兩種可反洗注水管柱在海上油田的對比應(yīng)用

陳浩(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)公司，天津 300459)

0 引言

1 可反洗注水管柱簡介

注水開發(fā)是海上油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施之一，隨著海上油田開發(fā)的發(fā)展，油田注水開發(fā)的需求日趨迫切。注水井長期注水不洗井，使得井下管柱結(jié)垢嚴(yán)重，注水壓力上升，影響注水效果的同時(shí)嚴(yán)重干擾鋼絲調(diào)配及動(dòng)管柱作業(yè)。為了解決這類注水井開發(fā)的問題，迫切需要適合海上油田大排量、全井筒洗井的新式注水管柱，從根本上解決井下結(jié)垢問題。渤海注水井一般由油井轉(zhuǎn)注，其礫石充填防砂的完井方式不具備洗井功能。不論傳統(tǒng)式的注水管柱(例如：一投三分注水管柱、空心集成注水管柱)，或者新式注水管柱(例如：地面多管分注、邊測邊調(diào)注水管柱)都會因?yàn)樽⑷胨|(zhì)較差，無法進(jìn)行全井筒沖洗而出現(xiàn)各種問題。注水井長期注水不洗井，使得井下管柱腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，同時(shí)嚴(yán)重影響了分注井的投撈作業(yè)和正常注水，極大地制約了油田的注水開發(fā)效果。如果能夠?qū)崿F(xiàn)對注水井日常維護(hù)的洗井工作，就可以解除油層堵塞、清除油管內(nèi)外結(jié)垢的難題，從而延長注水井的修井周期，確保海上油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)[1]。

1.1 自提升式可反洗注水管柱

該管柱在井內(nèi)油管掛下部安裝了一個(gè)液壓提升裝置，洗井時(shí)通過地面液壓泵打壓使液缸上提，帶動(dòng)液壓裝置以下整體管柱上升，使其下部注水管柱上的隔離密封提離隔離封隔器密封筒，從而建立起洗井通道。洗井結(jié)束后，利用注水管柱自重和地面液壓泵向液缸下腔打壓使其下部注水管柱下放，隔離密封重新進(jìn)入隔離封隔器密封筒，實(shí)現(xiàn)層間封隔，主要管柱構(gòu)成包括防返吐工作筒、沉沙單流閥及自提升裝置等。

防返吐配水器在注水時(shí)，通過壓差打開工作筒的開啟閥，形成注水通道；當(dāng)注水井停注時(shí)，地層和井筒被隔離，避免造成地層吐砂問題，同時(shí)防止洗井時(shí)出現(xiàn)短路現(xiàn)象的發(fā)生。防返吐工作筒結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

圖1 防返吐工作筒結(jié)構(gòu)圖

沉沙單流閥結(jié)構(gòu)在正常生產(chǎn)時(shí)，閥桿與本體主通道密封，實(shí)現(xiàn)單流功能，沉砂通道下端可接油管，油管連接圓堵，進(jìn)行沉砂處理；反洗井時(shí)，液體從本體對稱側(cè)孔進(jìn)入，水壓推動(dòng)閥桿脫離密封接觸面向上運(yùn)動(dòng)，形成過流通道，進(jìn)行向上反循環(huán)洗井，如圖2所示。

圖2 沉沙單流閥結(jié)構(gòu)圖

自提升裝置是此類新型注水管柱的主要裝置，用于提升整體管柱，建立反洗井通道。自提升裝置由兩條連接到地面壓力控制裝置的注壓管線提供動(dòng)力源[2-3]。提升裝置上部為鍵與滑道組成的扭矩傳遞結(jié)構(gòu)，保證中心管在上下移動(dòng)過程中可以全程傳遞扭矩，當(dāng)需要提升管柱時(shí)，通過地面壓力控制裝置經(jīng)收縮注壓管線對提升裝置下腔增壓，空氣腔內(nèi)空氣壓縮，定位活塞向下移動(dòng)，中心管在壓力的作用下向上移動(dòng)，從而帶動(dòng)下部活動(dòng)管柱上升。當(dāng)洗井作業(yè)完成，需要恢復(fù)管柱至生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，通過地面壓力控制裝置經(jīng)收縮注壓管線向提升裝置下腔注入壓力，管柱向下移動(dòng)，洗井通道關(guān)閉，管柱復(fù)位。自提升結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。

圖3 自提升結(jié)構(gòu)圖

1.2 不動(dòng)管柱反洗井注水管柱

以現(xiàn)有的分注管柱為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)正常注水，反洗井時(shí)洗井液從油套環(huán)空進(jìn)入，通過改進(jìn)的定位密封和插入密封(增加橋式通道)進(jìn)入防砂段，到達(dá)注水管柱下部，經(jīng)單流閥由油管返出，其關(guān)鍵工具主要包括可反洗定位密封、可反洗插入密封裝置及單流凡爾。

可反洗定位密封在正常注水時(shí)，如圖4所示。定位密封的反循環(huán)洗井閥處于關(guān)閉狀態(tài)，水流由油管內(nèi)向下流經(jīng)配水器工作筒進(jìn)入地層；反循環(huán)清洗管柱時(shí)，洗井液由油套環(huán)空進(jìn)入，在壓差0.3 MPa的作用下使得洗井閥打開，并由洗井閥進(jìn)入油套環(huán)空，實(shí)現(xiàn)對防砂段油管的沖洗。

圖4 可反洗定位密封結(jié)構(gòu)圖

在空心集成注水工作筒的基礎(chǔ)上，加裝可反洗橋式通道，反洗井時(shí)洗井液由油套環(huán)空進(jìn)入，在可反洗插入密封處通過洗井液進(jìn)口進(jìn)入，在一定壓差下打開洗井閥流入下一防砂層段，最后通過油管底端單流閥由油管內(nèi)返出地面。如圖5所示。

圖5 可反洗插入密封結(jié)構(gòu)圖

單流凡爾是一種單向閥，防止在正常注水時(shí)，液體由管柱最底部進(jìn)入地層，反洗井時(shí)液體從本體底端進(jìn)入，水壓推動(dòng)凡爾球向上運(yùn)動(dòng)，與凡爾球座之間形成過流通道，進(jìn)行向上反循環(huán)洗井。

2 兩種可反洗注水管柱的現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 自提升式可反洗注水管柱的現(xiàn)場應(yīng)用

(1)試 注，使 用 泥 漿 泵 按3 MPa、5 MPa、8 MPa、10 MPa四個(gè)壓力等級分別試注(試注水源為平臺注入水)，每個(gè)壓力等級的注入時(shí)間30 min，記錄注入量，對泥漿泵出口處的水進(jìn)行取樣。

(2)連接液控管線，將液控管線與采油樹處的上下兩只截止閥連接，另一端與井口壓力控制裝置相連接，同時(shí)套管憋壓5 MPa，作為管柱上提的判斷依據(jù)。

(3)上提管柱進(jìn)行洗井、取樣。啟動(dòng)井口壓力控制裝置，進(jìn)行打壓，上提管柱到位后進(jìn)行正洗，小排量 (5 m3/h)正洗，替出井筒環(huán)空中的柴油，并對環(huán)空死水進(jìn)行取樣3次，然后大排量反洗，并依次對防砂段內(nèi)、油套環(huán)空內(nèi)水樣進(jìn)行取樣。

(4)下放管柱、驗(yàn)證洗井效果。再次使用泥漿泵按3 MPa、5 MPa、8 MPa、10 MPa四個(gè)壓力等級分別試注，并與洗井前注入量進(jìn)行對比。

根據(jù)洗井前后注入量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，洗井后各個(gè)壓力點(diǎn)下的注入量明顯高于洗井前的注入量，說明洗井效果明顯，洗井初期取樣觀察返出大量黑水，說明井下雜質(zhì)能夠隨之返出，充分循環(huán)洗井后返出水樣基本能與平臺注入水一致。但部分井受自身井況影響，在反循環(huán)沖洗時(shí)能夠帶出井下雜質(zhì)，但注入量卻無法現(xiàn)實(shí)明顯的提高。

2.2 不動(dòng)管柱反循環(huán)洗井管柱的現(xiàn)場應(yīng)用

(1)試注、使用泥漿泵選取特定壓力值進(jìn)行試注，并記錄注入量。

(2)連接反循環(huán)洗井管線。

(3)反循環(huán)洗井，洗井過程中及時(shí)記錄洗井壓力及排量，定時(shí)取樣，直至進(jìn)出口水質(zhì)一致。

(4)驗(yàn)證洗井效果。再次使用泥漿泵在特定壓力值下進(jìn)行試注，并與洗井前注入量進(jìn)行對比。

以渤海某平臺F26井首例不動(dòng)管柱反循環(huán)洗井試驗(yàn)井的測試數(shù)據(jù)為例，在同樣試注壓力下，洗井前后的注入量無明顯變化，但取樣觀察可以看出洗井初期同樣返出大量黑色液體，洗出較多雜質(zhì)。從洗井效果看，洗井后也達(dá)到了降低注水壓力增加注水量的效果。反洗井前后的取樣對比，如圖6所示。

圖6 反洗井前后的取樣對比

3 兩種管柱優(yōu)缺點(diǎn)對比

(1)兩種可反循環(huán)洗井注水管柱都能有效地對井下管柱進(jìn)行除垢清洗，降低井口注水壓力，增加單井注水量。

(2)自提升式可反洗注水管柱結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，自提升裝置尺寸相對較大，在下入注水管柱時(shí)需要平臺吊車進(jìn)行配合，而不動(dòng)管柱反洗井管柱結(jié)構(gòu)簡單，作業(yè)程序與普通注水管柱下入程序一致，不增加額外工作量。

(3)自提升式可反洗注水管柱在反洗作業(yè)時(shí)工序繁瑣，需要特定的液壓站、液壓泵，自提升裝置收放速度較慢，且液壓油受氣溫影響較大，溫度較低時(shí)會延長管柱提升速度，整個(gè)洗井作業(yè)預(yù)計(jì)周期為2天；不動(dòng)管柱反洗井管柱操作簡單，連接洗井管線后即可進(jìn)行反循環(huán)洗井作業(yè)，作業(yè)周期短。

(4)自提升式可反洗注水管柱的沉沙單流閥采用閥桿式密封，不受大排量反循環(huán)洗井所影響；不動(dòng)管柱反循環(huán)洗井管柱的單流閥采用凡爾球與凡爾球座的密封方式，在反洗排量較大時(shí)，水流推動(dòng)凡爾球向上運(yùn)動(dòng)至凡爾罩，凡爾球與凡爾罩之間也會形成密封，影響洗井效果。

(5)自提升式可反洗注水管柱是通過提升井下管柱，將定位密封、插入密封提出相應(yīng)密封筒而形成反循環(huán)通道，洗井通道大，洗井效果佳；不動(dòng)管柱反循環(huán)洗井管柱是通過定位密封、插入密封的橋式通道來實(shí)現(xiàn)反循環(huán)洗井，不過受自身結(jié)構(gòu)限制，洗井閥可能會置于密封筒內(nèi)，造成洗井通道窄，影響洗井效果。

(6)自提升式可反洗注水管柱的定位密封、插入密封的密封模塊受管柱上提、下放影響，尤其是井斜大的情況下會產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，造成層與層之間的串層，最終無法實(shí)現(xiàn)合理配注的要求。

4 結(jié)語

從兩種新式可反洗注水管柱在渤海地區(qū)的應(yīng)用效果看，兩種方式都能實(shí)現(xiàn)有效的清潔管柱結(jié)垢，將井底雜質(zhì)帶出地面，洗井后均達(dá)到了降低注水壓力增加注水量的效果，延長了注水井換管柱的作業(yè)周期，同時(shí)有效的降低了動(dòng)管柱作業(yè)而產(chǎn)生的額外費(fèi)用。而且渤海油田多口注水井反洗井的成功實(shí)例證實(shí)了兩項(xiàng)技術(shù)的切實(shí)可行，并可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用，同時(shí)為注水井清洗除垢技術(shù)提供了一定的發(fā)展方向。針對兩種新式管柱各自的優(yōu)缺點(diǎn)及不同礦區(qū)的注水井情況，我們可以選擇性使用合適的管柱，將反洗井效果最大化。