同心雙管分注工藝研究與效果評價

孫濕凍　劉忠輝　耿仁華

摘 要：為解決采出水回注井腐蝕結垢導致測試遇阻頻繁、測調費用逐年上升等問題，按照不同分注井類型、不同分注層數、不同注入介質分注井配套相適應分注工藝的思路，借鑒國內油田同心雙管分注工藝應用經驗，形成了同心雙管分注工藝，初步實現采出水2層分注井由井下工具測調向地面數字測調的轉變。

關鍵詞：分層注水;同心雙管

1 管柱結構及分注原理

1.1 管柱結構

同心雙管分注工藝的管柱結構包括地面井口配注管線和井下同心分注管柱兩部分。

同心雙管分注井地面流程需從井口連接兩條注水管線，一條為1.9″小油管內注水，1條為31/2″油管內注水，都是通過地面閘板閥控制水量，井口分別有各自流量計記錄注水量。井筒采用31/2″外管和1.9″內管組成的雙管結構，形成油套環空、雙管環空、小油管內腔三個通道，通過地面閥門控制，形成雙管環空和小油管兩個注水通道，通過地面閘門控制，雙管環空和小油管分別對兩個注水層單獨注水;測調方式為地面測調。帶壓作業采用“內管常壓作業、外管帶壓作業”的思路，起鉆作業時，停注上配水器自動關閉;上提內管時關閉密封工作筒的水嘴，實現內管常壓起鉆作業。同心雙管分注井下管柱結構包括：

外管組成：密封工作筒，層間封隔器、上配水器、保護封隔器及31/2″鋼制油管。

內管組成：插管和1.9″鋼制油管。

1.2 分注原理

工作原理是指坐封、正常注水、日常作業和解封4個過程的機理。

1.2.1 坐封

通洗井至人工井底后按設計要求將封隔器（封隔器具有抗阻機構，在下井時遇阻不誤坐封）、配水器隨外層油管下入預定位置，再將插管連接到內層油管上下入預定位置， 然后進行座封，將兩管環空小排量注水（排量控制在每小時6-9方）打壓，當壓力達到5MPa、7MPa時，分別穩壓5min，此時封隔器座封完成，繼續打壓至10MPa，將同心雙管注水上配注閥定壓活塞打開。小油管內打壓6-8MPa，將下層注水通道打開。安裝井口及地面管線的連接后進行驗封。注水過程中的驗封：①插管密封圈驗封：小油管（下層）正常注水，關閉兩管環空（停注上層）后，兩管環空放空（壓降不超過2MPa），觀察環空壓力變化，若環空壓力隨內管壓力變化，說明層間插管密封圈失效;②套保封隔器驗封：雙管環空（上層）和小油管（下層）正常注水，套管放空，觀察雙管環空壓力變化，若雙管環空壓力（上層）隨套管壓力變化，說明套保封隔器失效。

井口各接口通過卡箍與注水管線相連，然后在配水間通過法蘭連接穩流閥組和進水管線，實現地面與井下的連接，試壓合格后進行開注。

1.2.2 正常注水

當插管插入后，下層配水器打開，注水井開注時、地面上排管線通過內油管注下層，地面下排管線通過內外層環形通道注上層，因為有地層壓力的影響，為了保證計量的準確和儀表的合理使用，在注水井投注前，應先沖洗地面管線，然后開啟地面注水管匯閘門。注水時，通過控制地面管匯閘門或井口智能流量計調配分層注水量。

1.2.3 日常作業

為了改善吸水性能、有時需要對分層進行擠活性劑、擠高壓水消欠等強化作業，這時可卸下注水井口一側的絲堵，連接作業管線，進行單層施工。為了延長管柱的使用壽命，維持膠簡的密封，單層作業壓力要小于25.0MPa，層間壓差值不得超過15MPa。按照魯賓斯基的管柱受力彎曲理論，當油管壓力高于套管壓力時、封隔器上部管柱會在套管壓差作用下產生螺旋彎曲。如果套管壓力大于油管壓力，就可以避免出現這種情況，因此在上下層進行強化作業時，要分別在油管外環空和內環空打平衡壓力，來消除螺旋彎曲應力的影響。

洗井：封隔器設計有反洗通道，洗井液自油套環空下行，從封隔器反洗通道流經射孔段，從插管連通器出水口進入內油管再返至地面。

1.2.4 解封

下入油管堵塞器，提出內層油管、上提外層油管對封隔器進行解封，封隔器各零件均采取了表面鍍鎳磷防腐處理，實行分級解封，封隔器內部設有分級解封機構，在多級使用時，上級封隔器先解封，再進行下級封隔器解封，解封時解封力不累加，保證封隔器解封容易，解封力小。封隔器內部設有平衡機構，在抗壓差時平衡對解封銷釘的作用力，這樣，在保證封隔器的工作壓力的同時，可將封隔器的解封力減小，保證封隔器解封容易。

2 管柱特點

同心雙管分層注水管柱具有以下特點：①兩級封隔器封隔地層，使2層注水通路相互獨立而互不干擾，因此無論是分層注水還是對單層進行強化作業，都可靈活進行;②采用懸掛式無錨定配套管柱，因此不需像支撐式封隔器要加壓加重、由于內層管柱的松弛力較大。兩級封隔器的膠簡與套管之間的摩擦力也較高，當最大壓力控制在25MPa以內，層間壓差值控制在15MPa以內，外油管的縱向竄動則被約束，從而使注水壓力引起的管柱螺旋彎曲效應降低;③注水封隔器是采用靜液壓坐封原理工作的、受油套壓力影響的上下兩級活塞在注水過程中始終在液柱壓力作用下壓縮膠筒（井越深，注水壓力越高、此壓力也越大），借此壓力的作用可以消除膠管應力松馳對對隔器密封性能的影響。同時，由于解封滑套的作用使封隔器在上提過程中能保持釋放狀態;④封隔器具有防阻裝置、可以防止工具在下井的過程中由于靜液壓作用產生中途坐封現象;⑤封隔器解封機構處在與工作流體隔絕的狀態下，可以在流體物性較為惡劣的條件下工作，解封較靈活、可靠;⑥有關封隔器最低坐封載荷的確定、封隔器啟動壓力的計算以及插管密封條件的確定等，可經過嚴格的理論計算和地面試驗，以確保井下管柱工作可靠。

3 現場使用效果分析

采油六廠已在6口井中下入同心雙管分注管柱，現場試驗使用效果較好。

3.1 封隔器密封效果好

根據6口井封隔器坐封后試壓資料表明封隔器密封狀況良好，試壓時，采用從內外油管環空打壓的方式進行座封，泵壓為水泥車壓力，通過現場驗封，封隔器座封效果良好。

3.2 地面配注合格率高

由于分層配注量是在地面調整的，就避免了單管多級井下配注時按季度調配的弊病，因此同心雙管分注具有操作簡單、資料可靠、調整及時的優點，分層注水合格率有明顯的提高，而且分層注水數據更加真實。

3.3 經濟效益好

6口注水井實施同心雙管分注前都是使用橋式同心配水器分注，每季度都需要進行調配1次，每口井調配費用1.26萬元/井次，6口井每年調配費用高達30.24萬元（見表三）。使用同心雙管后不需要進行調配，年節約調配費用30.24萬元。由于能在地面實時監控、調整配注，不僅降低了測試測調費用，而且減少了調配遇阻的風險，延長了檢串周期。

從費用對比分析來看，盡管同心雙管分注一次性投入較多，但由于分層注水合格率高，調配費用、井下作業費用明顯降低等因素，從長遠來看在經濟上還是劃算的。

4 結論與認識

①該工藝將傳統的井下測調改為地面實時調配，避免了井下測調遇阻風險，提高了測調效率。按照常規分注井每年測調4次要求計算，每年可節約測調費用5萬元/口;②該工藝有效實現小層注水量實時監控與調配，解決了常規分注井小層水量無法監控、測調失效快的問題，保證小層注水精細調控;③該工藝無法測試吸水剖面，雖然可以緩解層間矛盾，但層內吸水狀況不明，建議繼續開展該工藝吸水剖面測試技術攻關。

參考文獻：

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