防蠕动高压长效分层注水管柱研究与应用

王东超

摘要： 常规高压注水管柱在细分注水过程中，因洗井、测试、管线穿孔、停开井时出现压力波动，容易导致管柱蠕动，引起封隔器失效而进行作业维护。研究采用双锚定防蠕动工艺，并对注水封隔器进行改进，克服管柱蠕动对注水管柱密封性的影响，增加了管柱稳定性，延长了高压注水管柱有效期。

关键词：分层注水;防蠕动;工艺管柱

油田开发后期，细分注水是改善注水井吸水剖面，提高油藏开发效果的重要手段。常规高压注水管柱在细分注水过程中，遇到洗井、测试、管线穿孔、停开井情况时，注水压力快速从25-30MPa落零，受高低压波动影响，管柱蠕动引起封隔器密封失效，如果过大增加锚定力，会导致管柱解封困难。河南油田采油一厂2015-2018年因封隔器失效有133井次维护作业，占维护作业总井次的70%。为此研究应用了双锚定防蠕动工艺管柱。

1封失效原因分析

统计2015-2018年因封失效的133井次维护作业，压力波动原因61井次，占比46%（见表1）。

1.1 压力波动因素

当注水井因洗井、测试、管线穿孔、停开井出现压力波动时，管柱受力状况发生变化，导致管柱蠕动，带动封隔器胶筒蠕动，直至封隔器失效。

（1）目前防蠕动管柱主要是用液压锚定器锚定，连接位置放在管柱顶部，当油套压差较小时，锚定能力下降，油压升高时，管柱伸长蠕动。

（2）油压升高时即使液压锚定器锚定了，其下部分管柱也要伸长蠕动，当注水压力>15MPa时，管柱出现伸长蠕动，当压力波动（带压测试拔水嘴、停电等情况）时，油管出现回缩蠕动，导致封隔器解封失效。

1.2 井筒因素

由于射孔段套管腐蚀变形、扩径，封隔器密封环境恶化，容易造成封隔器失效。2016-2018年，注水井实施井况监测38口井，射孔段套管均存在腐蚀扩径现象。

1.3 胶筒老化

随着封隔器在井时间延长，封隔器密封件应力逐渐衰减，橡胶材料弹性变小，塑性增加，管柱蠕动会造成胶筒损坏，导致封隔器不密封。

1.3 工艺因素

（1）小直径分注：井下套管长期服役出现破损，补贴加固后形成缩径，需采用小直径分注工艺。小直径分注管柱在斜井中耐压差能力低，压差高的井密封性能差。

（2）大斜度井分注：封隔器坐封时胶筒受力不均，胶筒肩部应力集中，导致胶筒密封性能下降。

1.4 洗井因素

洗井排量变化或洗井过程不连续等，有时洗井不彻底，造成脏污滞留，堵塞反洗井通道，引起洗井活塞关闭不严。

2 防蠕动注水管柱研究

蠕动现象表现在管柱伸长蠕动和缩短蠕动，其核心问题是在油压升高时，防止管柱伸长蠕动，在压力波动（压力下降）时，油管就不会出现缩短蠕动，封隔器也就不会失效，从本质上解决高压注水管柱蠕动问题，达到延长注水有效期的目的。

2.1防蠕动注水管柱设计

管柱结构：防蠕动注水管柱由筛堵、配水器、机械锚定器、Y341-115高压注水封隔器、水力锚、补偿器和油管组成（见图1）。

技术原理：在原分注管柱基础上，封2下方加装一级锚定器，配合封1上方的水力锚和补偿器，形成补偿器+双锚定工艺，提高抗蠕动性能，增加管柱稳定性。坐封前向机械锚定器加压4-6t，锚定器锚定可靠，不受油套压差的影响。再从油管打压坐封封隔器，在注水过程中，管柱是处于压缩状态，遇到管线穿孔、带压测试等情况，降低压力波动对管柱的影响，封隔器不会解封。

套管保护：采用低伤害水力锚，锚牙面增加一倍，对套管锚定强度降低50%，可以减轻对套管的伤害。

2.2 Y341注水封隔器改进

（1）设置洗井阀剪断销钉

国内多数注水封隔器在多层注水时，由于反洗井閥处于关闭状态，如果地层启动压力高，封隔器坐封时，胶筒压缩距离达不到最佳值，直接影响封隔器的密封性。因此将Y341注水封隔器结构进行改进，坐封时，反洗井阀处于开启状态，不受地层启动压力高的影响，在8MPa时就能完成可靠坐封，继续升压到13MPa左右，剪断洗井阀销钉，洗井阀关闭。

坐封后，洗井阀与外中心管留有缝隙，在有油压情况下，相当于有两级活塞向上推，保护封隔器不解封。国内封隔器大多数不留缝隙，洗井阀与外中心管接触，只有一级活塞保护，易解封。

（2）选用高温高压胶筒

采用耐压70MPa、耐温150℃的氢化丁腈橡胶胶筒，提升密封材料的耐压、耐温性能。

3 现场应用

魏177井2018年3月作业换封，四级四段分注，完井后测试转注，压力波动大（油压17-20MPa），6月同位素显示保护封、封3失效，要求再次作业换封。

分析：该井偏2与偏3频繁轮换注水，调配频繁，正常注水时压力波动大，封隔器有向上蠕动趋势，传统分注管柱导致封失效，维护周期仅90天。

措施及效果：采用补偿器+双锚定防蠕动工艺管柱，2018年7月完井后正常分层注水，截止目前已调配25次，管柱防蠕动效果良好，未发现封隔器失效的现象。

防蠕动分层注水管柱已在采油一厂应用68井次，经过调整配注、洗井、测试、管线穿孔、停开井多项验证，管柱防蠕动效果良好，有效解决了压力波动造成的封失效问题。

4 结论与认识

（1）双锚定防蠕动分层注水管柱，提高抗蠕动性能，增加管柱稳定性，可避免压力波动造成的封失效。

（2）改进型Y341注水封隔器设置洗井阀剪断销钉，可以减少座封过程受地层压力影响，保证封隔器密封可靠。

参考文献：

[1]许志晴，闫相祯等.深井分层注水管柱受力变形计算方法改进.油气田地面工程，2010，3：22-23.

[2]李建雄，卢贵华等.分注管柱失效原因分析及治理对策探讨.石油机械，2009.2：66-69.

作者简介：王东超，1968.12，男，汉， 本科学历，助理工程师，方向采油工程技术，河南省叶县人。