浅析提高超高压注水工艺质量的技术对策

黄 进，陈和平，王 晖

（中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院，湖北 武汉430045）

引 言

江汉油田低渗透油藏储层物性差，渗透率（0.1～2.5）×10－3μm2，孔隙度8%～12%，部分油区如王广区、黄场、严河等井深3 000m～4 000m，注水压力高，部分井注水压力甚至超过45MPa，常规Y341封隔器注水管柱无法满足配注要求；部分注水井投入使用不到一个月，油套压差平衡，严重影响注水效果，注水有效期短。针对这类问题，专门研制了Y241封隔器超高压注水管柱。经过不断优化发展，施工工艺质量得到提高，在现场应用中取得了较好的效果。

1 超高压注水管柱结构及基本原理

超高压注水管柱主要由连通滑套、水力锚、Y241封隔器、坐封球座和接球篮组成（见图1）。其结构特点:采用Y241封隔器作为注水封隔器与水力锚组装成一体配套使用，水力锚用于克服施工中管柱的上顶力，防止封隔器向上窜动和位移，封隔器起密封油套环空的作用。该管柱保证了封隔器在高压下不渗漏，有足够的可靠性和安全性。

超高压注水管柱基本原理如下:油管蹩压，水力锚锚爪向外伸出并与套管锚定，管柱锚定，继续增大压力到坐封剪钉剪断，封隔器坐封活塞上行，推动卡瓦锚定部分上行并压缩胶筒，实现坐封和锚定，同时锁紧机构进入锁紧状态。当需要起管柱时，从油管内投入球杆，正憋压打掉连通滑套芯子，油套连通，实现油套压平衡，在油管内液体压力消失后，水力锚锚爪在弹簧力作用下收回，上提管柱，封隔器中心管与外层各部分发生错动解除锁紧状态，其它各部分在摩擦力和弹性力作用下恢复原位，实现封隔器的解封。

图1 超高压注水管柱示意图

2 超高压注水管柱优化

2.1 改进后的Y241－116封隔器超高压注水管柱

Y241－114封隔器超高压注水工艺管柱在使用过程中，存在以下3方面的问题:①封隔器的锁紧机构和解封机构较为复杂，封隔器置于井下一定时间后，解封机构因结垢等因素失效，导致管柱起出困难甚至无法起出；②封隔器内部结构复杂，加工精度要求高，同时对组装造成一定困难；③现场施工一次成功率较低，仅为85.2%。

从2009年开始，针对Y241－114封隔器超高压注水管柱存在锁紧结构、解封机构复杂和现场施工一次成功率低的问题，对该管柱结构进行了改进与完善。改进后的Y241－116封隔器在结构上采用双活塞结构，降低了封隔器的坐封压力，提高了封隔器坐封坐卡的可靠性；简化了坐封锁紧及解封机构，提高了管柱的安全起出性能。

改进后的Y241－116封隔器超高压注水管柱主要技术参数:适用51／2"套管，工作压差50MPa，工作温度135℃，坐封力、解封力25KN～30KN。

截至2014年5月，Y241－116封隔器超高压注水管柱现场应用37井次，现场施工一次成功率达到100% ，施工最大井深3 344m（总3斜－4－4井 ），最高注水压力41MPa（周16－3井 ），正常注水时间最长达两年半（高3－2井，目前仍正常注水 ）。

2.2 可钻可取Y241－115封隔器超高压注水管柱

针对江汉油田注水管柱结盐、结垢、腐蚀等现象使井下工具和管柱遇卡的问题，2013年研制出了一种可钻可取Y241－115封隔器超高压注水管柱。

该管柱主要技术参数:适用51／2"套管，工作压差50 MPa，工作温度135℃，坐封力、解封力25KN～30KN。

该管柱的可取性表现在:①采用燕尾槽式单向卡瓦，在起管柱的时候具有强行收回卡瓦的功能，提高管柱可取性能；②可靠的解封机构:采用改进后的Y241－116封隔器的解封机构，管柱负荷增加到30KN即可解封解卡。

该管柱的可钻性表现在:①水力锚采用丢手一体式设计，同时采用投球打压丢手和正转丢手两种方式，确保管柱的丢手可靠性；②注水管柱所配套的封隔器、水力锚均采用可钻材料，在管柱遇卡时，可实现管柱的快速套铣或钻铣解卡；③活塞上设计了爪式结构，磨铣工具磨铣到活塞的时候，压重使活塞推向与中心管端面之间形成互咬合，将扭矩完全传递给中心管，有效防止活动部件转动。

截至2014年5月，可钻可取Y241－115封隔器超高压注水管柱现场应用5井次，施工一次成功率为100%，施工最大井深3 236m（拖10井 ），最高工作压力到达35MPa（广8－8井），正常注水时间最长11个月（新79斜－7井，目前仍正常注水）。

3 提高超高压注水施工质量的要素

3.1 合格的油管及管柱的可靠连接

入井油管需选择N－80级及以上级别的试压合格的油管，杜绝不合格油管下井，在超高压注水井中使用的油管达四年以上需全部更换。室内试验表明，油管蹩压泄压3次，油管扣出现松弛、渗漏现象。

3.2 完善的施工工序

施工作业严格按照设计要求进行。高压注水井作业一定要通井、刮管、洗井。在坐封前，计算管柱伸缩量

并上提管柱加以补偿。坐封后下压管柱，以补偿管柱在

注水过程中的油管膨胀导致管柱伸缩的距离。

3.3 合格的作业质量

油管及工具丝扣必须清洁，涂抹丝扣油，丝扣必须涂上密封脂缠好生胶带；起下管柱要求操作平稳，限速下入；管柱要丈量准确，确保封隔器坐封位置准确无误；试注清水时，压力控制在45MPa以下，排量控制在10m3／h以内，试注压力不再上升时，继续试注15min，在确认套管无返水后完井。

3.4 质量可靠的井下工具

加强对井下工具的检查、试压和验收工作，严把井下工具质量关，确保下井工具合格率达到100%。

3.5 精细的注水管理

避免较大的注水压力波动和频繁停泵，及时观察、记录油压和套压变化情况，出现异常情况及时分析。超高压注水井长期在高压下工作，由于地应力变化和套管内压力的影响，套管易发生变形。由于套管内壁必然会结垢和锈蚀，因此定期通井、查套是必要的。

4 结论与建议

1）改进后的Y241－116封隔器超高压注水管柱对封隔器的活塞结构、坐封锁紧及解封机构进行了优化设计，现场应用37井次，施工一次成功率达到100%，满足了江汉油田超高压注水施工的需求。

2）可钻可取Y241－115封隔器超高压注水管柱的封隔器和水力锚均采用可钻材料，封隔器采用燕尾槽式单向卡瓦、活塞设计为爪式结构，提高了管柱的可取可钻性能，现场应用5井次，施工一次成功率为100%，该超高压注水管柱可在结盐、结垢严重的注水井中进一步推广应用。

3）提高超高压注水施工质量需要合格的油管及管柱的可靠连接、完善的施工工序、合格的作业质量、质量可靠的井下工具和精细的注水管理等。

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