石油系統(tǒng)中高壓分層注水管柱的研究

摘 要:針對(duì)研制深井高壓狀態(tài)下綜合機(jī)械性能較高的分層注水管柱這一課題設(shè)計(jì)研制了一套方案。

關(guān)鍵詞:擴(kuò)張封隔器 高壓封隔器 偏心配分器 堵塞器 壓力補(bǔ)償器

中圖分類號(hào):TE3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2011)03(c)-0097-01

1 高壓分層注水的特點(diǎn)

管柱受高壓和泵壓不穩(wěn)的作用產(chǎn)生膨脹和蠕動(dòng)，易造成油管彎曲和密封失效。是因?yàn)樵诜謱幼⑺^程中，注水管柱會(huì)受到內(nèi)壓、外壓、軸力、扭矩、彎矩、粘滯摩阻和庫侖摩擦力等多種載荷的聯(lián)合作用。它會(huì)帶動(dòng)井下封隔器隨之不斷地上下蠕動(dòng)，使封隔器的密封膠筒被磨壞，甚至使得封隔器提前失效或解封，浪費(fèi)了大量的作業(yè)費(fèi)用，影響了分層注水效果，縮短了注水管柱工作壽命。

2 技術(shù)組成

2.1 工具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力爭(zhēng)使工具和套管之間的間隙縮小，增加密封的可靠性。工具的材質(zhì)，加工工藝均有特殊要求。高壓作用下配套工具的主要受力部件的強(qiáng)度均高于常規(guī)工具由于注入水質(zhì)的影響容易結(jié)垢，為此工具的動(dòng)配合表面均采用化學(xué)處理。高壓及高壓差作用下密封件的密封性能及時(shí)性得到了必須保證。

2.2 工作原理

根據(jù)施工設(shè)計(jì)配管柱下井，利用封隔器將各層段卡開，在相應(yīng)層段管柱上裝有偏心配水器。當(dāng)管柱下完后，從油管內(nèi)蹩壓10MPa驗(yàn)證管柱漏失情況并坐卡水井錨，在最上一級(jí)封隔器上部安裝水井錨錨定管柱，使溫度效應(yīng)、螺旋彎曲效應(yīng)、膨脹效應(yīng)所產(chǎn)生的力通過卡瓦傳到套管上，解決管柱蠕動(dòng)問題，保護(hù)封隔器膠筒。繼續(xù)蹩壓20MPa，剪斷管柱伸縮補(bǔ)償器剪釘，此時(shí)伸縮補(bǔ)償器的彈簧爪在內(nèi)支撐失去之后而脫開并開始工作。采用伸縮管，能補(bǔ)償管柱的伸長(zhǎng)和縮短，消除管柱的軸向應(yīng)力，防止管柱彎曲變形或損壞。通過鋼絲將投撈器下入井內(nèi)逐級(jí)撈出各偏心配水器的堵塞器，將堵塞器的死嘴子更換為不同尺寸的水嘴，進(jìn)行分層注水。在注水過程如果需要洗井，可由套管泵入液體經(jīng)尾部循環(huán)凡爾進(jìn)行反洗井。

3 具體配套工具的研究

目前分層注水工藝管柱所使用的封隔器為較早研究的封隔器。該封隔器耐壓差低、密封性能較差。主要是因?yàn)殇擉w強(qiáng)度低、反洗井密封是靠凡爾的鋼性線密封進(jìn)行密封的。由于反洗井的水擊等因素影響和腐蝕結(jié)構(gòu)，很容易失效。不能滿足當(dāng)前注水的需要。

3.1 擴(kuò)張封隔器的結(jié)構(gòu)

K344-116封隔器由彈簧和閥體組成的壓力保持平衡系統(tǒng)，密封總成系統(tǒng)和解封系統(tǒng)組成。特點(diǎn):該封隔器具有保持密封壓力特點(diǎn)，當(dāng)油管打壓到10～15MPa時(shí)，密封件膨脹密封油套環(huán)形空間，承壓5～10min活塞在彈簧的作用下關(guān)閉傳壓通道，保持穩(wěn)定壓力對(duì)密封件有一恒定力的作用，以保證其密封性。工作原理:(1)坐封:管柱按施工設(shè)計(jì)下到預(yù)定位置，利用水泥車或注水泵油管正打壓10～15MPa，封隔器密封件膨脹，貼緊套管，密封油套環(huán)形空間，起到封隔油層的作用。(2)解封:上提油管拉斷固定銷釘，封隔器中心管上移，中心管上的溝槽段進(jìn)入密封腔內(nèi)，壓力釋放，完成解封。

3.2 Y341-116高壓封隔器結(jié)構(gòu)

該封隔器由動(dòng)力部分、鎖緊部分、密封部分、洗井部分和解封部分組成。特點(diǎn):該封隔器坐封后，鎖緊機(jī)構(gòu)將壓縮后的膠筒鎖住，阻止其反彈來密封油套環(huán)形空間。封隔器的外徑較常規(guī)封隔器大2mm，減小了鋼體與套管內(nèi)壁的間隙。密封件采用理化指標(biāo)較高的橡膠，密封件外徑由常規(guī)的Φ113mm增加到Φ115mm，減小了環(huán)空密封面積，增強(qiáng)了耐壓差性能。工作原理:(1)坐封:管柱按施工設(shè)計(jì)下到預(yù)定位置，利用水泥車和注水泵油管正打壓15MPa以上，活塞在壓力作用下上移，推動(dòng)鋼套，鋼套壓縮膠筒，向前移動(dòng)，爪簧與鎖環(huán)鎖緊，密封件封隔油套環(huán)空，完成封隔器的坐封。(2)洗井:從油套管環(huán)空用注入泵打入洗井液，洗井液向下推開洗井閥，洗井液繞過密封件從管柱底部環(huán)座從油管返出地面，按要求完成洗井。(3)解封:上提管柱，封隔器中心管上移，剪斷解封銷釘，在解封體上頂力的作用下，將鎖環(huán)和分辨爪簧分開。繼續(xù)上提管柱密封件在與套管摩擦力的作用下恢復(fù)到原位，完成封隔器的解封。

3.3 偏心配水器結(jié)構(gòu)

PX-116偏心配水器主要由連接體、扶正體、支架和導(dǎo)向體組成，用來將帶咀子的堵塞器投入其偏心孔，完成油層的配注水量。特點(diǎn):將偏心配水器的外徑由原來的φ113mm增加到φ116mm，增大了主要受力部件的尺寸，增強(qiáng)了整體抗壓抗拉強(qiáng)度。將導(dǎo)向體由原鑄件改成鍛件，易于加工且使表面粗糙度降低，減小投撈器進(jìn)入時(shí)的阻力。工作原理:偏心工作筒是用來承載堵塞器的必備工具，用鋼絲繩連接投撈器，投撈器帶堵塞器從油管下入井中，由導(dǎo)向體對(duì)投撈器換位，并將堵塞器從投撈器的側(cè)面彈出，向上提拉一定的距離后下放，經(jīng)扶正體作用堵塞器沿側(cè)孔進(jìn)入工作位置，上提后堵塞器留在工作筒內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目的層的注水。更換水嘴時(shí)，將投撈器的打撈頭換成釋放撈頭即可。

3.4 堵塞器結(jié)構(gòu)

堵塞器主要由彈簧連桿、凸輪扭簧、陶瓷水嘴等組成。特點(diǎn):堵塞器除彈簧水嘴外，其余各零部件均采用不銹鋼材料，主要是防止長(zhǎng)時(shí)間在水介質(zhì)中工作易在動(dòng)作部位和外表面結(jié)垢，導(dǎo)致投撈時(shí)遇卡和拉斷鋼絲，造成不必要的修井作業(yè)。工作原理:當(dāng)堵塞器進(jìn)入偏心工作筒φ20mm側(cè)孔后，彈簧壓帽上提，凸輪翻轉(zhuǎn)卡在偏心配水器的側(cè)孔內(nèi)，完成投堵工作。撈出時(shí)鋼絲帶打投頭下入，進(jìn)入側(cè)孔后抓住打撈頭上提，拉斷細(xì)釘，凸輪收回，完成撈出過程。

3.5 油管錨定器結(jié)構(gòu)

油管錨定器主要由本體、錨瓦、檔砂襯套和壓板組成。特點(diǎn):油管錨定器采用35CrMo調(diào)質(zhì)后整體加工，保證機(jī)械性能不受因加工而帶來的影響。錨瓦外側(cè)表面和本體錨瓦孔均采用化學(xué)處理，防止在水介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間工作造成結(jié)垢。工作原理:管柱按施工設(shè)計(jì)下入預(yù)定位置后，在注水過程中錨瓦在1MPa的壓力下即可錨定在套管內(nèi)壁上，壓力越高錨定力越大。

3.6 應(yīng)力補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)

應(yīng)力補(bǔ)償器主要由內(nèi)管、外管和液缸組成。特點(diǎn):上接頭，即本體外表面和密封環(huán)內(nèi)表面采用化學(xué)處理，防止結(jié)垢和銹蝕，造成漏失和不能相對(duì)滑動(dòng)。工作原理:管柱工作時(shí)，油管錨定器錨定在套管上時(shí)，當(dāng)油管壓力很高時(shí)，油管產(chǎn)生的膨脹力勢(shì)必造成管柱收縮，應(yīng)力補(bǔ)償器即可補(bǔ)償收縮的距離。

4 結(jié)語

(1)偏心分層注水技術(shù)和液力投撈分層注水技術(shù)形成了多級(jí)高壓分注、斜井分層注水工藝技術(shù)，基本滿足了不同井況分層注水的需要。(2)分層水量測(cè)試驗(yàn)封工藝的研究與應(yīng)用，極大地減輕了投撈測(cè)試施工操作工作量，保證了分層注水工藝的可靠性，可廣泛應(yīng)用。(3)分層注水工藝不僅能有效控制油藏中一類層的吸水量，同時(shí)能有針對(duì)性地提高需要注水的二、三類層的吸水量，能有效提高油藏的水驅(qū)動(dòng)用程度，是高含水油藏在開發(fā)中后期必不可少的一項(xiàng)注水工藝。