A safety control device was developed.After design and improvement，the double controllable safety valve was developed for double string water injection in offshore oilfield.It can control the safety of both inner center space and outer annulus space.This can meet the safety production requirement for the offshore oilfield.By now it has been successfully used in 10wells.The one grade two sections block efficiency is improved greatly and it has an important significance in offshore oilfield water injection.

double string injection；safety control；offshore oilfield

1001－3482（2012）11－0069－04

TE927

B

2012－05－22

姜广彬（1980－），男，山东临清人，工程师，硕士，主要从事浅海采油工艺技术研究，E－mail：jianggb123＠yahoo.com.cn。