謝夢(mèng)春，徐蕾，劉軍生，杜衛(wèi)剛

中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司 天津分公司（天津300451）

0 引言

自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，勝利油田引入同心雙管分層注水工藝，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和改進(jìn)，該工藝基本配套完善，使各層注入量由地面控制、分注精確、后期管理簡(jiǎn)單，可在地面驗(yàn)封，基本實(shí)現(xiàn)了海上油田“精細(xì)注水”[1]。

同心雙管分層注水管柱主要由雙級(jí)油管懸掛器、內(nèi)外油管、雙控安全閥、補(bǔ)償器、液控封隔器、打孔管、密封插頭、密封工作筒等部分組成[2]（圖1）。

圖1 同心雙管分層注水管柱結(jié)構(gòu)示意圖

工作原理：同心雙管分層注水管柱通過(guò)內(nèi)管注水，水流經(jīng)下部打孔管進(jìn)入下部地層；通過(guò)外管與內(nèi)管（內(nèi)管末端有密封插頭插入密封工作筒）環(huán)空注水，水流在上部打孔管處進(jìn)入外管與套管環(huán)空，由于封隔器封堵原因水流進(jìn)入防砂管與外管環(huán)空，進(jìn)而進(jìn)入上部地層，達(dá)到分層注水目的。同心雙管管柱采用不同直徑油管同心下井分注，實(shí)現(xiàn)小管和雙管環(huán)空兩套系統(tǒng)獨(dú)立分壓注水，形成2套注水管柱，每套注水管柱分別對(duì)應(yīng)各自的注水層位，2套管柱之間通過(guò)專門(mén)的密封插件封隔，可以從地面分別調(diào)節(jié)2個(gè)層位的注水量，避免測(cè)調(diào)遇阻對(duì)分層資料錄取的影響，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)層位的精細(xì)注水[3]。

1 現(xiàn)場(chǎng)情況描述

某井為渤海海域勝利油田一口注水井，作業(yè)工序?yàn)椋簷z管、拔濾、沖洗炮眼、下同心雙管注水完井管柱作業(yè)。該井下完同心雙管注水完井管柱、裝好采油樹(shù)、封隔器坐封驗(yàn)封之后，試注過(guò)程中發(fā)現(xiàn)內(nèi)外管互串。進(jìn)行驗(yàn)證，將內(nèi)管及外管壓力放至0，內(nèi)管注水，壓力6.5 MPa，5 s后外管壓力迅速上升至4.5 MPa，取樣口放空出水。將內(nèi)管及外管壓力放至0，外管注水，外管壓力8 MPa，10 s后內(nèi)管壓力緩慢上升至4.2 MPa，取樣口放空出水。雙管同時(shí)注水，外管8.4 MPa，內(nèi)管5.4 MPa。

2 管柱失效原因

宋開(kāi)利[4]等人通過(guò)對(duì)勝利油田分層注水工藝現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，對(duì)影響分層注水管柱工作可靠性的因素進(jìn)行了分析，找出了造成分層注水管柱層段合格率低的主要因素是管柱的結(jié)構(gòu)及井下配套工具的質(zhì)量及使用性能問(wèn)題。

李洋[5]認(rèn)為在油田開(kāi)發(fā)的中后期，分層注水是實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的關(guān)鍵，因而對(duì)注水井井下封隔器的密封質(zhì)量提出了更高的要求。分層注水管柱的驗(yàn)封技術(shù)是檢驗(yàn)井下封隔器密封質(zhì)量的關(guān)鍵手段，在油田注水開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著非常重要的作用。

基于現(xiàn)場(chǎng)的試注內(nèi)外管出現(xiàn)互串的現(xiàn)象，可以判斷內(nèi)管與外管處于連通狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)判斷導(dǎo)致內(nèi)外管連通，從管柱結(jié)構(gòu)、井下工具、地層情況等幾個(gè)方面分析，導(dǎo)致同心雙管分層注水管柱失效的原因可能有以下幾種可能：

1）雙控安全閥密插密封不嚴(yán)，導(dǎo)致注入水在雙控安全閥處互串。

2）下封隔器坐封不嚴(yán)、封隔器反洗通道工作不正常一直處于開(kāi)位，導(dǎo)致注入水在套管環(huán)空內(nèi)互串。

3）密封工作筒密插密封不嚴(yán)，導(dǎo)致注入水在密封工作筒處互串。

4）內(nèi)管懸掛器液控管線穿越孔密封不嚴(yán)，導(dǎo)致注入水在內(nèi)管懸掛器處互串。

5）2個(gè)注水油層存在串層。

3 管柱失效原因分析與驗(yàn)證

3.1 雙控安全閥密插密封情況分析

分析：考慮到內(nèi)管單獨(dú)注水時(shí)外管壓力上升明顯，外管單獨(dú)注水時(shí)內(nèi)管壓力上升緩慢，并且由于從井口到雙控安全閥管柱較短，所以如果雙控安全閥密插密封不嚴(yán)會(huì)導(dǎo)致以上情況，因此需要驗(yàn)證雙控安全閥（關(guān)閉時(shí)液體不能從下向上流動(dòng)）密插是否完好。

驗(yàn)證情況：將內(nèi)管及外管放壓至0，將雙控安全閥壓力泄壓至0，內(nèi)管單獨(dú)注水，內(nèi)管壓力5.4 MPa，外管壓力為0，外管注水流程取樣口放空不出水，內(nèi)外管沒(méi)有串通顯示。將雙控安全閥壓力打至26 MPa，雙控安全閥開(kāi)啟，內(nèi)管單獨(dú)注水外管壓力迅速上升，顯示內(nèi)外管串通。

小結(jié)：如果雙控安全閥處密插密封不嚴(yán)，關(guān)閉安全閥后，內(nèi)管單獨(dú)注水時(shí)外管仍然會(huì)返水，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況證明雙控安全閥密插密封完好。

3.2 下封隔器坐封情況分析

分析：下封隔器采用YK344-150反洗閥式液控封隔器，該封隔器主要由沉砂管、洗井通道、液控封隔器組成。地面液壓源打壓，液壓由液控管線通過(guò)液壓控制接頭進(jìn)入膨脹膠筒與中心管之間的空腔，膠筒擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)封隔器的坐封；同時(shí)反洗活塞在液控管線壓力的作用下處于密封狀態(tài)。如果下封隔器坐封不嚴(yán)、封隔器反洗通道工作不正常一直處于開(kāi)位，可能導(dǎo)致注入水在套管環(huán)空內(nèi)互串。

驗(yàn)證情況：在完井施工后按設(shè)計(jì)封隔器坐封并驗(yàn)封，封隔器最高打壓至12 MPa，套管打壓3.5 MPa驗(yàn)封合格。從驗(yàn)封來(lái)看只能驗(yàn)證上封隔器坐封完好，為了防止下封隔器有臟物坐封不嚴(yán)導(dǎo)致內(nèi)外管串通，將封隔器泄壓至0，待封隔器膠筒完全收回后，開(kāi)內(nèi)管注水流程關(guān)閉外管注水流程，同時(shí)開(kāi)套管閥門(mén)接管線至進(jìn)沉降罐，正洗井1周，洗井后等待1 h，待出口完全不出液后將封隔器最高壓力打至22 MPa。關(guān)套管閥門(mén)開(kāi)采油樹(shù)側(cè)翼外管閥門(mén)，內(nèi)管單獨(dú)注水，顯示外管壓力上升較快，并且外管出水量很大。

小結(jié)：通過(guò)該次驗(yàn)證可以證明，洗井后將封隔器壓力打至22 MPa并穩(wěn)壓合格，封隔器坐封完好并且下封洗井通道關(guān)閉，仍然顯示內(nèi)外管串通，因此下封隔器問(wèn)題導(dǎo)致內(nèi)外管串通的可能性較小。

3.3 密封工作筒密插密封情況分析

分析：密封工作筒（圖2）主要由兩部分組成：密封工作筒本體、密封插頭（光桿）。上部接外管，密封工作筒內(nèi)部為密封圈結(jié)構(gòu)；下部接尾管，內(nèi)管尾部為光桿密封插頭。密封工作原理：密封插頭進(jìn)入密封工作筒本體，密封圈與密封插頭形成密封。如果出現(xiàn)密封插頭未插入密封工作筒本體的情況，將出現(xiàn)密封失效內(nèi)外管互串的現(xiàn)象；如果密封工作筒內(nèi)密封圈失效，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外管出現(xiàn)互串。

圖2 密封工作筒分體圖

小結(jié)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)起管柱情況，密封插頭已全部插入密封工作筒內(nèi)，密封工作筒密封圈工作狀態(tài)良好。但是密封工作筒彎曲變形，導(dǎo)致密封失效。

3.4 內(nèi)管懸掛器液控管線穿越孔密封情況分析

分析：內(nèi)管懸掛器（圖3）密封不嚴(yán)，可能導(dǎo)致注入水在內(nèi)管懸掛器處發(fā)生互串。

圖3 油管懸掛器

驗(yàn)證情況：首先液控管線穿越孔采用3個(gè)密封圈之后用壓帽壓實(shí)擰緊，另外內(nèi)管懸掛器上部接密封件，密封件含兩個(gè)密封膠圈，密封油管懸掛器與采油樹(shù)環(huán)空，即使內(nèi)管懸掛器液控管線穿越孔密封不嚴(yán)也不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外管串通。

小結(jié)：根據(jù)起出情況顯示油管懸掛器密封圈狀況良好，懸掛器原因?qū)е聝?nèi)外管串通的可能性為零。

3.5 油層串層情況分析

該井2001年以前采用螺桿泵生產(chǎn)，2001年油井轉(zhuǎn)注，鄰井及同層位生產(chǎn)井至今未進(jìn)行過(guò)大型壓裂防砂、酸化作業(yè)施工，雖然2個(gè)注水油層之間的夾層只有19 m，但是串層的可能性基本不可能。

3.6 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證總結(jié)

從以上驗(yàn)證分析，密封工作筒彎曲變形是導(dǎo)致密封失效的直接原因。起出原井管柱更換新的密封工作筒及密封插頭之后重新完井，沒(méi)有出現(xiàn)內(nèi)外管互串的現(xiàn)象。說(shuō)明了上述關(guān)于同心雙管分層注水管柱的失效原因分析思路合理，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)失效原因進(jìn)行逐一驗(yàn)證，找到了管柱失效的直接原因，解決了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題。

4 結(jié)論及建議

1）同心雙管分層注水管柱出現(xiàn)內(nèi)外管互串現(xiàn)象時(shí)，主要分析思路：①檢查下井油管是否出現(xiàn)漏點(diǎn)；②檢查井下工具，特別是封隔器的密封性、密封插頭內(nèi)工具的密封性以及油管懸掛器處密封性；③追查該井作業(yè)簡(jiǎn)史，是否進(jìn)行過(guò)酸化、壓裂等大型施工，是否存在油層見(jiàn)聯(lián)通的可能性。

2）在進(jìn)行同心雙管分層注水管柱完井時(shí)，建議采取以下措施避免此類問(wèn)題出現(xiàn)：

①下井油管做好檢查，避免錯(cuò)扣或者扣損油管入井，在條件允許的情況下，提前對(duì)完井油管進(jìn)行試壓。

②所有井下工具在地面做好檢查和試驗(yàn)。封隔器配合短套管進(jìn)行坐封試驗(yàn)，確保封隔器靈活好用；密封插頭類工具建議在車間內(nèi)做試壓試驗(yàn)，試壓壓力為設(shè)計(jì)最高注水壓力，確保密封插頭處無(wú)刺漏；油管懸掛器坐入采油四通，安裝完注水井口后，建議對(duì)采油四通法蘭及油管懸掛器密封進(jìn)行試壓，確保密封承壓合格。

③在同心雙管完井過(guò)程中，內(nèi)管下至雙控安全閥處，密封工作筒密插插好后，在封隔器避開(kāi)套管接箍的前提下，封隔器坐封，內(nèi)管注水觀察外管是否反水，驗(yàn)證密封工作筒密封性。

④對(duì)于油層間距小，進(jìn)行過(guò)酸化、壓裂等大型施工作業(yè)的注水井，不建議使用同心雙管分層注水管柱完井方式。