張 磊

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300450)

隨著注水井?dāng)?shù)量及單井配注量不斷增加，長期注水開發(fā)使污垢、有機(jī)沉積、腐蝕物質(zhì)、雜質(zhì)等堆積、堵塞注水管柱以及注入地層，使注水壓力上升、注水量下降，嚴(yán)重影響到注水效果。陸地油田分層注水技術(shù)發(fā)展較早，可反洗封隔器洗井是陸地油田注水井洗井的常規(guī)方式，在大慶、勝利和長慶等油田廣泛應(yīng)用。洗井功能主要通過反洗封隔器建立洗井通道，實現(xiàn)油套環(huán)空和油管內(nèi)洗井；對于有些深井、高壓注水井等特殊井況，會增加管柱錨定工具[1-3]。

由于海上油田反洗井排量要求高，套管尺寸大，陸地油田反洗井封隔器工藝無法直接應(yīng)用于海上油田。主要原因是：現(xiàn)有反洗工具反洗通道小、易堵塞；陸地油田洗井封隔器主要針對139.7 mm套管，少見針對177.8 mm和244.5 mm套管的可洗井封隔器，而海上油田主要以177.8 mm和244.5 mm套管為主[4-5]。

為解決現(xiàn)有封隔器洗井工藝無法直接應(yīng)用于海上油田的問題，本文從結(jié)構(gòu)尺寸、密封可靠性、增大反洗排量等方面進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計了海上油田封隔器洗井工藝管柱，并對全部工具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

1 海上油田反洗井封隔器工藝管柱組成

海上油田反洗井封隔器工藝管柱如圖1所示。

整個管柱主要由以下部分組成：

1) 頂部錨定器。與洗井隔離封隔器配合構(gòu)成頂部封隔器，防止管柱蠕動，延長管柱壽命。

2) 洗井隔離封隔器。正常注水時分隔注水層位，當(dāng)套壓大于油壓時，反洗通道打開。

3) 反洗工作筒。每個工作筒對應(yīng)一個層位。

4) 底部支撐錨。防止管柱蠕動，延長管柱壽命。

5) 反洗單流閥。注水時為底部死堵，反洗井時提供洗井通道。

圖1 反洗井封隔器工藝管柱

正常注水時，油壓大于套壓，反洗井封隔器工具彈簧處于伸長狀態(tài)，反洗通道關(guān)閉，正常分層注水。反洗井時，套壓大于油壓，反洗井封隔器工具彈簧處于壓縮狀態(tài)，反洗通道打開，完成反洗井。

2 注水反洗工具改進(jìn)設(shè)計

海上油田反洗工具面臨的主要問題包括密封可靠性、管柱起放安全性、洗井通道過液能力、堵塞風(fēng)險等。本文通過優(yōu)化反洗工具的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化洗井閥密封性能，增大工具防沖蝕能力等方面對洗井隔離封隔器、頂部錨定器、反洗工作筒、反洗單流閥等工具進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計。

2.1 洗井隔離封隔器

設(shè)計的洗井隔離封隔器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 洗井隔離封隔器

洗井隔離封隔器結(jié)構(gòu)上主要包括坐封部分、解封部分、洗井部分和密封部分，與現(xiàn)有洗井封隔器相比，主要有2個創(chuàng)新設(shè)計：

1) 雙活塞坐封，增大層間耐壓，增加坐封可靠性。

2) 動密封采用BASEAL密封，專為軸向動密封設(shè)計，增大洗井閥開關(guān)次數(shù)，耐溫超過170 ℃。

設(shè)計的洗井隔離封隔器技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 洗井隔離封隔器技術(shù)參數(shù)

2.2 頂部錨定器

頂部錨定器的改進(jìn)設(shè)計主要體現(xiàn)在4個方面：

1) 滿足大排量的過流要求，適用于洗井條件。

2) 內(nèi)徑盡量大，外徑盡量小。

3) 計算卡瓦坐封行程，保證充分坐封。

4) 卡瓦表面滲氮處理，增強(qiáng)硬度。

設(shè)計的頂部錨定器如圖3所示，主要包括上接頭、坐封活塞、卡瓦、下接頭等。

圖3 頂部錨定器結(jié)構(gòu)示意

頂部錨定器坐封時，將頂部錨定器與注水管柱連接，下入井下至預(yù)定深度。油管內(nèi)加壓8 MPa時，剪斷坐封剪釘。剪釘剪斷后，坐封活塞運動，壓縮卡瓦，密封油、套管環(huán)空。解封時，上提油管柱，剪斷解封剪釘，即可解封起出。

2.3 反洗工作筒

現(xiàn)有注水工作筒在反洗井時，不能自動關(guān)閉出水口，導(dǎo)致洗井液通過測調(diào)工作筒水嘴進(jìn)入油管，無法清洗井筒底部。本文對注水工作筒進(jìn)行改進(jìn)，通過增加防反吐機(jī)構(gòu)和防沖蝕擋圈，解決了以前洗井時不能自動關(guān)閉水嘴的難題，讓洗井液貫穿所有注水層段，可有效提高注水井洗井質(zhì)量，并減少洗井液流動對工具密封造成的沖蝕[6-9]。

改進(jìn)后的反洗工作筒在注水時，在油管內(nèi)/外壓力作用下，打開反洗閥；在反洗的過程中，水嘴外側(cè)擋圈關(guān)閉，反洗液由最下方單流閥進(jìn)入油管內(nèi)。增加出水口密封保護(hù)。改進(jìn)后的反洗工作筒如圖4所示。

圖4 反洗工作筒

改進(jìn)后的注水工作筒可適用套管完井和防砂完井，最大注水量達(dá)到1 000 m3/d(單層)，工作壓力為0～60 MPa，最大井斜可達(dá)60°，可適用于177.8 mm和244.5 mm套管。

2.4 反洗單流閥

常規(guī)單流閥沒有沉砂通道，易砂埋，造成工具失效，此外，常規(guī)單流閥的閥芯密封可靠性差，不適用于反洗工藝[10-15]。本文設(shè)計的反洗單流閥采用橋式通道結(jié)構(gòu)，具有沉砂和反洗井的雙重功能，結(jié)構(gòu)如圖5所示。此外，反洗單流閥中間有閥桿機(jī)構(gòu)，能夠在斜井中起到扶正作用，減小開關(guān)過程中密封結(jié)構(gòu)的磨損。

圖5 反洗單流閥

3 結(jié)論

1) 改進(jìn)后的洗井隔離封隔器采用雙活塞密封，層間耐壓>35 MPa，動密封采用BASEAL密封，專為軸向動密封設(shè)計，增大洗井閥開關(guān)次數(shù)，耐溫超過170 ℃。通過優(yōu)化設(shè)計，突破尺寸限制，增大了洗井過液能力，洗井封隔器洗井通道當(dāng)量直徑達(dá)93 mm，洗井液流量可達(dá)40 m3/h。

2) 改進(jìn)后的反洗工作筒具有防反吐功能，可保證洗井液貫穿所有注水層段。通過增加密封防沖蝕機(jī)構(gòu)，減少了洗井液流動對工具密封造成的沖蝕。

3) 頂部錨定器的改進(jìn)體現(xiàn)在4個方面，滿足大排量的過流要求，坐封可靠。

4) 反洗井單流閥增加了橋式過砂通道，減少砂埋影響，優(yōu)化了閥芯結(jié)構(gòu)，適合斜井，密封可靠。