注水井環(huán)空帶壓統(tǒng)計(jì)分析及治理改進(jìn)方向

李 順，賀啟強(qiáng)，周大志，寸錫宏，任兆林，劉艷霞

（1.中國石化勝利油田分公司石油開發(fā)中心勝龍管理區(qū)，山東 東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東 東營 257000；3.中國石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東 東營 257000）

目前，勝利油田已進(jìn)入開發(fā)中后期，高含水問題十分突出，開發(fā)工藝要求節(jié)能、高效、低成本。水驅(qū)開發(fā)仍然是現(xiàn)階段的主導(dǎo)工藝[1]，勝利油田共有水井1萬余口，分層注水井?dāng)?shù)占5 000余口。

分層注水工藝主要借助分層注水工藝管柱實(shí)現(xiàn)，包括分層封隔器和若干配水器等。分層注水管柱受井下各層注入壓力不同及反復(fù)洗井注水工況改變、溫度變化等復(fù)合效應(yīng)，封隔器膠筒密封性能隨時(shí)間增長而呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)封隔器膠筒密封出現(xiàn)泄漏，井下高壓氣體或者液體則上竄至井口套管，井口套壓表則監(jiān)測有套壓數(shù)據(jù)顯示。

通過對勝利油田某采油廠部分水井進(jìn)行套壓錄取整理，分析了不同工藝管柱套壓分布情況，對未來水井套壓治理提供了技術(shù)指引，力求實(shí)現(xiàn)“零套壓”生產(chǎn)。

1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

在統(tǒng)計(jì)的采油廠某區(qū)塊單元共計(jì)82口水井，按照各井應(yīng)用的工藝管柱（包括合注、測調(diào)一體化、同心雙管）和封隔器類型（液控?cái)U(kuò)張式、液控壓縮式，下文簡稱為擴(kuò)張式、壓縮式）分別進(jìn)行了水井套壓錄取及數(shù)值統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 帶套壓水井–工藝管柱類型統(tǒng)計(jì) 口

表2 帶套壓水井–封隔器類型統(tǒng)計(jì) 口

從表1可見，現(xiàn)有3種工藝工作中，一體化管柱帶套壓井比例最高，約為總一體化管柱井?dāng)?shù)的49%；其次是合注井，雙管帶套壓井比例最小。表2表明，在所有注水井中，應(yīng)用液控?cái)U(kuò)張式封隔器的井有30口，其中帶套壓井21口，占比70%；應(yīng)用液控壓縮式封隔器的井有52口，帶套壓井9口，占比17.3%。液控壓縮式封隔器帶套壓井比例大幅少于液控?cái)U(kuò)張式封隔器帶套壓井。

2 原因分析[2-4]

對比該廠的水井套壓分布情況，與各井應(yīng)用的工藝管柱類型及封隔器密切相關(guān)，在油田開發(fā)進(jìn)程中，伴隨技術(shù)進(jìn)步和改進(jìn)，所采用的工藝有所變化，主要表現(xiàn)在環(huán)空封隔器的應(yīng)用和封隔器類型由擴(kuò)張封隔器轉(zhuǎn)換為壓縮式封隔器。

2.1 環(huán)空封隔器的應(yīng)用

2010–2013年，分層注水管柱還未安裝環(huán)空封隔器，2013之后，管柱配套開始安裝環(huán)空封隔器。環(huán)空封隔器通常設(shè)置在距井口以下110～130 m的位置，環(huán)空封隔器坐封后，能夠?qū)崿F(xiàn)油套環(huán)空的有效分隔，將井底壓力阻止在環(huán)空封隔器以下。

液控式環(huán)空封隔器包括洗井機(jī)構(gòu)、坐封機(jī)構(gòu)及解封機(jī)構(gòu)等3部分，其中，洗井機(jī)構(gòu)是通過洗井滑套和中心管發(fā)生相對移動(dòng)，中心管上通孔與洗井滑套上通孔重合則洗井通道打開；反之，洗井通道關(guān)閉。坐封機(jī)構(gòu)是通過地面液控管線打壓，推動(dòng)坐封活塞擠壓膠筒，實(shí)現(xiàn)油套環(huán)空的密封隔離。液控式環(huán)空封隔器工作壓差為30 MPa，滿足各種井況應(yīng)用需求；工作溫度不超過120℃，適用于7in和9–5/8in套管井。

2.2 分層封隔器改進(jìn)

擴(kuò)張式封隔器，結(jié)構(gòu)簡單，廣泛應(yīng)用采油、注水等生產(chǎn)管柱。但是，在長期注水、洗井等工況交替，管柱容易蠕動(dòng)，造成封隔器交替密封失效。壓縮式封隔器坐封活塞軸向壓縮膠筒，坐封更可靠，更適合井下長期工作。改進(jìn)的壓縮式封隔器，采用二級坐封活塞結(jié)構(gòu)，能夠以較小的坐封壓力即可完成封隔器額定工作壓力，實(shí)現(xiàn)封隔器可靠坐封。

3 改進(jìn)方向 [5–6]

水井套壓的形成是一個(gè)漫長的過程，要實(shí)現(xiàn)“零套壓”生產(chǎn)目標(biāo)，需要從兩方面進(jìn)行改進(jìn)：一是工藝管柱本身，是內(nèi)因，包括工具質(zhì)量和工具管柱組配的優(yōu)化、高質(zhì)量的施工等因素。二是加強(qiáng)水井管理，是外因，對水井進(jìn)行必要的維護(hù)管理，出現(xiàn)小問題及時(shí)反饋改進(jìn)，減小后期處理難度。最后，結(jié)合新技術(shù)新材料的發(fā)展，創(chuàng)新推廣新工藝，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)也是有效途徑。

3.1 工藝管柱優(yōu)化

井下工具長期受高壓高溫影響，封隔器性能直接關(guān)系管柱工作有效性。因此，工具設(shè)計(jì)、加工、組裝、驗(yàn)收、應(yīng)用必須嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的操作規(guī)程，不合格品堅(jiān)決杜絕入井。

井下管柱受井筒軌跡影響，工具串會(huì)發(fā)生彎曲變形。封隔器坐封后，管柱軸向受溫度變化影響、洗井注水工況交替影響、注水壓力波動(dòng)變化等，均能發(fā)生管柱軸向拉伸或者壓縮，導(dǎo)致封隔器發(fā)生蠕動(dòng)變化，進(jìn)而影響封隔器密封。因此，井下管柱設(shè)計(jì)時(shí)，還需要優(yōu)化封隔器坐封位置，減小管柱發(fā)生蠕動(dòng)，避免管柱發(fā)生正弦彎曲和螺旋彎曲。

在現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)，技術(shù)人員要按照施工設(shè)計(jì)，嚴(yán)格執(zhí)行，避免不合格產(chǎn)品入井，提高施工合格率，為井下管柱長期高效工作提供可靠保障。

3.2 加強(qiáng)水井管理

通常情況，水井管柱在工作期間，需要定期洗井，洗井完畢轉(zhuǎn)入正常注水?，F(xiàn)有封隔器需要進(jìn)行泄壓、完成封隔器解封，反洗滑套打壓，開啟反洗通道，即可實(shí)現(xiàn)正常反洗井。洗井結(jié)束，需要對洗井滑套進(jìn)行泄壓操作，然后對分層封隔器重新打壓坐封，實(shí)現(xiàn)各注水層段有效密封。

現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，有一定數(shù)量分注井，在洗井后，洗井滑套沒有及時(shí)泄壓，處于長期開啟狀態(tài)，這樣，注入壓力經(jīng)油套環(huán)空直接傳遞至井口，這是現(xiàn)場管理及維護(hù)的不足；此外，部分封隔器長期工作，需要及時(shí)補(bǔ)充控制壓力，但現(xiàn)場采油工沒有及時(shí)補(bǔ)壓，井下封隔器在膠筒長期復(fù)雜工況下，出現(xiàn)壓力松弛，密封效果下降，井底壓力也會(huì)緩慢滲透至井口，這也是現(xiàn)場維護(hù)工作的不足。

3.3 創(chuàng)新推廣新工藝

現(xiàn)有技術(shù)是在總結(jié)前期技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用取得有效驗(yàn)證的成果，目前，也呈現(xiàn)部分井例封隔器性能失效的不足，該工藝還有改進(jìn)的空間。未來，還需要借鑒新材料新技術(shù)，改進(jìn)封隔器工藝，或者替代現(xiàn)有液控封隔器分注工藝，實(shí)現(xiàn)井下管柱的低成本、長壽命、性能更可靠的分注工藝。

4 結(jié)論

分層注水管柱在長期工作中，受井下壓力、溫度影響，分層封隔器密封性能逐漸下降影響，導(dǎo)致環(huán)空出現(xiàn)套壓，生產(chǎn)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，帶環(huán)空封隔器的工藝管柱，有效改善注水井工況；液控壓縮式封隔器比液控?cái)U(kuò)張式封隔器的密封性能更好。

注水井管柱長效可靠是多因素復(fù)合作用的結(jié)果。近年來，環(huán)空封隔器的應(yīng)用及封隔器改進(jìn)，有效減少“帶套壓”水井?dāng)?shù)量，取得很好的成效。要實(shí)現(xiàn)“零套壓”生產(chǎn)，需加強(qiáng)現(xiàn)有技術(shù)的工具和施工質(zhì)量，加強(qiáng)水井的日常管理工作，進(jìn)一步提高工藝技術(shù)水平，尋求新的更好工藝，解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。