分层注水管柱技术分析及现场应用

分层注水管柱技术分析及现场应用

摘要本文通过常规分注管柱技术现状调查与力学分析,针对分

注管柱寿命短的问题,研究制定了几种完善分注技术的方案。通过试验取得了一定的效果及认识。

关键词分层注水;锚定;悬挂式;注水井

中图分类号 te353 文献标识码 a文章编号

1674-6708(2010)17-0137-02

0 引言

现河庄油田分层注水井多采用悬挂式管柱技术。管柱主要由y341封隔器和空心配水器以及底筛堵组成。因未采取有效的防蠕动措施,在注水过程中封隔器短期密封失效的情况十分普遍。2006年常规

y341悬挂式分层注水技术使用45井次,针对上部停注层或套管漏失井实施卡封分层27井次,有效率仅48%。

1 常规分注管柱技术分析及管柱配套模式的确定

常规分注管柱力学分析:

理论研究表明,注水管柱的蠕动距离主要与油管长度、注水压力等因素相关。分层注水井层位一般在1 800~3 300m,注水压力在

5~40mpa范围。管柱结构以一级两段和两级三段为主。

结合现场分注井的具体情况进行了分类研究。以一级两段分注井为例,就不同配注性质的注水管柱(封上注下、封下注上、两层均注)在座封过程、注水过程、测试过程中的受力状况及长度变化进行了计算。

计算的理论依据为:注水过程中温度、压力的变化会产生四种基本效应,即温度效应、活塞效应、螺旋弯曲效应及鼓胀效应。

对于封上注下的井,随着注水压力和管柱深度的增加,分注管柱

受到的上顶力由22 134n增加到221 340n,管柱纵向缩短距离由0.30m增加到5.41m。对于两层均注井注水过程中管柱基本不发生蠕动,当投球测试(或在线验封)时,封隔器管柱出现受力不平衡情况,管柱将伸长0.29~1.62m。温度变化主要表现为温度降低,当温度下降范围在20~50℃时,油管缩短0.768~1.92m。

2 分层注水管柱技术的试验应用

2.1 锚定补偿式管柱技术

2.1.1 管柱结构及工作原理

主要由补偿器、y341封隔器、水力锚、水力卡瓦等组成,工作压力≤35mpa。y341高压注水封隔器为核心部件,其中补偿器、水力锚、支撑卡瓦3种工具组成了管柱的锚定补偿机构,可有效减少或消除温度、压力效应引起的管柱蠕动,改善封隔器的工作条件,延长分层卡封管柱的工作寿命。

常闭式补偿器,由上下接头、内外管、控制结构和密封件组成。管柱下到设计位置后,从油管内打压,液压力作用于控制活塞上,启动控制活塞释放控制锁块,补偿器在管柱张力作用下内外管发生相对运动而工作,从而达到补偿作用,防止管柱张力断裂。

水力锚,由锚爪、主体、中心管组成。设有挡垢衬套。衬套和水力锚内壁采取间隙配合,仅仅起到传递液压的目的。注水基本不流

经配合间隙,因此从根本上防止了锚孔内堆积脏物或结垢导致泄压后锚爪无法收回的现象。

水力卡瓦,由卡瓦片、活塞、卡瓦托、锥体等组成。施工时,从油管打液压,活塞在高压水作用下,剪断安全剪钉,推动卡瓦托上行使卡瓦坐卡,在释放液压后,管柱重量作用在卡瓦上,保证处于支撑状态。当需要解卡时,上提管柱,中心管带动上锥体向上移动,卡瓦失去内支撑解卡。

2.1.2 现场试验效果分析

锚定补偿管柱主要用于存在上部停注层或套管漏失情况的分层

注水井,该类井层间压差较大在5~32mpa范围,有效率达到81%。

梁11分层注水示范块整体配套了锚定补偿技术。该断块井口注水压力在5~10mpa,井深2700~3100m。通过计算,注水过程中管柱将缩短或伸长1.1m左右。

2.1.3 锚定补偿管柱技术评价

通过现场试验应用,该管柱具有以下特点,采用锚定技术及管柱

伸缩补偿技术有效克服了注水管柱的纵向蠕动,可靠性好。

不足之处在于,管柱结构较复杂,配套工具多,技术管理难度较大;锚爪对套管有一定的破坏作用,对于结垢严重的井锚爪不易复位,

易造成解封困难。

2.2 国外锚瓦(双卡瓦)管柱技术

2.2.1管柱结构及工作原理

国外锚瓦(双卡瓦)管柱技术应用中重点配套了补偿器和定压单

流阀技术。

pfh静液压封隔器,按照国内编号为y541型,该封隔器上端为水力锚,下端为支撑卡瓦。

国外hrp封隔器,国内编号 y441型。采用双卡瓦结构,水力座封。封隔器密封后,有机械锁定装置锁定。耐压可达40mpa以上。

2.2.2现场试验效果分析

重点在低渗透高压注水井开展了现场试验工作,共实施4口井。

2.2.3国外锚瓦(双卡瓦)封隔器技术评价

该管柱具有以下特点:封隔器座封后能承受来自下方或上方的大压差(40~50mpa),可有效避免高压注水井甚至是超高压注水井管柱蠕动的发生。

但国外锚瓦(双卡瓦)封隔器技术具有以下不足之处。一是封隔器缺少洗井结构,使用过程中不能洗井。锚定属于死锚定,难以解除,卡瓦对套管破坏力大。作业时解卡难度大,易造成大修。

2.3 新型悬挂式管柱技术

2.2.1管柱结构及工作原理

应用了y342、czk344-115ⅲ封隔器技术,分别与zjk轨道式配水器、普通空心配水器组配管柱。

y342封隔器结构原理基本与y341封隔器相同,不同的是采用了旋转解封的方式,其工作压力≤35mpa,耐温120~150℃。

czk344-115ⅲ封隔器具有双重密封功能,密封部件由膨胀密封元件和自密封元件构成。能够承受较高压差15~30mpa。

2.2.2现场试验效果分析

悬挂式czk344-115ⅲ管柱技术、y342管柱技术主要用在现河庄油田河31、河68等断块的沙二段常压分层注水井。实施20井次,增加有效注水31 474m3,平均生产时间164天。

悬挂式y342管柱技术应用2口井。

2.2.3 y342、czk344-115ⅲ封隔器管柱技术评价

k344型水力扩张封隔器优点在于,易于停注后充分反洗井,且不必人工座封封隔器。不足之处在于自密封件在下井过程紧贴套管壁下行,同时承受液柱顶力在一定程度上会造成密封件损坏。

y342悬挂式管柱的最大优点是油管的纵向伸缩不会造成封隔器自动解封。缺点是封隔器蠕动胶筒磨损的情况仍不可避免。

3 结论

通过近年来的各类分注管柱的现场应用效果及技术特点分析,对今后分注关注的发展方向得到以下认识:

1)锚定管柱技术、悬挂式y342、czk344-115ⅲ封隔器管柱技术对比常规悬挂式y341分注技术取得了较大程度的提高;

2)对于双卡瓦注水管柱,可引进试验可钻可取式y441高压注水封隔器,要求该封隔器具有反洗井功能。在解封失效的情况下采用钻磨工具即可快速钻掉并起出封隔器;

3)通过油田外部的相关技术调研,认为悬挂式(无锚定)压力平衡管柱技术将是分注管柱技术的发展方向。