油田分层注水反洗井技术研究与应用
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（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司
吉洋，刘敏，王立苹，等．海上油田分层注水反洗井技术研究与应用［Ｊ］．中国海上油气，２０１５，２７（２）：８７—９２．
Ｊｉ Ｙａｎｇ，Ｌｉｕ Ｍｉｎ，ｗａｎｇ Ｌｉｐｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｅｃｈｎ０１０９ｙ ｆｏｒ ｚｏｎａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ ｉｎ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｏｉｌｆｉｅｌｄｓ［Ｊ］
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（Ｃｐ＾［１０Ｃ Ｅ行已ｒ丁＿ｆ＾一ＤｒｉＺＺｉ行ｇ＆Ｐｒｏｄ“ｆ￡ｉｏ竹ｃ０．，丁ｉｎ行Ｊｉ行３００４５７，Ｃ＾ｉ九ｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓ０１Ｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｉｎ ｅｒｖｏｉｒ ｄａｍａｇｅ，ｂｌｏｃｋｉｎｇ ａｎｄ
１反洗井管柱设计
１．１设计原则 鉴于海上油田注水井的复杂性和多样性，在注 水井反洗井管柱设计时主要遵循了以下原则： １）管柱的设计既要满足施工要求，又要使工序 简化，达到注水要求与提高实效的目的。 ２）优化配套工具，达到工具配套齐全、性能可 靠、无洗井短路、摩阻尽量小等要求。 ３）分析管柱受力，保证工具的强度要求。 ４）保证密封工具的可靠性，实现洗井后可正常 分隔各层。 １．２设计关键点 １．２．１提升式反洗井管柱 针对出砂严重、生产管柱因经常无法拔动而造 成大修作业的防砂完井区块，设计了提升式反洗井 管柱，其设计关键点包括： １）提升装置结构设计。提升装置上部为由键 与滑道组成的扭矩传递结构，保证中心管在上下移
动过程中可以全程传递扭矩。中心管下部设有由定 位卡爪及限位活塞组成的限位机构，当提升装置随 管柱一起下井时，提升装置处于最长伸长状态，定位 卡爪定位端与下壳体内的定位台肩配合，锁定相对 位置，防止提升装置因中心管受向上的力而自然收 缩。当需要提升管柱时，通过地面压力控制装置经 收缩注压管线对提升装置下腔增压，定位活塞向下 移动到一定距离时完全脱离开定位卡爪，同时中心 管在压力的作用下向上移动，带动定位卡爪脱离下 壳体内的定位台肩，从而带动下部活动管柱上升。 当完成作业后，需要恢复管柱至生产状态时，通过地 面压力控制装置经下放注压管线向提升装置上腔注 入压力向下移动恢复原位。 ２）防返吐工作筒结构设计。防返吐工作筒注 水时，通过压差打开工作筒的开启阀，形成注水通 道；反洗井时弹簧复位关闭注水通道，从而避免洗井 短路现象的发生。液控膨胀式和插入密封式反洗井 管柱设计均采用此种工作筒。 １．２．２液控膨胀式反洗井管柱 针对套管完井和防砂完井密封筒失效的注水 井，设计了液控膨胀式反洗井管柱，其设计关键点是 液控膨胀式封隔器机构设计。正常注水时，地面液 压控制柜工作，对整个液控管路进行打压，使封隔器 胶筒充分膨胀，从而密封防砂工作筒或套管。洗井 作业时，需地面液压控制柜停止工作，并对整个液控 管路进行泄压。系统泄压后，膨胀封隔器胶筒在自 身弹性力的作用下自动回缩，实现封隔器解封。封 隔器胶筒回缩后，注水管柱与套管及防砂井筒之间 形成洗井通道。 １．２．３插入密封式反洗井管柱 针对巾１２０．６５ ｍｍ防砂完井的多级注水井，设 计了插入密封式洗井管柱，其设计关键点是反洗井 插入密封结构设计。正常注水时，注入水从中心管 内流过，油压大于套压，弹簧处于伸长状态，活塞将 进水套的进水水嘴封堵，反洗通道进水口处于关闭 状态。注入水管经每套配水器进入各注水层以及活 塞与进水套的配套结构，可实现单流阀功能，防止层 间窜流。当井筒需要反洗井时，套压大于油压，反洗 井液进入活塞与进水套之间环空，活塞上行压缩弹 簧，进水套的进水水嘴开启，反洗井液进入反洗通道 并通过下密封筒的出水水嘴流入到中心管下端口， 最后经中心管内腔返流至地面，完成反洗井流程。
ｚｏｎａｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｗｅｌｌｓ ｏｆｆｓｈｏｒｅ，ｓｕｃｈ
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Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｏ订ｆｉｅｌｄ；ｚｏｎａｌ
ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；ｐｉｐｅ ｓｔｒｉｎｇ；ｌｉｆｔｉｎｇ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌ）卜ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
ｅｘ—Baidu Nhomakorabea
ｐａｎｓｉｏｎ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ；ｉｎｓｅｒｔ ｓｅａｌｉｎｇ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ
＊“十二五”国家科技重大专项“大斜度定向井可洗井分层注水工艺技术研究（编号：２０１１ｚｘ０５０２４一ｏ（Ｊ２一０１１）”部分研究成果。 第一作者简介：吉洋．男，工程师，２叭Ｊ７年毕业于西南石油大学机械工程及自动化专业，现从事海上采油注水工艺研究工作。地址：天津市
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中图分类号：ＴＥ５３５８
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｚｏｎａｌ
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第２７卷第２期 ２０１５年４月
中国海上油气
ＣＨｌＮＡ ０ＦＦＳＨＯＲＥ ＯＩＬ ＡＮＤ ＧＡＳ
ｖ０１．２７
Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０１５
文章编号：１６７３—１５０６（２０１５）０２一００８７—０６
ＤＯＩ：１（）．１１９３５／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—１５０６．２０１５．０２．叭５
海上油田分层注水反洗井技术研究与应用
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液控膨胀式反洗井管柱组成
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摘
要
为了解决海上油田分层注水井管柱结垢、腐蚀，油层污染、堵塞，注水压力上升等问题，结合海上油
田注水井地层条件、完井方式和生产管柱型式等特点，研究设计了提升式、液控膨胀式、插入密封式等３种反 洗井管柱，进而提出了３种海上油田分层注水反洗井技术。阐述了提升式、液控膨胀式、插入密封式等３种 反洗井管柱的设计原则、设计关键点和管柱组成，以及３种海上油田分层注水反洗井技术的技术原理、技术 参数和使用条件。现场应用表明，本文提出的３种反洗井注水管柱技术能够在不动注水管柱条件下实施反 洗井作业，达到维护注水井井筒、清洗注水管柱、提高分层注水效果的目的，目前已在绥中、渤西、渤中、辽东、 蓬莱等作业区取得成功应用，具有较好的推广应用价值。 关键词 海上油田；分层注水；管柱；提升式反洗井；液控膨胀式反洗井；插入密封式反洗井 文献标识码：Ａ
万方数据
第２７卷第２期
吉洋等：海上油田分层注水反洗井技术研究与应用
８９
１．３管柱组成 １．３．１提升式反洗井管柱 提升式反洗井管柱是将提升装置连接在原注水 管柱油管挂下２０ ｍ左右处，由地面控制器与其上２ 根液控管线控制其中心管的提、放，实现整体管柱上 提、下放，建立洗井通道；防砂段中一个配水工作筒对 应一个油层，内径逐级递减并配合相应的配水器，实 现分层配注，洗井时关闭注水通道，避免出现洗井短 路；管柱底部设有单流阀，注水时相当于圆堵作用，洗 井时用于建立反洗通道；管柱中的密封工具实现层间 密封分隔。提升式反洗井管柱组成如图１所示。
经济技术开发区第四大街洞庭一街与微山路交口科技发展中心２号楼（邮编：３００４５７）。电话：０２２—６６９０７２（）８。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉｙａｎ９２＠ｃｎｏｏｃ．ｃｏｍ．ｃｎ。
万方数据
８８
中国海上油气
２（儿５年４月
随着海上油田开发的深入，注水井数量及单井 配注量不断增加，长期注水开发使污垢、有机沉积、 腐蚀物质、杂质等堆积、堵塞注水管柱以及注入地 层，使得注水压力上升、注水量降低，严重影响到注 水效果，长时间不洗井会出现管柱上提困难，容易造 成大修作业，进而增加注水井作业成本¨“。注水井 洗井是陆地油田日常管理的常规手段之一［５。９］，是保 持井筒及附近地层清洁、增强地层吸水能力的经济 而有效的办法。海上油田注水井注水管柱不具有洗 井功能，如果洗井则须提出管柱，因此海上油田注水 井很少进行洗井作业。随着海上油田细分开采、精 细开采措施方案的提出，加强注水井井筒管理和维 护，提高注水工艺效果显得尤为迫切与重要ｎ”¨］。 针对上述问题，结合海上油田注水井地层条件、 完井方式和生产管柱型式等特点，研发设计出了提 升式、液控膨胀式、插入密封式等３种适合于海上油 田注水井的反洗井管柱，并形成了３种反洗井技 术，从而实现了全井筒洗井，解决了油管里注入水滋 生杂质被注入地层造成地层堵塞而影响地层注入能 力、杂质沉积到油管里影响分层注水钢丝投捞作业 而可能导致起管柱作业困难、井筒内腐蚀结垢和插 入密封处结垢影响管柱寿命和整个管柱起出作业等 问题，提高了海上油田注水开发效果。
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洋
刘
敏
王立苹
杨万有
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天津３０【）４５７）
沈
琼
（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司
吉洋，刘敏，王立苹，等．海上油田分层注水反洗井技术研究与应用［Ｊ］．中国海上油气，２０１５，２７（２）：８７—９２．
Ｊｉ Ｙａｎｇ，Ｌｉｕ Ｍｉｎ，ｗａｎｇ Ｌｉｐｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｅｃｈｎ０１０９ｙ ｆｏｒ ｚｏｎａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ ｉｎ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｏｉｌｆｉｅｌｄｓ［Ｊ］
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Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ
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ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｒｕｎｎｉｎｇ ｉｎ ｓｔｒｉｎｇ．
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ａｌｓｏ ｍａｉｎｔａｉｎ ｔｈｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｗｅｌｌｂｏｒｅ， ｗａｓｈ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｓｔｒｉｎｇ，ａｎｄ
ｈａｎｃｅ ｚｏｎａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ Ｓｕｉｚｈｏｎｇ，Ｂｏｘｉ，Ｂｏｚｈｏｎｇ， Ｌｉａｏｄｏｎｇ，Ｐｅｎｇｌａｉ，ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｂｌｏｃｋｓ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ．
二《Ｉ 目 目 ］（１
）（１
≥—（Ｉ
１３Ｈ∈－
隔离封隔器 防返吐配水器
ｌ～一Ｉ
１３《
国 目
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Ｊ蚓国 １）《 Ｈ
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单流阀
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反洗井插入密封 防返吐配水器
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Ｆｉｇ．１
提升式反洗井管柱组成
ｏｆ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ ｓｔｒｉｎｇｓ ｆｏｒ ｔｈｅ
蠢一 自
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三ａ ’了
Ｌｕｏ Ｃｈａｎｇｈｕａ
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（Ｃｐ＾［１０Ｃ Ｅ行已ｒ丁＿ｆ＾一ＤｒｉＺＺｉ行ｇ＆Ｐｒｏｄ“ｆ￡ｉｏ竹ｃ０．，丁ｉｎ行Ｊｉ行３００４５７，Ｃ＾ｉ九ｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓ０１Ｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｉｎ ｅｒｖｏｉｒ ｄａｍａｇｅ，ｂｌｏｃｋｉｎｇ ａｎｄ
１反洗井管柱设计
１．１设计原则 鉴于海上油田注水井的复杂性和多样性，在注 水井反洗井管柱设计时主要遵循了以下原则： １）管柱的设计既要满足施工要求，又要使工序 简化，达到注水要求与提高实效的目的。 ２）优化配套工具，达到工具配套齐全、性能可 靠、无洗井短路、摩阻尽量小等要求。 ３）分析管柱受力，保证工具的强度要求。 ４）保证密封工具的可靠性，实现洗井后可正常 分隔各层。 １．２设计关键点 １．２．１提升式反洗井管柱 针对出砂严重、生产管柱因经常无法拔动而造 成大修作业的防砂完井区块，设计了提升式反洗井 管柱，其设计关键点包括： １）提升装置结构设计。提升装置上部为由键 与滑道组成的扭矩传递结构，保证中心管在上下移
动过程中可以全程传递扭矩。中心管下部设有由定 位卡爪及限位活塞组成的限位机构，当提升装置随 管柱一起下井时，提升装置处于最长伸长状态，定位 卡爪定位端与下壳体内的定位台肩配合，锁定相对 位置，防止提升装置因中心管受向上的力而自然收 缩。当需要提升管柱时，通过地面压力控制装置经 收缩注压管线对提升装置下腔增压，定位活塞向下 移动到一定距离时完全脱离开定位卡爪，同时中心 管在压力的作用下向上移动，带动定位卡爪脱离下 壳体内的定位台肩，从而带动下部活动管柱上升。 当完成作业后，需要恢复管柱至生产状态时，通过地 面压力控制装置经下放注压管线向提升装置上腔注 入压力向下移动恢复原位。 ２）防返吐工作筒结构设计。防返吐工作筒注 水时，通过压差打开工作筒的开启阀，形成注水通 道；反洗井时弹簧复位关闭注水通道，从而避免洗井 短路现象的发生。液控膨胀式和插入密封式反洗井 管柱设计均采用此种工作筒。 １．２．２液控膨胀式反洗井管柱 针对套管完井和防砂完井密封筒失效的注水 井，设计了液控膨胀式反洗井管柱，其设计关键点是 液控膨胀式封隔器机构设计。正常注水时，地面液 压控制柜工作，对整个液控管路进行打压，使封隔器 胶筒充分膨胀，从而密封防砂工作筒或套管。洗井 作业时，需地面液压控制柜停止工作，并对整个液控 管路进行泄压。系统泄压后，膨胀封隔器胶筒在自 身弹性力的作用下自动回缩，实现封隔器解封。封 隔器胶筒回缩后，注水管柱与套管及防砂井筒之间 形成洗井通道。 １．２．３插入密封式反洗井管柱 针对巾１２０．６５ ｍｍ防砂完井的多级注水井，设 计了插入密封式洗井管柱，其设计关键点是反洗井 插入密封结构设计。正常注水时，注入水从中心管 内流过，油压大于套压，弹簧处于伸长状态，活塞将 进水套的进水水嘴封堵，反洗通道进水口处于关闭 状态。注入水管经每套配水器进入各注水层以及活 塞与进水套的配套结构，可实现单流阀功能，防止层 间窜流。当井筒需要反洗井时，套压大于油压，反洗 井液进入活塞与进水套之间环空，活塞上行压缩弹 簧，进水套的进水水嘴开启，反洗井液进入反洗通道 并通过下密封筒的出水水嘴流入到中心管下端口， 最后经中心管内腔返流至地面，完成反洗井流程。
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ｅｘ—Baidu Nhomakorabea
ｐａｎｓｉｏｎ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ；ｉｎｓｅｒｔ ｓｅａｌｉｎｇ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ
＊“十二五”国家科技重大专项“大斜度定向井可洗井分层注水工艺技术研究（编号：２０１１ｚｘ０５０２４一ｏ（Ｊ２一０１１）”部分研究成果。 第一作者简介：吉洋．男，工程师，２叭Ｊ７年毕业于西南石油大学机械工程及自动化专业，现从事海上采油注水工艺研究工作。地址：天津市
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中图分类号：ＴＥ５３５８
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｚｏｎａｌ
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ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ ｓｔｒｉｎｇｓ，ａｓ ｗｅｌｌ
ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｉｃｉｐｌｅｓ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｆｏｒ ｚｏｎａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ． Ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ
第２７卷第２期 ２０１５年４月
中国海上油气
ＣＨｌＮＡ ０ＦＦＳＨＯＲＥ ＯＩＬ ＡＮＤ ＧＡＳ
ｖ０１．２７
Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０１５
文章编号：１６７３—１５０６（２０１５）０２一００８７—０６
ＤＯＩ：１（）．１１９３５／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—１５０６．２０１５．０２．叭５
海上油田分层注水反洗井技术研究与应用
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座封控制阀
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液控膨胀封隔器
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防返吐配水器
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图２
Ｆｉｇ．２
单流阀
液控管线Ａ 液控管线Ｂ
液控膨胀式反洗井管柱组成
提升装置
Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ ｓｔｒｉｎｇｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃａＩｌｙ—ｃｏｎｔｌ‘ｏＩｌｅｄ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍｏｄｅ
Ｃ ｈｉｎａ（）ｆｆｓｈｏｒｅ（）ｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ，２０１５。２７（２）：８７—９２．
摘
要
为了解决海上油田分层注水井管柱结垢、腐蚀，油层污染、堵塞，注水压力上升等问题，结合海上油
田注水井地层条件、完井方式和生产管柱型式等特点，研究设计了提升式、液控膨胀式、插入密封式等３种反 洗井管柱，进而提出了３种海上油田分层注水反洗井技术。阐述了提升式、液控膨胀式、插入密封式等３种 反洗井管柱的设计原则、设计关键点和管柱组成，以及３种海上油田分层注水反洗井技术的技术原理、技术 参数和使用条件。现场应用表明，本文提出的３种反洗井注水管柱技术能够在不动注水管柱条件下实施反 洗井作业，达到维护注水井井筒、清洗注水管柱、提高分层注水效果的目的，目前已在绥中、渤西、渤中、辽东、 蓬莱等作业区取得成功应用，具有较好的推广应用价值。 关键词 海上油田；分层注水；管柱；提升式反洗井；液控膨胀式反洗井；插入密封式反洗井 文献标识码：Ａ
万方数据
第２７卷第２期
吉洋等：海上油田分层注水反洗井技术研究与应用
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１．３管柱组成 １．３．１提升式反洗井管柱 提升式反洗井管柱是将提升装置连接在原注水 管柱油管挂下２０ ｍ左右处，由地面控制器与其上２ 根液控管线控制其中心管的提、放，实现整体管柱上 提、下放，建立洗井通道；防砂段中一个配水工作筒对 应一个油层，内径逐级递减并配合相应的配水器，实 现分层配注，洗井时关闭注水通道，避免出现洗井短 路；管柱底部设有单流阀，注水时相当于圆堵作用，洗 井时用于建立反洗通道；管柱中的密封工具实现层间 密封分隔。提升式反洗井管柱组成如图１所示。
经济技术开发区第四大街洞庭一街与微山路交口科技发展中心２号楼（邮编：３００４５７）。电话：０２２—６６９０７２（）８。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉｙａｎ９２＠ｃｎｏｏｃ．ｃｏｍ．ｃｎ。
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中国海上油气
２（儿５年４月
随着海上油田开发的深入，注水井数量及单井 配注量不断增加，长期注水开发使污垢、有机沉积、 腐蚀物质、杂质等堆积、堵塞注水管柱以及注入地 层，使得注水压力上升、注水量降低，严重影响到注 水效果，长时间不洗井会出现管柱上提困难，容易造 成大修作业，进而增加注水井作业成本¨“。注水井 洗井是陆地油田日常管理的常规手段之一［５。９］，是保 持井筒及附近地层清洁、增强地层吸水能力的经济 而有效的办法。海上油田注水井注水管柱不具有洗 井功能，如果洗井则须提出管柱，因此海上油田注水 井很少进行洗井作业。随着海上油田细分开采、精 细开采措施方案的提出，加强注水井井筒管理和维 护，提高注水工艺效果显得尤为迫切与重要ｎ”¨］。 针对上述问题，结合海上油田注水井地层条件、 完井方式和生产管柱型式等特点，研发设计出了提 升式、液控膨胀式、插入密封式等３种适合于海上油 田注水井的反洗井管柱，并形成了３种反洗井技 术，从而实现了全井筒洗井，解决了油管里注入水滋 生杂质被注入地层造成地层堵塞而影响地层注入能 力、杂质沉积到油管里影响分层注水钢丝投捞作业 而可能导致起管柱作业困难、井筒内腐蚀结垢和插 入密封处结垢影响管柱寿命和整个管柱起出作业等 问题，提高了海上油田注水开发效果。