油套壓差對井下管柱的影響

盛新權(quán)　胡西民　喬衛(wèi)平

摘 要：油水井的注采維護是通過井下管柱來完成和實現(xiàn)的，作為油氣通道和載體，井下管柱不斷受到井內(nèi)壓力的影響，油套壓差影響到了井下管柱的工作狀態(tài)和有效性，本文嘗試討論該問題，并根據(jù)現(xiàn)場存在隱患，進行技術(shù)探討和治理。

關(guān)鍵詞：舉升工藝； 卡管柱； 爆管；施工工藝

一、油套壓差產(chǎn)生的原因

1.人工舉升工藝。機采技術(shù)通常使用有桿泵采油工藝，通過泵的抽汲作用，然后經(jīng)過油管舉升至井口進入管線，由于地層能量的下降，套管液面下降，形成了油套管壓力的不平衡，產(chǎn)生油套壓差，油套壓差通常由油管和泵封等其它井下工具來克服。

2.地層差異。為了提高采收率，要對地層進行分注分采，受油藏構(gòu)造、地層物性及開發(fā)時間注水受效程度的影響，地層壓力差異較大，必然造成壓力隔斷的載體井下管柱的壓力分布不平衡，從而產(chǎn)生油套壓差。

3.施工工藝技術(shù)。在防砂酸化擠堵等高壓施工時，對保護井段進行卡封，在施工時施工層的高泵壓及油套液柱壓差，形成了井下管柱的高壓差現(xiàn)象。

4.管損壓耗影響。入井液在克服摩擦阻力環(huán)空截流作用下，要消耗一定能量，受泵入排量的影響，泵壓有較大變化，從而產(chǎn)生油套壓差。

5.液性影響。在洗（壓）井、沖砂、擠堵、防砂等施工時油套管內(nèi)液體密度粘度有較大差異，從而產(chǎn)生了油套壓的壓差。

二、 油套壓差對井下管柱危害

1. 加劇管柱漏失。油井因管桿偏磨、油管漏失發(fā)生產(chǎn)量下降，這時需要進行檢泵作業(yè)，作業(yè)隊搬上后，起出原井管柱，對管桿進行檢查，找到出現(xiàn)問題，制定相應(yīng)措施，更換相應(yīng)的管桿工具，下入抽油泵，并對管柱試壓，由于地面對油管的檢查主要靠眼看、手摸及經(jīng)驗，沒有其他檢驗辦法，受檢查人經(jīng)驗責(zé)任心及外界環(huán)境的影響較大，下入的原井油管可能摻雜有部分不合格的油管，同時，由于從油井停產(chǎn)至下泵這需要一段時間，在該段時間內(nèi)，地層能量得到補充，液面上升，這時對泵及油管試壓合格，作業(yè)隊下抽油桿完井，采油隊開井后，油井產(chǎn)液，套管液面下降，當(dāng)達到一定壓差時，不合格的油管發(fā)生了漏失現(xiàn)象，造成產(chǎn)量的下降，這也就是部分井作業(yè)時試壓合格，完井后生產(chǎn)幾天不出油的原因。

2.造成泵閥的損壞。當(dāng)泵腔未被液體完全充滿時，泵腔頂部將出現(xiàn)低壓氣頂，隨后在下沖程過程中，在活塞接觸液體前游動閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，直至與液體接觸的瞬間液壓突然升高，游動閥被打開，出現(xiàn)負向液擊現(xiàn)象；而在抽油機下沖程向上沖程轉(zhuǎn)換的瞬間，游動閥由打開狀態(tài)轉(zhuǎn)換為關(guān)閉狀態(tài)，出現(xiàn)正向液擊現(xiàn)象；在泵腔內(nèi)出現(xiàn)低壓氣頂時，液體被氣化，而下沖程泵閥被打開的瞬間，又出現(xiàn)高壓狀態(tài)，氣化的液體又被液化，形成瞬時真空，發(fā)生氣體電化學(xué)腐蝕，稱為氣蝕現(xiàn)象 液擊會使抽油桿產(chǎn)生抗拉疲勞，使抽油泵游動閥損壞加劇，還會加快固定凡爾漏失， 同時氣蝕還會引發(fā)電化學(xué)腐蝕，資料顯示，在閥口剛剛開啟的瞬間，流體在高壓作用下，噴射速度可達150m/s以上，將產(chǎn)生14MPa的壓差，造成凡爾的刺漏。

3.封隔器失效。若封隔器上下端壓差超過其工作壓差時，封隔器膠筒損壞，密封失效，甚至自動解封，分注失敗，Y341型封隔器在無錨定的狀況下，封隔器的有效期相當(dāng)短。油套壓差作用于封隔器，對其具有上頂力（下推力），在管柱無錨狀況下，當(dāng)超過其解封載荷時，封隔器解封。在封上注下和套破井找漏工藝中，由于油管液面一直高于套管液面，造成封隔器持續(xù)處于坐封狀態(tài)，若反洗井不起壓力，封隔器坐封狀態(tài)無法解除，必將造成卡管柱現(xiàn)象。

三、目前存在問題

1.油管壓力級別不夠。（1）油管廠修復(fù)的油管試驗壓力為20兆帕，為地面非受力狀態(tài)，而下井后油管受重力影響，處于拉伸狀態(tài)，油管的受偏磨造成的薄壁部位晶格拉伸不均，為應(yīng)力集中區(qū)，當(dāng)油套壓差超過其抗壓強度時，油管爆裂，形成了油管下井后抗壓強度低于20兆帕的現(xiàn)象。（2）在酸化防砂擠堵施工前，常進行油管試壓工序，但在施工時，突發(fā)性砂堵和憋高壓造成油套壓差超過油管試壓壓力，發(fā)生了爆管。

2.封隔器壓力級別低。封隔器作為隔斷環(huán)空進行分注分采的重要工具。其本身價值不高，但和其他工具組合后的價值極高，其密封性能甚至影響到了油氣層開發(fā)效果，衡量封隔器性能的一個重要參數(shù)就是工作壓差。（1）目前現(xiàn)場使用的K344-114F和Y341-115F的工作壓差為25Mpa，也就說封隔器的上下壓差不能超過25 Mpa，而在采油廠目前套破井增多，單注上層或單注下層井逐漸增多的現(xiàn)實下，若兩層的層間壓差為10 Mpa，則井口油壓理論最高限壓為15 Mpa，無法進行增壓注水，而且受管柱蠕動、膠筒性能、井斜、井溫的影響，實際封隔器的密封壓差會更小，而為了完成配注，繼續(xù)增壓注水的話，封隔器密封失效。 （2）目前使用的Y211-114F和Y221-114F都是單向卡瓦，雖然上壓為15 Mpa，而下壓只有8 Mpa，若配合Y111-114F使用也只用15 Mpa，在卡封找漏施工時，若泵車泵壓為15 Mpa，套管液面在1000米，則封隔器附近的油套壓差為25 Mpa，遠差其承受能力，封隔器膠筒無法達到密封性能，在現(xiàn)場實際操作中，由于無法測套管液面和忽視該原因，造成數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，甚至自相矛盾，給下部施工帶來了不少困難。

四、應(yīng)對措施及治理

1.油管分選及壓力升級。（1）原井油管的地面檢驗和篩選，目前主要靠肉眼檢測和人工查找，主觀性很強，而且受自然環(huán)境、照明條件、液面位置、人員責(zé)任心等外界因素影響較大，沒有客觀標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場人員沒有很好的地面檢驗方法，只能憑經(jīng)驗將部分油管剔出。

（2） 作為現(xiàn)場使用的修復(fù)油管在深抽、卡封、擠堵、防砂、找漏等施工時，同時還受回壓、油套液密度壓差、物性、層間壓差等因素影響，造成了井底實際油套壓差超過油管設(shè)計試壓標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，在這些井中若不采取措施，很可能發(fā)生爆管現(xiàn)象，顯然修復(fù)油管已不在適用于該壓力級別井的使用，急待于修復(fù)油管的壓力升級，而在普通生產(chǎn)井正常生產(chǎn)時需要的壓力級別很低，不必用20MPa修復(fù)管，這樣形成了油管供求性能的不對應(yīng)，浪費了部分資源，同時造成了很大的工程技術(shù)隱患，建議對油管建立壓力設(shè)計制度，實行針對不同油藏、注采工藝、施工工藝選用不同壓力級別的油管，這樣可以同時提高了油管的修復(fù)率和施工的安全性。

2.選用高壓力級別封隔器及工藝設(shè)計優(yōu)化。隨著油田開發(fā)，地層能量的下降，井下工況更加復(fù)雜，增壓注水和動液面的下降在同一油藏并存，井下壓力系統(tǒng)互相干擾和影響，原有的封隔器壓力級別已逐漸顯露出其不適應(yīng)性，適當(dāng)提高其壓力級別，保證其性能的穩(wěn)定有效發(fā)揮，對油田的開發(fā)有較大重要性。封隔器的密封性受主要受膠筒性能影響，使用耐溫、耐壓、抗剪切性能好的橡膠材料， 并且采用特殊的防凸保護和肩部保護裝置等有助于提高封隔器的密封效果。選用高壓力級別的封隔器，管柱有效期得到延長。由于井下壓力波動帶來的管柱蠕動問題，由于目前沒有合適的安全錨定裝置，造成了封隔器的有效期短的現(xiàn)象，建議通過以下途徑來解決。（1）縮短檢視周期，帶封注水井由以前的3年縮短為1年強制檢管。（2）采用雙封單卡的工藝管柱，即在施工層上部和下部同時采用封隔器卡封（如下圖），壓差同時作用在上部封隔器的底部和下部封隔器的頂部，壓差對上部封隔器的上頂力和對下部封隔器的下壓力抵消，這種管柱由于增加了與套管的接觸面積同時解決了油套壓差對封隔器的上頂力問題，能夠減少管柱蠕動對封隔器影響，大大延長封隔器的有效周期。

3.打平衡工藝技術(shù)。油套壓差過大時就容易傷及生產(chǎn)管柱、井下工具和施工安全，這時就需要平衡保護。這個平衡差值的確定依據(jù)，就是該井整個生產(chǎn)系統(tǒng)中必須承壓的最薄弱環(huán)節(jié)的承壓能力，如：井口承壓能力、油套管承壓能力，井下工具的承壓能力、已有過措施的井段其薄弱環(huán)節(jié)的承壓能力等。平衡壓力的確定應(yīng)該綜合考慮封隔器性能、油套管抗壓、井口性能、固井質(zhì)量等。如果封隔器上部有射開層的話還應(yīng)該重點考慮上部層位液體漏失的影響，漏失嚴重的話會導(dǎo)致無法打平衡壓力。具體做法如下：（1）油壓與平衡壓力小于封隔器額定耐壓差。（2）對于套管損壞、或封隔器上部有射開層，通常做法是多備打平衡用水，如果上部層位滲透率較高，那就采用屏蔽暫堵技術(shù)。（3）平衡壓力小于井口額定承壓限制，這個一般沒問題。平衡壓力和液柱壓力之和小于套管限壓。平衡壓力的具體數(shù)據(jù)一般根據(jù)現(xiàn)場施工油壓變化調(diào)整。

參考文獻：

[1]陳庭根 管志川主編.鉆井工程理論與技術(shù).-陳庭根 石油大學(xué)出版社， 2000.8