出砂井分注管柱研究及應(yīng)用

李鵬輝，張　鵬，單慧玲，朱　林

(1.中國(guó)石油吐哈油田分公司 工程技術(shù)研究院，新疆 鄯善 838202；2.中國(guó)石油吐哈油田分公司 吐魯番采油廠，新疆 鄯善 838202)①

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出砂井分注管柱研究及應(yīng)用

李鵬輝1，張鵬1，單慧玲2，朱林2

(1.中國(guó)石油吐哈油田分公司 工程技術(shù)研究院，新疆 鄯善 838202；2.中國(guó)石油吐哈油田分公司 吐魯番采油廠，新疆 鄯善 838202)①

地層砂易造成分注管柱洗井通道堵塞，影響正常洗井作業(yè)和測(cè)試調(diào)配，甚至導(dǎo)致管柱沖檢失敗，造成大修；地層出砂后套管外地應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，增加了套管變形幾率。提出了Y341型+K344型封隔器組合小直徑分注管柱，增大了管柱洗井通道，管柱不易沉砂，成倍降低了管柱的解封載荷，安全性和可靠性大幅提高；且適應(yīng)一般及微變形井的分注，擴(kuò)大了管柱的適用范圍，延長(zhǎng)了有效期。研制了2種?105 mm小直徑分注工具，承壓能力達(dá)到35 MPa，滿足一般及輕微套變井高壓分注需求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得良好效果。

出砂井；分注；封隔器；工具

吐哈油田已進(jìn)入高含水注水開(kāi)發(fā)期，疏松質(zhì)砂巖地層長(zhǎng)期受注入水沖刷的影響，膠結(jié)程度不斷減弱，造成地層出砂。當(dāng)?shù)貙由斑M(jìn)入到井內(nèi)后，容易進(jìn)到封隔器的坐封腔內(nèi)，造成封隔器坐封困難，還可能堵塞封隔器洗井通道，造成反洗井困難。地層砂進(jìn)入到油套環(huán)空后，很容易沉積在封隔器膠筒上端或者沉積在井底砂埋凡爾，造成管柱解封負(fù)荷增加，甚至?xí)?dǎo)致管柱沖檢失敗，造成大修[1-3]。

隨著出砂量的不斷增大，套管外的地層空穴越來(lái)越大，到一定程度會(huì)導(dǎo)致突發(fā)性的地層坍塌，套管受坍塌地層砂巖團(tuán)塊的撞擊和地層應(yīng)力變化的作用而失去平衡，產(chǎn)生變形造成損壞[4]。吐哈油田雁木西區(qū)塊因出砂而導(dǎo)致套變的井多達(dá)20多口，嚴(yán)重影響注水開(kāi)發(fā)作業(yè)。

針對(duì)出砂井分注困難及套變問(wèn)題，開(kāi)展了Y341型+K344型組合分注管柱及配套小直徑分注工具研究，提高了施工成功率及管柱有效期，推動(dòng)了油田出砂井精細(xì)注水開(kāi)發(fā)的發(fā)展。

1　管柱結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1管柱結(jié)構(gòu)

目前，吐哈油田出砂井大部分采用兩層分注。統(tǒng)計(jì)套變井套變位置發(fā)現(xiàn)，80%套變井套變位置在射孔層內(nèi)或者射孔層段之間，因此確定管柱結(jié)構(gòu)為二級(jí)分注管柱，上部采用常規(guī)Y341型封隔器和常規(guī)橋式偏心配水器，套變位置以下采用小直徑K344型封隔器和小直徑橋式偏心配水器，自上而下結(jié)構(gòu)依次為：安全丟手接頭+KSLM-115型水力錨+Y341-115型封隔器+KPX-115型橋式偏心配水器+安全丟手接頭+K344-105型封隔器+KPX-105型橋式偏心配水器+水力循環(huán)閥。如圖1所示。

1.2工作原理

出砂井分注管柱整體采用液壓坐封，通過(guò)油管加壓完成水力錨錨定、Y341型封隔器及K344型封隔器坐封；通過(guò)測(cè)調(diào)儀打開(kāi)橋式偏心配水器水嘴注水。注水時(shí)，K344型封隔器通過(guò)偏心配水器水嘴產(chǎn)生的節(jié)流壓差保證坐封狀態(tài)；需要洗井時(shí)，從套管加壓，K344型封隔器膠筒自動(dòng)回收，封隔器解封，防止地層出砂長(zhǎng)時(shí)間沉積在膠筒上端而造成后期起管困難；解封時(shí)，先反洗井，K344型封隔器先解封，然后上提管柱，Y341型封隔器解封剪釘剪斷，液缸和膠筒下移，Y341型封隔器解封，最終實(shí)現(xiàn)整體管柱的順利解封。

1.3管柱特點(diǎn)

1)上提解封管柱前，K344型封隔器已經(jīng)解封，將整體管柱解封力減小1倍。

2)停注或者投撈時(shí)，上部Y341型封隔器不解封，防止套管出現(xiàn)套壓。

圖1　Y341型+K344型組合分注管柱示意

3)洗井時(shí)，K344型封隔器膠筒回收，洗井通道由封隔器內(nèi)部改為管柱外部，洗井通道由4 mm增大至8 mm，實(shí)現(xiàn)了大通道洗井。

4)增加兩級(jí)安全丟手接頭，降低后期解封困難的風(fēng)險(xiǎn)。

5)管柱配套水力錨，具備錨定管柱功能，防止注水過(guò)程中管柱蠕動(dòng)引起封隔器失效。

6)可根據(jù)實(shí)際井況，將水力循環(huán)閥設(shè)計(jì)在離井底足夠遠(yuǎn)的位置，防止井筒沉砂砂埋循環(huán)閥。

1.4技術(shù)參數(shù)(如表1)

表1　出砂井分注管柱技術(shù)參數(shù)

2　小直徑工具及性能參數(shù)

出砂井極易引起套管發(fā)生變形，導(dǎo)致常規(guī)?115 mm工具無(wú)法通過(guò)套變段，為滿足油田套變出砂井分注需求，研制了2種配套的小直徑分注工具，工具外徑由常規(guī)的?115 mm減小到?105 mm，承壓能力達(dá)35 MPa，滿足輕微套變井的分注需求。

2.1K344-105型封隔器

2.1.1結(jié)構(gòu)

K344-105型封隔器主要由上接頭、浮動(dòng)頭、膠筒、中心管、下接頭等組成，如圖2所示。

1—上接頭；2—浮動(dòng)頭；3—膠筒；4—中心管；5—下接頭。

2.1.2工作原理

封隔器下入井內(nèi)，從油管加壓，當(dāng)封隔器內(nèi)外壓差達(dá)到0.5 MPa時(shí)，膠筒開(kāi)始擴(kuò)張，當(dāng)壓差為10 MPa時(shí)，密封接觸長(zhǎng)度達(dá)到最大，封隔器坐封完成[5]。注水過(guò)程中，封隔器依靠水嘴產(chǎn)生的節(jié)流壓差保持坐封狀態(tài)。

2.1.3技術(shù)特點(diǎn)

1)丁晴橡膠膠筒經(jīng)過(guò)氫化處理，提高了膠筒的承壓能力。

2)優(yōu)選耐高溫、收縮可靠的鋼絲簾線膨脹式膠筒，承壓能力高，可實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)坐封。

3)膠筒與接箍之間采用階梯式連接，且經(jīng)過(guò)硫化處理，增加了膠結(jié)強(qiáng)度，防止脫落。

4)泄壓后封隔器解封，保證封隔器膠筒上端不沉砂。

5)膠筒座采用浮動(dòng)式設(shè)計(jì)，減少了膠筒端部的應(yīng)力集中。

2.1.4技術(shù)參數(shù)(如表2)

表2　K344-105型封隔器技術(shù)參數(shù)

2.2KPX-105型橋式偏心配水器

2.2.1結(jié)構(gòu)

KPX-105型橋式偏心配水器主要由上接頭、導(dǎo)向槽、閥座、堵塞器、導(dǎo)向塊座、導(dǎo)向塊、下接頭組成，如圖3所示。

1—上接頭；2—導(dǎo)向槽；3—閥座；4—堵塞器；5—導(dǎo)向塊座；6—導(dǎo)向塊；7—下接頭。

2.2.2工作原理

堵塞器依靠凸輪坐卡于工作筒主體的偏孔密封段上，通過(guò)兩組密封圈封住偏孔出液槽，注入水經(jīng)水嘴節(jié)流后，通過(guò)工作筒主體的偏孔進(jìn)入油、套管環(huán)形空間，然后注入地層。

2.2.3技術(shù)特點(diǎn)

1)管柱設(shè)有橋式通道，進(jìn)行測(cè)試作業(yè)時(shí)不影響注水。

2)最小通徑與常規(guī)偏心配水器一致，保證投撈、測(cè)試作業(yè)不受影響。

3)加強(qiáng)本體連接處厚度，保證配水器具有較好的承壓能力。

4)堵塞器投撈負(fù)荷小，成功率高。

2.2.4技術(shù)參數(shù)(如表3)。

表3　KPX-105型橋式偏心配水器技術(shù)參數(shù)

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

Y341型+K344型組合分注管柱累計(jì)應(yīng)用33井次，主要應(yīng)用在雁木西、神泉、玉果區(qū)塊。截止到2016-01-25，最長(zhǎng)有效期485 d，平均有效期216 d，較以前的平均有效期150 d有很大的提高；施工一次成功率97%，后期起管成功率100%。

33口組合分注管柱中，其中有6口井因發(fā)生套變采用了小直徑分注工具。截止2016-01-25，最長(zhǎng)有效期達(dá)311 d，平均有效期255 d，最高注水壓力27 MPa，施工成功率100%。

以雁6井為例，該井為雁木西區(qū)塊的一口注水井，2001―2005年分注6次，平均有效期只有185 d，且因管柱砂卡大修1次，實(shí)施分注成為該井的一個(gè)難題，致使2006―2014年采用單注或合注。同時(shí)，該井經(jīng)過(guò)多次的施工作業(yè)，加上出砂嚴(yán)重，出現(xiàn)套變，?115 mm通井規(guī)無(wú)法通過(guò)，常規(guī)分注工具無(wú)法使用。2014-04，采用 Y341 型+K344型組合分注管柱和小直徑K344型封隔器及橋式偏心配水器，注水層段1 573 ～1576 m，1 609.0～1 642.5 m，套變位置1 586 m。該井實(shí)施分注后，效果顯著。2015-03，為進(jìn)行化學(xué)防砂起管，正常解封，管柱有效期達(dá)311 d，較以前的平均有效期185 d有很大提高。實(shí)施分注后效果如表4。

表4　雁6井分注效果統(tǒng)計(jì)

4　結(jié)論

1)采用Y341型+K344型出砂井組合分注管柱，解決了出砂井分注難題，減小了大修幾率，能夠有效地避免封隔器上端沉砂以及砂埋水力循環(huán)閥，提高了分注有效期以及后期起管成功率。

2)小直徑K344型及小直徑橋式偏心配水器解決了輕微套變井分注難題，節(jié)約了大修套管作業(yè)成本，2種分注工具承壓能力較高，能夠滿足油田35 MPa注水壓力的要求。

[1]李俠，馬宏偉.防砂分注工藝研究與應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程，2011，25(5)：124-126.

[2]陳世明.雁木西油田防砂工藝研究及應(yīng)用[D].荊州：長(zhǎng)江大學(xué)，2012.

[3]徐守余，王寧.油層出砂機(jī)理研究綜述[J].新疆地質(zhì)，2007，25(3)：283-286.

[4]趙洪山.稠油熱采井套管柱損壞機(jī)理及預(yù)防措施研究[D].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)，2007.

[5]程心平.擴(kuò)張式封隔器膠筒參數(shù)優(yōu)選[J].石油機(jī)械，2014，42(7)：64-68.

Separate Layer Water Injection String Research and Application in Sandy Well

LI Penghui1，ZHANG Peng1，SHAN Huiling2，ZHU Lin2

(1.Engineering Research Institute，Tuha Oilfield Company，PetroChina，Shanshan 838202，China；2.TulufanOilProductionFactory，TuhaOilfieldCompany，PetroChina，Shanshan838202，China)

Separate injection in sandy well has become an important factor for water injection wells development.One hand，formation sand is easy to jam backwashing channel，impacting normal well flushing injection and test modification，even causing the failure of string check or overhaul.On the other hand，balance of stress equilibrium outside the casing is broken when the formation produce sand，which greatly increase the chance of casing deformation and put forward a higher requirement on the injection tools.For these reasons，we invented Y341+K344 combined packers and small diameter separate injection string.One hand，it increased the flushing channel and is not easy to deposit sand of the string，lowering releasing force of the string multiple，which significantly improving security and reliability.On the other hand，it’s adapted to the separate injection wells with ordinary and slight casing deformation wells，enlarged the range of application and extended valid period.Two kinds of relevant minor diameter which reaching 35 MPa pressure bearing capacity were invented，meeting the high-pressure separate injection requirement of ordinary and slight casing deformation wells，this separate layer water injection string has been successfully applied and achieved good results.

sand well；separate injection；packer；tool

1001-3482(2016)10-0075-04

2016-02-29

李鵬輝(1988-)，男，碩士，主要從事井下工具設(shè)計(jì)研究，E-mail：278411638@qq.com。

TE931.2

Bdoi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.10.018