高壓注水管柱失效分析及管柱改進(jìn)

袁暉

摘要：XX廠高壓注水井50口（壓力≥15MPa），因封隔器失效造成油套平衡井41口，占高壓注水82%，封隔器密封平均有效期為79天。高壓注水封隔器密封有效期短限制了油藏水驅(qū)開發(fā)效果的進(jìn)一步提高。由于常規(guī)分層注水技術(shù)無法滿足油藏高壓注水井的分注要求，大部分注水井只能采用籠統(tǒng)注水，儲(chǔ)層縱向動(dòng)用不均，嚴(yán)重影響了油藏注水效果的進(jìn)一步提高。為改善油藏水驅(qū)開發(fā)效果，開展了雙向錨定高壓注水管柱工藝技術(shù)研究與試驗(yàn)，通過研制Y445雙卡瓦封隔器，應(yīng)用于高壓籠統(tǒng)注水井，實(shí)現(xiàn)了管柱有效密封，為下步高壓分注實(shí)現(xiàn)有效注水開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和價(jià)值。

關(guān)鍵詞：雙卡瓦;雙向錨定;高壓注水;有效密封

1.前言

經(jīng)過幾年努力，雖解決了一部分井口注水壓力在20MPa左右的注水井注水的問題，但大多數(shù)注水管柱有效期短，我們分析了現(xiàn)有的高壓注水管柱及注水狀況，高壓注水管柱有效期短原因?yàn)椋?/p>

（1）管柱在下入、坐封、洗井、注入和停注等受力狀態(tài)不清，造成管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，致使管柱蠕動(dòng)，導(dǎo)致封隔器失效的原因主要是由活塞效應(yīng)、鼓脹效應(yīng)、溫度效應(yīng)而引起的。

（2）注水封隔器洗井閥關(guān)閉不嚴(yán)，導(dǎo)致封隔器漏失;

（3）封隔器密封件不合格，不滿足高壓分注需求。

2. 原有高壓注水管柱失效分析

2.1計(jì)算條件：

（1）套管參數(shù)外139.7mm，? 壁厚9.17mm

（2）油管參數(shù)為外徑73mm，內(nèi)徑62mm

（2）注水壓力26.3MPa，

（4）注入流量30m3/d，

（5）注入溫度29℃

（6）保護(hù)封隔器下深2600m

（7）地溫梯度為3℃/100m

（8）地表平均溫度為15℃

2.2計(jì)算結(jié)果：

（1）鼓脹效應(yīng)產(chǎn)生的力F1為4.6噸（方向向上）

（2）管柱長(zhǎng)度的變化ΔL1為0.51米（管柱縮短）。

（3）溫度效應(yīng)產(chǎn)生的力F2為4.2噸（方向向上）。

（4）管柱長(zhǎng)度的變化ΔL2為0.45米（管柱縮短）。

（5）活塞效應(yīng)產(chǎn)生的力F3為32.4噸（方向向上）。

合力：F1+F2+F3=4.6+4.2+32.4=41.2噸（方向向上）。

管柱變形量：L1+L2=0.51+0.45=0.96米（管柱縮短）。

2.3管柱受力失效原因分析

（1）原有管柱無補(bǔ)償器用水力錨錨定，經(jīng)計(jì)算水力錨的錨定力大概為39.4噸左右，因此管柱可能會(huì)失效。而一般水力錨的錨爪方向是單向朝上的，只能承受單向的力，再有洗井時(shí)，水力錨的錨爪收回，整個(gè)管柱的作用力在節(jié)流壓差的作用下，力得方向是向下的。導(dǎo)致水力錨失效，管柱蠕動(dòng)失效。

（2）原有管柱無補(bǔ)償器用液壓錨定器錨定，由于錨定器為上提解封，而在溫度效應(yīng)和鼓脹效應(yīng)的作用下有8.8噸向上的力，可能會(huì)引起錨定器解封導(dǎo)致管柱失效。

2.4管柱由于密封件失效不密封分析：

（1）密封件

材質(zhì)：原有的密封件一般采用丁腈橡膠，而丁腈橡膠的極限耐溫為90℃～120℃，而在這個(gè)溫度下密封時(shí)限很短，密封壓力也不會(huì)很高。

結(jié)構(gòu)：原有的筒狀膠筒加隔環(huán)的結(jié)構(gòu)。在一定溫度下密封壓力不會(huì)很高

（2）反洗閥

一般是單純的橡膠密封或者金屬線密封。密封不可靠

3. 選用高壓注水管柱介紹

3.1管柱的設(shè)計(jì)

針對(duì)常規(guī)分層注水技術(shù)無法滿足油藏高壓注水井的分注要求的實(shí)際，開展高壓籠統(tǒng)管柱工藝試驗(yàn)，在籠統(tǒng)注水試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上再開展分層注水。

高壓籠統(tǒng)管柱設(shè)計(jì)：驗(yàn)漏球座+補(bǔ)償器+雙卡瓦封隔器+單流配水器+沉砂球座。

技術(shù)改進(jìn)：

（1）雙向錨定，避免高壓狀態(tài)下管柱蠕動(dòng);

（2）補(bǔ)償器補(bǔ)償注水或停注時(shí)上部管柱的伸長(zhǎng)或者縮短對(duì)下部管柱影響。

（3）驗(yàn)漏球座在后期檢管作業(yè)時(shí)檢驗(yàn)管柱密封狀況。

（4）封隔器密封件使用組合膠筒，優(yōu)化了膠筒結(jié)構(gòu)和形狀，并采用獨(dú)特的護(hù)肩保護(hù)，承壓高，具有較好的承壓性及穩(wěn)定性。

（5）考慮工具結(jié)垢問題，選用超級(jí)不銹鋼作為主要材料

3.2管柱優(yōu)化

針對(duì)配水器+沉砂球座的組合需打壓21MPa以上壓力座封，座封壓力偏大的情況，采用沉砂球座+篩管+絲堵的組合（座封壓力<17MPa）代替，既保持了管柱穩(wěn)定性，又降低了座封壓力高的風(fēng)險(xiǎn)。

優(yōu)化管柱設(shè)計(jì)：驗(yàn)漏球座+補(bǔ)償器+雙卡瓦封隔器+沉砂球座+篩管+絲堵。

4.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

針對(duì)高壓注水封隔器密封有效期短的問題，2018年通過對(duì)高壓封隔器進(jìn)行改進(jìn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（Y445-114雙向錨定封隔器），并優(yōu)化注水管柱設(shè)計(jì)，試驗(yàn)高壓籠統(tǒng)注水管柱工藝2井次，最高注水壓力達(dá)到了23.5MPa，目前平均有效運(yùn)行514d ，套壓為0，措施效果良好。

5.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）研究應(yīng)用的Y445-114雙卡瓦注水封隔器最高耐壓差能力在20MPa以上， 能有效防止高壓注水時(shí)管柱蠕動(dòng)的問題，并且能實(shí)現(xiàn)管柱下井即可注水，管柱密封有效期可達(dá)1年以上;滿足了油藏高壓注水的需求;

（2）目前形成的Y445雙向錨定注水管柱工藝已成功應(yīng)用于高壓籠統(tǒng)注水井，能滿足低滲油藏高壓注水井的需求，為下步高壓分層注水應(yīng)用提供技術(shù)支持，對(duì)改善低滲透油藏儲(chǔ)層動(dòng)用程度、提高油藏整體水驅(qū)開發(fā)效果具有十分重要的意義。

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