分層注水工藝及工具研究

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目錄第1章緒論…………… 11.1引言……………… 11.2分層注水的目的和原則………… 11.3吐哈油田注水生產(chǎn)現(xiàn)狀…………… 11.4研究分層注水工藝及工具的意義………………… 11.5本文所做的工作…………………… 2第2章常規(guī)偏心管柱分層注水…………… 32.1管柱結構與配套工具……………… 32.1.1管柱結構2.1.22.1.32.2管柱蠕動分析………………………82.2.1常規(guī)偏心分注管柱受力和位移量分析2.2.22.2.32.2.42.3施工工藝…………… 112.3.12.3.22.3.32.3.42.3.52.4現(xiàn)場試驗…………… 132.5小結……………… 16第3章常規(guī)偏心管柱結構改進…………… 173.1懸掛補償式平衡偏心管柱………… 173.1.1管柱優(yōu)點3.1.2管柱缺點3.1.33.2錨定式偏心管柱…………………… 183.2.13.2.23.2.33.3現(xiàn)場試驗…………… 203.3.13.3.23.3.33.4套變井分注………… 213.5高壓分注與氣舉解堵分注技術…………………… 223.5.13.5.23.5.33.6定量注水技術……………………… 253.6.1研制流量控制器的目的3.6.23.6.33.6.43.6.53.7小結……………… 28第4章兩管及三管分層注水…………… 294.1兩管注水管柱工藝………………… 294.1.14.1.24.1.34.1.44.1.54.1.64.2三管注水管柱工藝………………… 354.2.1目前三層分注管柱的特點4.2.24.2.34.2.44.3小結……………… 42第5章結論……………… 43參考文獻………………… 44致謝……………………… 47第一章緒論§1.1引言注水是油田開發(fā)的一種十分重要的開采方式，是補充地層能量，維持油田較長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效、易行的方法；注水工藝，特別是分層注水工藝技術，是多油層注水完成分層配注方案，提高注水開發(fā)效果的重要措施。對各類注水工藝的深入研究是實施分層注水問題的理論依據(jù)。§1.2分層注水的目的和原則油田開發(fā)初期的注水工作，由于基本上是按不同性質油層的自然吸水能力進行籠統(tǒng)合注，致使不同滲透率的油層吸水量相差幾倍到幾十倍，造成注入水單層突進和平面指進。針對這種情況，應用了分層注水工藝技術，通過對高滲透層控制注水，對低滲透層加強注水，有效的控制了油層壓力，并在一定程度上控制了油田含水上升過快的局面。隨著油田進入中高含水期開發(fā)，通過不斷加強分層注水，把地層壓力始終控制在原始地層壓力附近，保證了油井有足夠的生產(chǎn)壓差和旺盛的產(chǎn)液能力[1]。分層注水的指導原則是：堅持注夠水、注好水，努力提高投撈成功率和配注合格率?！?.3吐哈油田注水生產(chǎn)現(xiàn)狀吐哈主力油田均為層狀油田，且層間差異大，為此，要求分層注水，以保持地層能量。吐哈油田目前有注水井648口，其中分注井312口。針對吐哈油田多層系非均質油藏的吸水特點，研究配套了3000m深井高壓分層注水技術,目前普遍使用無卡瓦支撐、可反洗井的常規(guī)偏心分層注水管柱，該管柱結構簡單，對套管無損傷。這套技術在油田大面積推廣后，成為保持油層壓力、調整層間和平面矛盾、控制油田含水上升的基本技術手段，在油田開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。隨著油田進入中高含水期開發(fā)，為進一步挖掘中、低滲透率油層的潛力，在加強常規(guī)分層注水技術的同時，重點研究了新工藝、新管柱、新工具，以延長管柱壽命[2]?！?.4研究分層注水工藝及工具的意義注水直接關系到原油產(chǎn)量和地層壓力平衡，關系到油田可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施。決定油田完成上級指標和職工的切身利益。對分層注水工藝和配套工具的研究在有利于優(yōu)化地層能量分配，宏觀定量控制原油產(chǎn)能分配等方面都有著積極的經(jīng)濟和社會意義?！?.5本文所做的工作本文針對吐哈油田注水生產(chǎn)實際，分析了目前主要使用的常規(guī)偏心管柱注水工藝和配套工具，重點分析了常規(guī)偏心管柱工藝的缺點和局限性。通過研究，提出了管柱結構和工藝的改進方法和措施。并進行了大量的現(xiàn)場試驗，取得了成功。此外，還針對高壓分注、氣舉解堵分注，套變井分注等難度較大的管柱工藝提出了解決方案。基本完善了注水工藝的含蓋面和適應面。本文還提出了一種全新的分層注水工藝模式—兩管分注和三管分注。這種方式完全取消了井下投撈水嘴的作業(yè)，利用完全獨立的注水通道，將井下控制轉移到地面控制，是分層注水工藝的一次較大的革新。這種工藝在吐哈油田深井高壓的惡劣井況下進行了試驗并取得了成功。本文的創(chuàng)新點在于：1、針對常規(guī)偏心管柱分層注水工藝的局限性和缺點，提出了多種比較全面的改進措施并在實際生產(chǎn)中得到驗證，效果良好。2、提出定量注水概念和雙水嘴機構原理，并在實踐中驗證了其優(yōu)越性。3、研究了全新結構的兩管和三管注水管柱和工藝。本文所做的工作在吐哈油田注水生產(chǎn)中產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，在全國各油田分層注水技術中可以起借鑒作用。第二章常規(guī)偏心管柱分層注水目前，國內各油田多數(shù)采用常規(guī)偏心管柱實施分層注水。這種工藝簡便易行，適應面廣，現(xiàn)場操作方便，成本低廉。其配套工具技術成熟、結構可靠。因此，常規(guī)偏心管柱分層注水工藝成為現(xiàn)階段分層注水工藝的主流[3]?！?.1管柱結構與配套工具采用常規(guī)偏心管柱分注時，管柱結構通常是以“Y341封隔器和KPX偏心配水器”兩種工具為核心。以兩級兩段和三級三段結構最為普遍，在整個分注領域中占有很大比例。2.1.1管柱結構Y341封隔器Y341封隔器KPX配水器KPX配水器Y341封隔器Y341封隔器KPX配水器KPX配水器水力循環(huán)閥圖2-1兩級兩段分注管柱結構圖1、兩級兩段分注管柱結構兩級兩段分注管柱結構如圖2-1所示，管柱按圖示順序連接兩套Y341封隔器和KPX—114偏心配水器，底部連接水力循環(huán)閥和塞管。Y341封隔器實施兩層水段之間的隔離和密封，KPX—114偏心配水器對隔離的層段進行注水。底部使用篩管和水力循環(huán)凡爾實現(xiàn)反洗井底部通道。該管柱只能實現(xiàn)對兩層吸水地層的分別注水。對于多層配注的情況，如果有吸水連續(xù)相似的層段，可以將其合并成一層合注，這樣就可以將多層簡化成兩層，應用該結構管柱按兩層分別注水，其中每一層內進行合注。2、三級三段分注管柱結構三級三段分注管柱結構與兩級兩段管柱結構相同，封隔器和配水器數(shù)量增加?？梢詫崿F(xiàn)對三個隔離層段進行分別注水，每級注水量利用偏心配水器的水嘴進行調節(jié)。對于大于三級三段的管柱可以依次類推。2.1.2管柱特點以“Y341封隔器和KPX偏心配水器”為核心的常規(guī)偏心分注管柱具有顯著的優(yōu)點，但是同時由于結構簡單也決定了其局限性。1、管柱優(yōu)點：1.1利用幾級配水器對幾個吸水層段的分別配注，結構簡單，封隔器無卡瓦支撐，對套管損傷小，起到了一定的保護套管作用；1.2封隔器具有反洗井通道，能實現(xiàn)不動管柱反洗井作業(yè)；1.3最上一級封隔器可以避免油層以上套管注水過程中承受高壓，封隔器以上油套環(huán)空可以替入套管保護液防腐；2、管柱缺點：2.1由于注水井工況變化，管柱受力不平衡，存在上頂力，引起分注管柱長度不斷變化，產(chǎn)生蠕動效應，導致井下注水封隔器失效或解封，因而分注管柱工作周期較短，管柱平均壽命只有1年；2.2分注管柱完井時驗封困難，注水過程中封隔器失效也不能進行驗封，特別是對于多級封隔器驗封更是困難，導致部分分注管柱沒有真正實現(xiàn)分層控制注水；2.3要實現(xiàn)分層配注，完成計劃配注量，必須利用鋼絲投撈測試，鋼絲投撈測試不僅可能產(chǎn)生較大的誤差，導致配注不合要求，而且鋼絲投撈失敗引起的遇卡、遇阻，往往造成上修，增加注水井作業(yè)量和作業(yè)費用；2.4在注水過程中，由于系統(tǒng)壓力波動或地層吸水能力發(fā)生變化等原因，實際注水量經(jīng)常偏離要求的配注量。這樣，即使測試調配時達到配注要求，注水過程中也會出現(xiàn)超注或欠注的現(xiàn)象；2.5出現(xiàn)一級水嘴堵死或撈不出來的情況時，則只能實現(xiàn)對單層控制配注或者上修沖檢；2.6目前對單層注水量的監(jiān)控措施如井下流量測試、投撈測試等費用較高或工作量較大，還達不到對兩層注水量經(jīng)濟有效的監(jiān)控；雖然常規(guī)偏心注水管柱有以上諸多缺點和局限性，但是目前在我國各大油田還是首選的工藝管柱，主要原因是施工簡單，一次性投入成本較底。針對該工藝管柱的不足之處，在實際施工中不斷的總結出了各種彌補的方案，基本可以滿足生產(chǎn)需要。2.1.3配套工具常規(guī)偏心注水管柱的配套工具有三種：Y341反洗井注水封隔器、KPX—114偏心配水器、KSL—94水力循環(huán)凡爾。這三種工具工作原理合理，設計、制造技術都比較成熟[5]。1、Y341—114反洗井注水封隔器1.1用途與結構可用于注水，找串和酸化等措施作業(yè)。采用液壓坐封、上提解封機構，現(xiàn)場操作方便；工具由上下接頭、上下中心管、上下液缸、坐封解封機構、反洗閥和膠筒等部件組成。結構如圖2-2所示。1上接頭2鎖封機構3外套4鎖套5上膠筒座6膠筒7襯管8隔環(huán)9中心管10下膠筒座11洗井閥12上液缸13下中心管14下液缸15剪釘16剪釘座17防顫環(huán)18下接頭圖2-2Y341—114反洗井注水封隔器結構示意圖1.2特點①膠筒強度高，密封壽命長，膠筒兩邊有下井防刮保護裝置；②封隔器承壓能力和承壓差能力高；③反洗閥采用兩道密封結構，密封可靠；④坐封機構設計獨特，封隔器防中途坐封能力強。1.3主要技術參數(shù)總長： 1353mm最大鋼體外徑： φ115mm通 徑： φ52mm坐封壓力： 18～25Mpa工作壓差： ≤40Mpa工作溫度： ≤120解封力：40～50kN連接螺紋： 2-7/8UPTBG適用套管內徑： φ118～126mm2、KPX—114偏心配水器2.1用途與結構KPX—114偏心配水器可用于中、淺井分層注水。工作筒采用偏心結構，外表、中心通道為同心結構，偏心筒、導向體、扶正體連接為一體，投撈、測試方便可靠。結構如圖2-3所示。1上接頭2上連接體3扶正體4螺栓5堵塞器6偏心工作筒7下連接套8支架9導向體10下接頭圖2-3KPX—114偏心配水器結構示意圖2.2特點①結構簡單，投撈測試方便；②對工具間連接螺紋和偏心工作筒的進行改進，提高整個工具的抗拉拔能力和承壓能力。2.3主要技術參數(shù)總長： 1005mm最大鋼體外徑： φ115mm通 徑： φ46mm偏心孔徑： φ20mm工作壓差： ≤40Mpa工作溫度： ≤120投撈力： 60～80N連接螺紋：2-7/8UPTBG適用套管內徑： 5-1/2″～7″3、KSL—94水力循環(huán)凡爾3.1、用途與結構KSL—94水力循環(huán)凡爾可用于中、淺井分層注水的底部洗井通道。循環(huán)凡爾采用單向閥與篩管集成為一體的結構，連接方便，結構簡單。結構如圖2-4所示。

1上接頭2皮碗總成3密封圈4緩沖套5密封圈6剪釘7堵頭8彈簧9定位套10短節(jié)11底帽圖2-4KSL—94水力循環(huán)凡爾結構示意圖3.2、特點①結構簡單，啟閉靈活；②油管打壓能實現(xiàn)密封，套管打壓可實現(xiàn)暢通。3.3、主要技術參數(shù)總長： 780mm最大鋼體外徑： φ94mm工作壓差： ≤40Mpa工作溫度： ≤120連接螺紋：2-7/8UPTBG適用套管內徑： 5-1/2″～7″4、工具聯(lián)合工作原理油管與封隔器、配水器以及循環(huán)凡爾組成一個連續(xù)的注水通道，在地面通過井口裝置給油管內打壓時，底部的循環(huán)閥關閉，整個油管空間密閉。壓力通過封隔器液壓缸推動力實現(xiàn)密封膠筒壓縮，封隔油套環(huán)型空間，隔離出單獨的注水通道。當油管泄壓后，封隔器的爪簧倒鎖，保持封隔器膠筒處于壓縮狀態(tài)。偏心配水器通過水嘴機構對各層分別注水。當通過地面通過井口裝置給油套環(huán)型空間打壓時，底部循環(huán)閥打開，液體通過油管返回地面，實現(xiàn)了反洗井作業(yè)。當上提管柱時，封隔器鎖緊爪簧松開，膠筒在彈性力作用下恢復原狀，實現(xiàn)管柱解封，進行修井作業(yè)。5、封隔器的自驗封原理自驗封封隔器原理簡單，可以很好的解決多級封隔器的驗封問題[6]。圖2-圖2-5自驗封原理圖上膠筒驗封通道下膠筒將普通注水封隔器的一組膠筒改為兩組膠筒，封隔器在完成坐封過程后，在封隔器上下兩組膠筒之間，中心管和油套環(huán)空間形成一個驗封通道。5.2自驗封原理如果封隔器上下兩組膠筒密封不嚴，油管壓力將始終不能穩(wěn)定；如果封隔器上下兩組膠筒密封可靠，油管壓力將始終穩(wěn)定。（如圖2-5所示）§2.2管柱蠕動分析圖2-6管柱受力示意圖常規(guī)偏心分層注水管柱中封隔器因壓力、溫度等因素的波動影響而發(fā)生位移，這種位移會引起封隔器膠筒磨損、撕裂、密封不嚴甚至解封等，從而造成封隔器失效，管柱有效使用壽命縮短，沖檢周期頻繁等不良后果。目前通常采用長度補償、錨定、支撐等方法來克服管柱的位移問題，采取以上措施的前提是準確掌握封隔器工作時的位移規(guī)律。所以對常規(guī)分注管柱中封隔器位移量的具體分析是制定解決方案的基礎和依據(jù)。圖2-6管柱受力示意圖2.2.1常規(guī)偏心分注管柱受力和位移量分析常規(guī)分注管柱一般由封隔器和偏心配水器懸掛組成，管柱工作時受力不平衡，最下層存在上頂力，如圖2-6所示。正常工作時所受的主要不平衡力為上頂力、溫度效應誘發(fā)力、鼓脹效應誘發(fā)力和摩擦力[7]。具體分析如下：1、上頂力F頂?shù)挠嬎鉌頂=P1πD2/4-Pπd2/4（2-1）2、溫度效應誘發(fā)力FT的計算FT=EAα△T（2-2）3、鼓脹效應誘發(fā)力F鼓=2μ（△PyAi-△PtAo)（2-3）4、封隔器摩擦力一級封隔器摩擦力約Ff=30KN。忽略其它次要因素，封隔器所受合力為F合=F頂+FT+F鼓+Ff（2-4）根據(jù)虎克定律：△l=F合l/(EA)可以計算出封隔器的理論位移量。 以Y341-114封隔器和KPX-114偏心工作筒組成的兩級兩層分注管柱為例，根據(jù)吐哈油田某井取下列參數(shù)進行計算D：套管內徑121mm；d：油管內徑62mm；P：注水壓力25MPa；P1：水嘴節(jié)流后壓力20MPa；α：材料的線膨脹系數(shù)，α=12.5×10-6℃E：油管彈性模量206GPa；A：油管橫截面積；△T：溫度變化量70℃----40℃；△Pt：環(huán)空壓力變化；Ai：油管內徑面積；Ao：油管外徑面積；μ：泊松比，鋼為0.3；l：管柱長度2800m；△l：管柱位移量；計算結果（見表2-1）：表2-1上頂力溫度效應誘發(fā)力鼓脹效應誘發(fā)力摩擦力合力154KN90KN45.3KN60KN349.3KN計算分析可知管柱移動情況如下：正常注水：與完井管柱下到位相比較，封隔器上移2.67m；測試上層：與管柱正常工作相比較，封隔器下移1.98m；停注時：與管柱正常工作相比較，封隔器下移2.67m；根據(jù)以上數(shù)據(jù)理論計算結果可知在2800米管柱正常注水時封隔器上移2.67米。但是該結果能否反映實際情況是判斷理論分析正誤的關鍵。因此需要對實際位移進行測定。2.2.2對封隔器位移的實際測定1、吸水剖面測井數(shù)據(jù)1.1、吐哈L4-2井,完井:2002-9;測井:2003-3-12,壓力:26.2MPa（見表2-2）表2-2工程完井吸水剖面測井位移工程完井吸水剖面測井位移封12122.14m2120.5m1.64m偏12132.64m2131.3m1.34m封22199.06m2198.0m1.06m偏22205.11m2203.9m1.21m封32210.42m2209.4m1.02m偏32220.98m2219.9m1.08m工具平均上移距離1.225m1.2、吐哈L16-22井,完井:2003-1;測井:2003-3,壓力:26.2MPa（見表2-3）表2-3工程完井吸水剖面測井位移工程完井吸水剖面測井位移封12646.2m2645.6m0.6m偏12657.2m2656.1m1.1m封22789.2m2788.1m1.1m偏22800.3m2798.3m2m封32876.9m2875.5m1.4m偏32888.1m2886.2m1.9m工具平均上移距離1.35m2、測井數(shù)據(jù)分析根據(jù)以上兩口井的實際測定位移，結合管柱長度進行分析，可知在2800米管柱的實際位移應該為1.427米。與理論計算的2.67米差距甚大。誤差達87%。其誤差原因主要有兩點：2.1理論計算只考慮受力的主要因素，被忽略的次要因素的積累成為產(chǎn)生誤差的一個原因。2.2理論計算所考慮的主要因素并不是獨立起作用，各因素之間存在相互制約和影響，從而導致誤差。2.2.3理論計算修正如果要考慮到理論計算模型的各種因素及其相互之間的關系，必將導致結算的高度復雜化，而且眾多參數(shù)的誤差積累也將使計算結果失去意義。考慮到受力和位移計算的線性關系，可以對計算結果采用比例因子的形式進行修正。將實際位移與理論位移的比值定義為位移因子λ，拓展虎克定律為△l=λF合l/(EA)其中λ=0.534。這樣的修正使得理論計算與實際測定數(shù)據(jù)一致。2.2.4對修正結果的驗證對以上修正公式進行驗證1、吐哈L18-30井,完井:2002-9；測井:2003-3,壓力:26.2MPa（見表2-4）表2-4工程完井吸水剖面測井位移工程完井吸水剖面測井位移封12644.06m2641.00m2.06m偏12655.65m2652.0m2.15m封22722.57m2720.50m2.07m偏22734.06m2731.0m2.16m封32776.88m2774.50m2.38m偏32788.07m2785.0m2.47m工具平均上移距離2.215m2、吐哈L4-7井,完井:2002-9;測井:2003-3,壓力:26.0MPa（見表2-5）表2-5工程完井吸水剖面測井位移工程完井吸水剖面測井位移封12269.0m2268.0m1m偏12280.0m2279.0m1m封22313.2m2312.2m1m偏22324.0m2323.0m1m封32418.3m2417.8m0.5m偏32429.0m2429.0m1m工具平均上移距離0.917m根據(jù)以上兩口井的實際測定數(shù)據(jù)分析，2800米管柱的實際位移應該是1.641米。按修正的虎克定律計算結果是1.427米，誤差小于15%。按以上修正公式對吐哈各采油廠的注水井資料進行驗證，結果誤差均小于15%[8]。該公式已經(jīng)作為經(jīng)驗公式在工藝設計和其它技術領域得到了應用。對于井況差異較大的注水井只要按此思路對位移因子進行驗證和調整即可滿足其它相似井位?！?.3施工工藝2.3.1錄取施工井基礎數(shù)據(jù)需要錄取的基礎數(shù)據(jù)有：完鉆日期、完鉆井深、補心海拔、人工井底、套補距、油補距、油層套管外水泥返高、目前塞面、油層套管尺寸、井筒需要分注的隔層位置等。2.3.2完井管柱設計說明1、根據(jù)地質設計要求將×層、×層與×層之間用封隔器隔開進行配注；2、為了保護上部套管，在×層的上端下保護封隔器一個，保護油層上部套管；3、為了提高管柱壽命，防止井下工具沙卡，采用具有反洗通道的封隔器，底部設有循環(huán)凡爾和篩管，便于進行反洗井作業(yè)；4、配水器采用KPX型偏心配水器；5、封隔器的耐壓差能力和偏心配水器、循環(huán)凡爾的耐壓能力不低于40Mpa；6、繪制完井管柱結構圖。2.3.3工具下井前的準備工作1、提供地面調試合格的完井工具，提供工具的詳細結構參數(shù)。2、施工作業(yè)：①起出原井油管，認真檢查油管涂層及絲扣，更換不合格涂料油管；②熟悉工藝設計，作好井涌、井噴預防工作；③通井：用直徑吻合的通井規(guī)通井至塞面；④刮削：用直徑吻合的刮削器限速刮至目前塞面，封隔器段反復刮削3次；⑤洗井：用清水35m3⑥測量要下井的每根油管及完井工具長度，誤差不得大于1/1000m。2.3.4完井施工步驟1、按完井管柱圖一上的工具設計位置配好管柱并限速下入，每根油管用規(guī)格吻合的油管規(guī)通過，不能有溜鉆和急停、急放，只有等油管停穩(wěn)之后，才能放卡瓦，單根勻速純下放時間不少于20秒,立柱勻速純下放時間不少于40秒；2、每級封隔器的位置偏差不得超過設計值±1m；3、管柱下放到位后，坐封封隔器，過程如下：分別打壓至10Mpa、15Mpa、20Mpa、25Mpa，各壓力值穩(wěn)壓3分鐘，然后泄壓；4、反循環(huán)洗井至進出口水質一致，反循環(huán)替入套管保護液xxm3；5、正憋壓5Mpa穩(wěn)壓5分鐘，關閉封隔器反洗井通道；6、投撈隊投撈水嘴，配注投產(chǎn)：配注層段：×××、×××、×××配注水量：×××、×××、×××2.3.5注意事項1、施工中嚴格按照安全、環(huán)保的有關規(guī)定執(zhí)行，取全取準各工序相關資料；2、封隔器坐封時，通知技術人員到現(xiàn)場指導；3、對有定位螺釘?shù)木鹿ぞ?，在上扣時要注意打管鉗的位置，防止扭斷定位螺釘，嚴禁用氣動卡瓦或液壓鉗咬在井下工具上?！?.4現(xiàn)場試驗通過在吐哈油田各采油廠對常規(guī)偏心分注管柱和工藝進行了大量的現(xiàn)場試驗，得出了較好的結果。試驗成功率98.3%，配注合格率87.6%，基本滿足了吐哈油田注水生產(chǎn)的需要。列舉一口井為例。吐哈油田溫米采油廠M78井試驗情況1、錄取基本數(shù)據(jù)①完井地質數(shù)據(jù)（見表2-6）表2-6完井日期：1993-4-21完鉆井深：2925m補心海拔：578.16m人工井底：2831.87m油層套管外水泥返深：1900m目前塞面：2813.87m油補距：3.87m套補距：4.56m油層套管：φ139.7*124.26mm*7.72mm*2917.23m固井質量：合格②目前射孔情況（見表2-7）表2-7層號射孔井底（m）厚度（m）孔數(shù)備注：S122680.40-2683.002.642S12+32691.60-2709.4017.8255S222758.98-2765.606.6274S322844.60-2848.003.454已封③目前井下管柱結構油補距：3.87m錐體：φ73mm(加)*0.15mm管掛：φ73mm(加)*0.30mm油管：φ73mm(加)*290*2984.92mm喇叭口：φ93mm*55mm（加）*0.35mm*2789.59m④m78井與周圍油井井連通關系(見表2-8)表2-8層位M78M77M88S122.6//S12+317.81.4+6.24.8+3.8+3.2S226.626.4封S323.4封/5）、油層電測解釋數(shù)據(jù)(見表2-9)表2-9層位深度井段（m-m）厚度（m）孔隙度（%）滲透率含油飽和度解釋結果S222758.98-2765.606.6217.243.346.1油水同層2、生產(chǎn)簡史米78井于1993.11射開S12S12+3S32，抽汲誘噴后自噴投產(chǎn)；95.2停噴抽轉，日產(chǎn)液10.02m3,日產(chǎn)油8.31t，含水2.3%，96.7含水80%，水泥塞封S32；96.12合層壓裂S12S12+3；97.4高含水關井；98.8為恢復產(chǎn)能；卡封S12S12+3，射開S22后單采S22；00.9高含水關井；02.4為完善注采井網(wǎng)改注，合注完井；目前該井欠注，先要求對S22井況提示：98.8.17下φ115mm*1.8m通井規(guī)通至2832.28m中途無遇阻。預計地層壓力33MPa。3、作業(yè)技術要求①關井降壓；②起出井下管柱并檢查；③按工藝要求水力深穿透補孔S22(見表2-10)；表2-10層位井段(m-m)厚度（m）S222758.98-2765.606.62④按設計要求分注完井，分注層段S12S12+3/S22,配注量20/20m3⑤遵守安全環(huán)保規(guī)定，取全取準各項資⑥料磁定位套管接箍數(shù)據(jù)：2673.522662.162707.632719.002730.362735.392746.752758.11。4、現(xiàn)場施工記錄使用工具：Y341-114封隔器、KPX-114偏心配水器、KSL-94循環(huán)凡爾施工簡介：9月17日下分注工具，下鉆速度：單根純下放時間在14～17秒之間，設計要求勻速下放速度不大于0.5m/s，在油層和射孔段勻速下放速度不大于0.3m/s，實際下放速度稍快。9月18日用清水洗井完成改坐封流程，坐封按10Mpa、15Mpa、20Mpa、25Mpa四段壓力坐封，10Mpa停泵后套管無溢流，說明剪釘剪斷開始坐封，15Mpa、20Mpa和25Mpa段套管依然無溢流，而且每段只做短暫停留，約1分鐘。說明封隔器完全坐封，且密封性好。水泥車壓力顯示25Mpa后停車保壓，井口壓力表只顯示23.5Mpa。保壓30分鐘后，壓力表無下降，套管無溢流，說明工具和油管均無問題，監(jiān)督驗收合格交井。投撈隊撈水嘴，根據(jù)設計要求，偏1和偏2全撈，下雙撈工具一次將偏1和偏2撈出，檢查盲閥下部兩個密封圈基本正常。5、完井管柱記錄完井管柱記錄JXZS/JL7.5-03-5施工時間2004.8.19編號W5-507施工項目名稱下分注工具（沖檢）現(xiàn)場施工單位玉采六隊完井管柱圖：塞面2813.87m凡爾、塞管、絲堵2790m/2790.5mKPX-114偏心配水器22751m/2750.55mKPX-114偏心配水器12716m/2716.165mY341-114封隔器1塞面2813.87m凡爾、塞管、絲堵2790m/2790.5mKPX-114偏心配水器22751m/2750.55mKPX-114偏心配水器12716m/2716.165mY341-114封隔器12666m/2666.615mY341-114封隔器22740m/2739.76m2758.98m水層2765.6m2680.4m水層2709.4m技術指導負責人（簽字）：年月日技術指導參加人（簽字）：年月日6、水量監(jiān)測經(jīng)過定期水量監(jiān)測，分層配注完全達到設計要求?！?.5小結通過對常規(guī)偏心注水管柱的結構、特點、配套工具的研究，詳細分析了管柱的受力蠕動規(guī)律并提出了補償蠕動位移的經(jīng)驗公式，該方法和公式在大量的數(shù)據(jù)分析中得到了反復驗證，成為指導施工和技術分析的法寶。該方法計算的數(shù)據(jù)通過磁定位校深也得到了驗證。在注水工藝設計中將按此方法得到封隔器位移考慮到管柱長度中極大的提高了注水的精確性和壽命。本章最后提出了施工工藝步驟，并列舉了一例現(xiàn)場實施數(shù)據(jù)。第三章常規(guī)偏心管柱結構改進通過前面的研究可知，雖然常規(guī)偏心管柱實施分層注水可以基本滿足油田生產(chǎn)需要，但是由于其管柱結構簡單、存在的缺點和局限性使得現(xiàn)場施工中存在一定的風險。針對管柱的不足，研究補償?shù)墓に嚪椒ň惋@得十分有用?！?.1懸掛補償式平衡偏心管柱懸掛補償式平衡偏心管柱是在常規(guī)偏心管柱最上面一級工具上面添加平衡補償器，利用平衡補償器的自由伸縮消除上部管柱的蠕動，保證下部工具不受蠕動位移的影響。這樣可以保證下面工具的精確定位和受力平衡。管柱結構見圖3-1所示[8]。圖3-1懸掛補償式平衡偏心管柱封隔器水力循環(huán)凡爾圖3-1懸掛補償式平衡偏心管柱封隔器水力循環(huán)凡爾偏心配水器偏心配水器封隔器封隔器平衡補償器1、管柱受力平衡，壽命長；采用了補償溫度、壓力效應下管柱伸縮的補償器，可改善管柱的受力條件2、管柱伸縮器補償工況變化（壓力、溫度、注水層調整）引起的管柱蠕動；3、封隔器無卡瓦支撐，對套管無損傷；4、可反洗井。3.1.2管柱缺點1、管柱伸縮器密封性能要求高；2、增加了一級平衡封隔器，增大了解封力。3.1.3平衡補償器結構平衡補償器是基于動密封結構的長度補償工具，它由17個零件組成，上下連接油管。在工作過程中如果油管由于蠕動效應發(fā)生長度變化時，長度變化量將在它的內外管之間進行補償，以消除長度變化，確保下部分注工具位置固定不變。結構原理及零件組成見圖3-2所示[9]。1上接頭2連接套3中心管4剪釘5外套6-8密封圈9V型圈10支撐環(huán)11壓環(huán)12密封圈13鎖塊14鎖塊座15備帽16緊定螺釘17下接頭圖3-2平衡補償器結構示意圖§3.2錨定式偏心管柱針對目前吐哈油田分注管柱正常生產(chǎn)周期較短，我們此前研究分析了分注管柱失效的主要原因是由于工況變化引起分注管柱蠕動，導致封隔器解封或密封失效，通過研究設計了延長分注管柱工作周期、提高分層配注的新型分注管柱：錨定式偏心分層注水管柱。錨定式偏心管柱是在常規(guī)偏心管柱中增加錨定裝置，利用錨定裝置的機械固定作用保證注水工具的相對固定，克服管柱蠕動產(chǎn)生的上頂力，這樣可以保證下面工具的精確定位。管柱結構見圖3-3、圖3-4所示[10]。圖3-3水力錨錨定式偏心管柱圖3-4帶卡瓦封隔器錨定式偏心管柱封隔器圖3-3水力錨錨定式偏心管柱圖3-4帶卡瓦封隔器錨定式偏心管柱封隔器封隔器偏心配水器偏心配水器循環(huán)凡爾水力錨1、采用了錨定機構錨定管柱，避免了封隔器解封及注水過程中的管柱蠕動，可有效提高管柱的使用壽命；2、可反洗井。3.2.2管柱缺點錨牙對套管有損傷。3.2.3錨定形式1、水力錨錨定①上部管柱與永久式封隔器采用密封插管連接，內部軌道鎖定,完井后管柱處于張力狀態(tài)，可避免工況變化引起的管柱蠕動，提高分注管柱的使用壽命；同時可大大減少投撈工具串的卡阻現(xiàn)象；②可反洗井至底部錨定器之上；③永久式封隔器不影響上部分注管柱的措施作業(yè)，以后分注完井時仍可使用。管柱沖檢時，不需更換底部錨定器④管柱依靠水力錨錨定，可避免工況變化引起的管柱蠕動，提高分注管柱的使用壽命，缺點是增加了一趟管柱起下作業(yè)程序。⑤目前需要解決的問題是水錨的防腐、防垢以及防砂卡性能。對水力錨的工作可靠性要求較高，起管柱時可能出現(xiàn)卡鉆事故2、永久式封隔器錨定目前常用的辦法是在常規(guī)分注管柱的底部增加一個永久式封隔器，用于錨定分注管柱，抑制工況變化引起的管柱蠕動1)作業(yè)過程：①下入永久式封隔器管柱到預定位置；②坐封永久式封隔器：投φ35mm鋼球，候沉40分鐘；油管依次蹩壓10、15、20、25MPa，各壓力點分別穩(wěn)壓5min，完成封隔器坐封；卸壓，上提油管7噸，從油管蹩壓18至25MPa，完成封隔器丟手；起出丟手管柱。③下入插管及上部完井管柱；④坐封Y341封隔器：將密封插管插入永久式封隔器，并上提管柱，使管柱受張力；油管緩慢蹩壓至5、10、15MPa，分別穩(wěn)壓3min，繼續(xù)從油管蹩壓至20、25MPa，完成封隔器坐封；安裝井口投注。2)主要配套工具及其作用DXL115永久式封隔器：高壓分注管柱的底部錨定裝置；密封插管：連接永久式封隔器和上部分注管柱；Y341封隔器封隔各配注層段之間的油套環(huán)空；偏心工作筒+配水器通過鋼絲投撈作業(yè)測試、配注各層段；KSL-94水力循環(huán)凡爾Y341封隔器坐封配套工具，并可作為反洗井、替套管保護液的單向通道。3)優(yōu)點：①上部管柱與永久式封隔器采用密封插管連接，完井后管柱處于張力狀態(tài)，可避免工況變化引起的管柱蠕動，提高分注管柱的使用壽命；②完井后管柱處于張力狀態(tài)，可大大減少投撈工具串的卡阻現(xiàn)象；③可反洗井至底部封隔器之上；④上部永久式封隔器不影響對上部分注管柱的措施作業(yè)，以后分注完井時仍可使用。⑤底部錨定裝置采用永久式封隔器，密封可靠，耐壓差高，管柱沖檢時，不需更換底部封隔器。4)缺點：增加了一趟管柱起下作業(yè)程序。針對底部錨定式分層注水管柱，目前已經(jīng)完成了應用前的各項準備工作，主要開展了永久式封隔器的引進消化及試驗，永久式封隔器座封工具及密封插管的地面試驗等工作，同時在丘陵采油廠的支持下，已經(jīng)完成了L13-18井的底部錨定式分層注水工藝設計，準備在丘陵油田開展2-3口井試驗性應用§3.3尾管支撐式偏心管柱尾管支撐式偏心管柱是在常規(guī)偏心管柱的底部利用支撐尾管支撐在井底篩面上，使整個管柱相對固定，利用限定邊界條件的辦法克服管柱蠕動產(chǎn)生的上頂力，這樣可以保證下面工具的精確定位。管柱結構見圖3-5所示[21]。圖3-5尾管支撐式偏心管柱封隔器偏心配水器圖3-5尾管支撐式偏心管柱封隔器偏心配水器封隔器偏心配水器循環(huán)凡爾支撐尾管1、尾管支撐在井底，可消除封隔器座封時或工況變化時引起的管柱伸長變化；2、管柱受力平衡；3、封隔器無卡瓦支撐,對套管無損傷，可反洗井。3.3.2管柱缺點1、要求地層不能大量出砂；2、增加了一級平衡封隔器，增大了解封力。3、沒有套管保護封隔器，注水過程中油層上部套管承受高壓。3.3.3幾種方法的綜合應用以上幾種方法都是針對常規(guī)偏心管柱的某一項缺點進行改進的單一方法。在實際工作中，地層情況十分復雜，需要同時解決以上幾種問題才能滿足生產(chǎn)需要，這就要求我們在必要的時候將幾種解決辦法同時應用。這種綜合應用就是其功能的疊加，疊加后的管柱結構兼?zhèn)淞烁鞣N方法的優(yōu)點。1、水力錨與支撐卡瓦用來固定管柱，避免管柱的蠕動，保證封隔器的密封性能，從而延長封隔器的使用壽命。2、補償器用來補償油管因溫度等因素引起的伸縮，改善管柱的受力狀況。3、采用了支撐卡瓦來支撐管柱，與補償器配套使用，避免了封隔器坐封及注水過程中的管柱蠕動，可有效提高管柱的使用壽命；為延長管柱的使用壽命，管柱中的所有配套工具均采用了鎳磷鍍防腐處理?！?.4套變井分注吐哈油田注水井套變問題比較嚴重，套變井已經(jīng)無法實施分注，影響到了油田的注水開發(fā)。解決套變井的關鍵是小直徑封隔器的研制。針對部分注水井因套管變形，目前無法進行正常分注這一問題，2004年研制了一種新型的小直徑注水封隔器Y341-105，技術規(guī)范如下：總長： 920mm；最大剛體外徑： φ105mm；通徑： φ48mm；適用套管內徑： φ118-φ126mm;座封方式： 液壓座封座封壓力： 20-22MPa;工作壓差： 20MPa;工作溫度： 1200C;解封方式： 上提管柱解封，解封力為10-30kN;上下連接扣型： 2-7/8UPTBG小直徑分注管柱由φ105mm偏心配水器、φ105mm注水封隔器及水力循環(huán)凡爾組成。這套管柱主要用于套管變形井，使之恢復分層注水。Y341-105分注封隔器在吐哈油田神246進行了試驗。工具主要工藝參數(shù)如下(表3-1)：表3-1Y341-105分注工具主要工藝參數(shù)名稱KSQ-114水井雙向錨Y341-114注水封隔器KPX-105偏心配水器Y341-105注水封隔器KSQ-105水井雙向錨工作壓力MPa5028352535工作溫度℃≥135≥135≥135≥135≥135坐封壓力Mpa15151515解封壓力MPa20-4010-2010-2020-40總長mm1100124098513091120最大外徑mm114114105105105最大內徑mm4848464846該井2004年5月底實施了分注作業(yè)，按照設計要求的配注水量（自上到下各層為15m3/d、10m3/d、5m3/d）將偏Ⅰ、偏Ⅱ、偏Ⅲ水嘴全部調為1.0mm，投注初期日注水量34-36m3/d，這表明該在現(xiàn)場應用中初步取得成功?！?.5高壓分注與氣舉解堵分注技術由于儲層的小孔隙、細喉道結構和對外來流體的強敏感性特點，使得儲層滲透性差，并且在開發(fā)過程中儲層損害較嚴重。部分井投注后吸水能力差，無法滿足開發(fā)配注要求，大部分井在長期注水中吸水能力逐漸變差，因此需要針對性地采取不同的增注措施提高注水井吸水能力，以滿足配注要求。3.5.1高壓注水高壓注水是指注水井井底壓力微超或接近地層破裂壓力，在近井地帶形成微細裂縫，改善近井地帶滲流條件，從而達到提高吸水能力的目的[32]。吐哈油田丘陵采油廠為進一步提高剖面動用程度，緩解剖面矛盾，決定對陵2西區(qū)及陵3區(qū)塊29口長期欠注井實行增壓注水，單井單層量化注水。根據(jù)初步增壓注水試驗發(fā)現(xiàn)，注水壓力由試注前的26MPa上升為37MPa左右，最高可達39MPa，增注水量為試注前的4倍以上，注入量可以滿足配注要求，但剖面吸水強度存在較大差異，剖面矛盾仍然存在。需要研究高壓（40MPa以上）的分注技術。高壓分層注水工藝要求實現(xiàn)該工藝的分注管柱必須有足夠的強度。通過對國內現(xiàn)有分注工具調研發(fā)現(xiàn)國內各油田目前還沒有能夠滿足丘陵油田40MPa注水壓力條件的注水工具。為此，我們對研制的可反洗井懸掛式平衡分層注水管柱中的主要工具進行了改進，改進后經(jīng)試驗工具的性能可滿足高壓分注要求，工具主要技術性能參數(shù)見表3-2。表3-2高壓分注配套工具主要技術性能KPX系列注水偏心工作筒Y341-115注水封隔器KSL-90循環(huán)閥井口防噴工具2FZ62-40總長(mm)20001548440最大外徑(mm)φ100φ115φ90最小內徑(mm)φ48φ50φ28解封力(KN)20-30承壓能力(MPa)45505045抗拉載荷(kN)700500500兩端連接扣型2-7/8UPTBG2-7/8UPTBG2-7/8UPTBG適用套管內徑(mm)118-126118-126>1102003年上半年計劃進行6口井試驗,其中L10-14、L11-16兩口井因為套管變形未能按原計劃進行高壓分層注水試驗。L10-22、L7-16、L507井按原計劃進行了高壓分層注水試驗，分層注水工藝管柱成功。L507井、L10-22井、L7-16井配注情況見表3-3表3-4表3-5。表3-3L507井8月9日調配數(shù)據(jù)注水設計及測試數(shù)據(jù)誤差配注層號配注層位水嘴尺寸計劃配注 實測 配注壓力(MPa)日注(m3/d)壓力(MPa)日注(m3/d)%1J2X3.433.410032.29010表3-4L10-22井5月17日調配數(shù)據(jù)注水設計及測試數(shù)據(jù)誤差配注層號配注層位水嘴尺寸計劃配注 實測 配注壓力(MPa)日注(m3/d)壓力(MPa)日注(m3/d)%2S4空堵379030.391.21.31S32.5373030.333.61.2表3-5L7-16井9月5日調配數(shù)據(jù)注水設計及測試數(shù)據(jù)誤差配注層號配注層位水嘴尺寸計劃配注實測 配注壓力(MPa)日注(m3/d)壓力(MPa)日注(m3/d)%2S3S42.336503655.210.41S21.936303633.61.23.5.2新型高壓分層注水封隔器的研制Y341-114XF高壓注水封隔器圖3-6下放解封式高壓封隔器針對以前分注管柱存在受力不平衡、有上頂力，使得上提解封的注水封隔器易解封、管柱壽命較短這一問題，2003年研制了一種新型下放式解封的注水封隔器：Y341-114XF注水封隔器，該封隔器的示意圖如附圖3-6所示[23]，圖3-6下放解封式高壓封隔器Y341-114XF注水封隔器的各部分組成：1上接頭2洗井閥套3錨定快4洗井閥5洗井閥座6銅皮7短膠筒8長膠筒9隔環(huán)10膠筒座11中心管12下隔環(huán)13鎖套14卡爪15鎖環(huán)套16鎖環(huán)17上液缸18上液缸座19下液缸20下接頭21防撞環(huán)Y341-114XF注水封隔器的技術規(guī)范如下：總長： 1326mm；最大剛體外徑： φ114mm；通徑： φ59mm；適用套管內徑： φ118-φ126mm;座封方式： 液壓座封座封壓力： 20-22MPa;工作壓差： 40MPa;工作溫度： 1200C;解封方式： 下放管柱解封，解封力為10-30kN;上下連接扣型： 2-7/8UPTBG截止目前，現(xiàn)場共應用該注水封隔器施工22井次80余套，封隔器一次坐封成功率99%。氣舉閥循環(huán)閥封隔器偏心配水器封隔器偏心配水器氣舉閥循環(huán)閥封隔器偏心配水器封隔器偏心配水器圖3-7氣舉解堵管柱3.5.3氣舉解堵分注技術針對吐哈油田鄯善、溫米采油廠注污水造成部分注水層堵塞，注水壓力高或注不，可在最上級封隔器之上接一級氣舉排液閥，通過空氣氣舉快速排液，達到解堵效果，此方法設備投入少，成本低。開展氣舉解堵研究與試驗，提高注水能力，減少洗井費用。針對不同類型水井，確定合理的解堵深度，以及合理的的解堵負壓，確保既能解除近井地帶的機械雜質堵塞，又不會對地層產(chǎn)生傷害，造成地層出砂。管柱結構如圖3-7所示[27]。

§3.6定量注水技術3.6.1研制流量控制器的目的注水井的常規(guī)水量控制裝置由針型閥或井下固定水嘴組成。注水過程中，由于系統(tǒng)壓力波動或地層吸水能力發(fā)生變化等原因，實際注水量經(jīng)常會偏離要求的配注量，若發(fā)現(xiàn)不及時，就會出現(xiàn)超注或欠注的現(xiàn)象，這是針型閥或井下固定水嘴無法避免的缺陷。定量注水技術是當前注水領域的一項前沿技術，它利用集減壓節(jié)流為一體的“雙級水嘴機構”代替固定水嘴，可有效改變注水量與閥孔前后壓差之間的相關關系，在適當?shù)墓ぷ鲏翰钕?，當水嘴前后壓力在一定范圍內波動時，保持注水量基本恒定，以實現(xiàn)油田定量注水的目的。3.6.2研制流量控制器的意義減壓孔節(jié)流孔減壓孔節(jié)流孔FnFs圖3-8雙水嘴機構示意圖3.6.3流量控制器的工作原理雙級水嘴機構示意圖如圖3-8所示，注入水從活動水嘴上的減壓孔流入，從節(jié)流閥孔流出。設P1為減壓孔前壓力，P2為活動水嘴腔內壓力，P3為節(jié)流孔后壓力，ΔP1為注入水流過減壓孔后產(chǎn)生的壓降，即 （3-1）設壓差在活動水嘴有效作用面積An上產(chǎn)生的流體作用力為F，那么 （3-2）當經(jīng)過減壓孔的流量增加時，流體作用力F推動活動水嘴下行并壓縮彈簧，直至流體作用力F在大小上等于壓縮彈簧產(chǎn)生的反作用力Fs，此時活動水嘴達到隨遇平衡，機構處于正常注水狀態(tài)。當減壓孔前壓力升高或節(jié)流孔后壓力降低時，減壓孔前后的壓差ΔP1增大，活動水嘴所處的隨遇平衡被破壞，通過減壓孔的流量Q有增加的趨勢，流體作用力F大于彈簧力Fs，活動水嘴下行并壓縮彈簧，使節(jié)流孔截面積Av減小，機構進入流量調節(jié)狀態(tài)。這時，活動水嘴腔內壓力P2增加，ΔP1下降，導致流體作用力F減小，直到流體作用力F在大小上等于彈簧力Fs，活動水嘴重新達到隨遇平衡，機構又恢復到正常注水狀態(tài)。當注水壓力減小或節(jié)流孔后壓力升高時，調節(jié)過程相反。當P1，P3同時變化時，可看作是上述兩種變化疊加的結果[34]。3.6.4主要技術參數(shù)根據(jù)目前吐哈油田注水井采用的水量控制方式，我們在開發(fā)產(chǎn)品時，將定量注水控制裝置按地面和井下兩部分開發(fā)，主要技術參數(shù)如下：工作壓力 ≤45MPa；工作壓差 0.5-20MPa；注水量 20-180m3/d；配注量誤差 ±15%以內3.6.5定量配水技術現(xiàn)場試驗情況KHD-80地面流量控制器先后在吐哈油田S13-9井、L610井、WX8井、L310井、L612井、WX3-508井、WX1-34井、WX1-505井和WX1-13井開展了9井次的現(xiàn)場試驗，KPX-20D井下定量配水器在L14-20井開展了1井次的現(xiàn)場試驗。試驗方案確定1）、試驗目的驗證流量控制器的工作原理正確性，即能否在前后壓力改變的情況下自動調節(jié)；測試工具在不同工作壓差下的過流量；工具的最大和最小嘴損；計算實測流量與理論計算流量的誤差。2）、試驗條件溫度：常溫；試驗介質：井口注入水；試驗儀表：壓力表2塊，超聲波流量計1臺；3）、試驗測試參數(shù)彈簧壓縮量；入口壓力；出口壓力；流量；4）、試驗準備A、制定試驗方案現(xiàn)場試驗過程中針對每口井都編寫了較為詳細的試驗方案，制定方案的原則是：1）盡量不影響現(xiàn)場正常的注水生產(chǎn)；2）盡量方便現(xiàn)場連接。方案內容主要包括所選井連接工具前的生產(chǎn)狀況、活動水嘴大小、理論流量、預計控制流量、試驗步驟及注意事項等。B、工具連接KHD-80地面流量控制器需要事先準備好連接短節(jié)、卡箍等或直接將工具焊接在井口注水管線上；KPX-20D井下定量配水器直接用鋼絲投撈設備投至目的層段的偏心工作筒中，作業(yè)方式和作業(yè)過程和KPX-20配水器完全相同。現(xiàn)場試驗結論利用井口針型閥人為改變工具入口壓力后，流量的變化趨勢符合定量注水技術的基本理論模型，證明工具的工作原理是正確的；試驗最高工作壓力為29MPa；試驗最小工作壓差0.5MPa，最大工作壓差18.5MPa，不同壓差下流量基本穩(wěn)定，最小流量誤差-12.5%，最大流量誤差+9%，實測流量誤差滿足現(xiàn)場應用要求；現(xiàn)場試驗工具最小控制流量30m3/d，最大控制流量160m3/d；流量控制器在污水環(huán)境中工作壽命過短。

§3.7小結針對常規(guī)偏心管柱存在的缺點，提出了幾種解決辦法：平衡補償式結構、錨定結構、尾管支撐式結構以及以上幾種結構的綜合應用。在此基礎上，深入研究了高壓分注、套變分注、氣舉解堵分注以及定量注水技術。通過以上的研究，大大豐富了常規(guī)偏心注水工藝的內涵和應用范圍。第四章兩管及三管分層注水常規(guī)偏心分注管柱及其工藝改進沒有從根本上解決分注過程中的隱患問題。鑒于目前國內各油田注水以兩到三層為主。通過研究，提出了針對兩到三層分注井專門設計的管柱結構：兩管注水和三管注水。這種管柱結構從根本上解決了常規(guī)管柱存在的缺陷，實現(xiàn)了注水工藝的一次原理上的改變?！?.1兩管注水管柱工藝兩層分層注水井目前在國內各油田占有一定的比例，為了提高兩層分注井的分注效果，針對目前常規(guī)分注管柱存在的缺陷，經(jīng)過研究，提出了油套兩層分注技術。4.1.1管柱結構管柱結構如圖4-1所示。以永久式封隔器為核心的油套兩層分注管柱。利用永久式封隔器承壓能力高、密封性能好的特點，來分隔目標注水層段，利用油管通道對下層注水，利用油套環(huán)空通道對上層注水。從油套兩個完全隔離的注水通道實現(xiàn)兩層分注，并在井口安裝兩套地面定量配水器來分別控制兩層段的注水量。圖4-1油套兩層分層注水管柱這種分注管柱結構簡單，性能可靠，能確保3年不動管柱，不需進行鋼絲投撈作業(yè)，主要應用于層段間吸水壓差較大的高壓兩段分層注水工藝圖4-1油套兩層分層注水管柱適用范圍兩層分注井；層段之間吸水壓差10Mpa以上；適用套管規(guī)格：5-1/2和7套管。管柱性能指標注水壓力： 40MPa；管柱壽命： 3年；適應井深： 3500m；分注層數(shù)： 2層；適應井溫： ≤120℃；4.1.2配套工具1、DXL115永久式封隔器如圖4-2所示：隔離上下兩套注水層段；1）使用范圍可用于封堵高壓高含水層、高壓注氣、分注、分層采油（氣）和分（選）層改造等作業(yè)中。結構緊湊，可實現(xiàn)小夾層的封隔；一副對裝整體卡瓦，使它能承較高的上、下壓差。2）工作原理坐封：將專用坐封工具與封隔器在地面連接，下入井內預定位置后，從油管投球打壓，高壓液體通過坐封工具中心管進液孔作用在上下活塞上，當內外壓差達到9MPa時，剪斷坐封工具上的防座剪釘，活塞繼續(xù)下移帶動適配套，作用在封隔器鎖環(huán)套上，首先剪斷封隔器上的防坐剪釘，然后推動鎖環(huán)套以下的部件整體下移，上、下卡瓦破裂、張開，下卡瓦先咬死套管壁，繼續(xù)下移，膠筒完全壓縮，上卡瓦咬死套管壁，與此同時，鎖緊機構步進鎖緊，完成坐封；繼續(xù)蹩壓，剪斷釋放環(huán)，完成脫手。解封：通過磨銑解除封隔器。先下入磨銑管柱（磨銑管柱結構：磨鞋+螺桿鉆+油管）：探到魚頭后，根據(jù)螺桿鉆性能選擇合適的泵壓和排量開始磨銑，磨銑過程中鉆壓控制在0.5-1.5噸之間；磨銑到無法加上鉆壓時為止，然后用磨銑管柱將落魚追至井底，完成封隔器解封。3）技術特點圖4-2永久式封隔器三節(jié)不同硬度的膠筒和浮動金屬支撐環(huán)組成可靠的密封系統(tǒng)，承受壓差可達50MPa以上；膠筒兩側有公、母脹環(huán)可防止膠筒壓縮件被擠入套管和筒體之間的縫隙而被壞，保護其工作性能；結構緊湊，可實現(xiàn)小夾層的封隔。圖4-2永久式封隔器4）性能參數(shù)及指標總長： 720mm；最大外徑： ?113mm；通徑： ?76mm；工作壓差： 50MPa；座封方式：下專用工具坐封；座封壓力：10-25MPa；解封方式：磨銑；工作溫度： 150℃下部連接扣型： 2-7/8”UPTBG2、密封插管：和上部油管一起構成封隔器以下油層的注入通道；圖4-3密封插管密封插管（如圖4-3所示）主要由軌道機構和密封機構組成，可與永久式封隔器形成可靠的密封連接，起到封隔油管與環(huán)空之間通道的作用。采用雙向多組盆根密封，密封可靠，插入時直接下放管柱，起出時右旋上提，操作方便。主要技術參數(shù)如下：圖4-3密封插管鋼體最大外徑：φ93.66mm最小內通徑：φ60.33mm總長：714.37mm下端扣型： 27/8UPTBG3、地面定量配水器（如圖4-4所示）：控制地層注入量。1）工作原理將井口控制器安裝在注水井注水流程上。利用單流閥的單向流動作用來防止入井流體攜地層砂倒灌入注水流程形成砂堵，造成無謂的修井作業(yè)；利用水嘴的節(jié)流作用來控制全井注水量。另外，單流和水嘴可通過專用投撈工具撈出，測試、配注和維護工作簡單方便。流入流出流入流出圖4-4井口控制器①集流量控制和單流閥于一體，結構緊湊合理；②水嘴和單流閥整體式撈出，更換水嘴和清洗單流閥簡單方便；③水嘴和單流閥材料選用耐腐蝕、耐沖擊的陶瓷，工作可靠。3）主要技術參數(shù)總長：500mm最大外徑：122mm；工作壓力：≤40MPa；連接方式：焊接；水嘴規(guī)格：1.0、1.1、1.2……3.5mm，步長0.1mm。吐哈油田L412井兩層吸水壓差過大，常規(guī)分注管柱無法滿足分注要求，經(jīng)過充分技術論證，決定對該井采用油套兩層分注試驗。該井于2003年7月28日完井，應用永久式封隔器及其配套密封插管下井一次成功。4.1.3管柱特點1、優(yōu)點：①完井管柱結構簡單，配套工具尤其是井下工具少；②管柱具有承壓能力高、密封性能好、壽命長等特點；③永久式封隔器密封性能好、承能力高（不小于50MPa）、使用壽命長（不少于3年），完井后管柱處于張力狀態(tài)，可大大提高分注管柱的使用壽命；④不論在完井時還是在注水投產(chǎn)后，隨時都可以對封隔器進行驗封；⑤上下兩層段的注入通道完全隔離，避免了注水過程中各層段間吸水量相互干擾，并可隨時跟蹤各層段吸水能力的變化情況；⑥該分柱管柱無井下水嘴機構，測試配注工作均在地面進行，不需要進行鋼絲投撈作業(yè)，不僅可節(jié)省投撈測試費用，而且有效避免了鋼絲投撈作業(yè)造成的事故；⑦井口控制器操作方便、費用低，無需動用任何設備，一個操作工就可完成投撈、測試、配水、驗封等工作。⑧井口安裝兩套地面定量配水器分別控制兩層的配注量，使配注量基本不受注水壓力和地層吸水壓力波動的影響，可將每層段的配注量誤差控制在15%以內，有效提高注水井的配注合格率和準確率。目前，該管柱已在吐哈油田L412井現(xiàn)場試驗，并取得成功，該井已正常投注。2、缺點：①本管柱結構只適用于兩層分注井；②不能反洗井；③上部套管常期承受高壓，且會對套管造成一定程度的腐蝕，因此對注水水質要求較高，尤其是對含氧指標控制要求較高。4.1.4作業(yè)過程1、下入永久式封隔器管柱到預定位置；2、坐封永久式封隔器：①投φ35mm鋼球，候沉40分鐘；②油管依次蹩壓10、15、20、25MPa，各壓力點分別穩(wěn)壓5min，完成封隔器坐封③卸壓，上提油管7噸，從油管蹩壓18至25MPa，完成封隔器丟手；④起出丟手管柱。3、下入插管及上部油管；4、驗封永久式封隔器：①將密封插管插入永久式封隔器，并上提管柱，使管柱受張力；②油管緩慢蹩壓20分鐘，根據(jù)套管溢流變化情況，判斷永久式封隔器是否座封合格。5、安裝地面定量配水器；6、投注。4.1.5完井工具成本地面定量配水器： 1.0萬元/套DXL115封隔器： 3.5萬元/套密封插管： 0.8萬元/套坐封工具租用費： 0.68萬元/次預計工具總成本約6.98萬元/井。DXL115封隔器可用Y453-115永久式封隔代替，預計該工具成本約1.5萬元4.1.6現(xiàn)場實施方案Y221封隔器Y221封隔器圖4-5套管驗漏管柱滑套單根丈量并用蒸氣沖洗油管，油管必須平直無彎曲,絲扣清潔無損，用φ60800mm通徑規(guī)通過，不合格油管嚴禁下井。2、通井：下φ1181.8-2.0m（5-1/2"）或φ1501.8-2.0m（7"）通井規(guī)通井至井底；3、套管刮削、洗井：下5-1/2"（或7"）套管刮削器刮削至井底,下封隔器位置要反復刮削三次，用清水反循環(huán)洗井。4、套管驗漏①下入如圖4-5所示驗漏管柱，對油層以上套管驗漏；②坐封Y221封隔器；③套管憋壓20MPa,觀察壓力變化并作好詳細記錄。在30分鐘內,若壓降小于0.5MPa為合格；若壓降大于0.5MPa，則打開套管閘門，對油管驗漏，從油管投φ42mm鋼球，候沉40分鐘，憋油壓20MPa，觀察壓力變化并作好記錄，記錄完畢，憋油壓約25MPa打開投球滑套；④起出驗漏管柱。5、下永久式封隔器坐封管柱：下入永久式封隔器坐封管柱，并磁定位校深，根據(jù)校深結果調整管柱數(shù)據(jù)與設計位置相符，從油管依次蹩壓5、10、15、20MPa，各壓力點依次穩(wěn)壓5min，完成封隔器坐封；卸壓，上提油管7噸，從油管憋壓18至25MPa，完成封隔器丟手，起出坐封管柱。6、下入注水管柱并對永久式封隔器進行驗封圖4-6井口控制器安裝示意圖油管攜帶密封插管下井，將密封插管插入封隔器中，核實后，從套管依次蹩壓5、10、15、20、25MPa，根據(jù)溢流情況對永久式封隔器進行驗封，打開套管閘門，再從油管依次蹩壓5、10、15、20、25MPa，根據(jù)溢流情況對永久式封隔器進行驗封，座好井口。圖4-6井口控制器安裝示意圖7、井口控制器安裝步驟：①關閉配水間針型閥和采油樹上的注水閘門，卸下井口單流閥或磁性過濾器；②按圖4-6、圖4-7連接有關裝置和儀表；③焊接完畢，務必將管線內焊渣、飛濺物等清除干凈；封隔器圖4-7④封隔器圖4-7⑤試注1-2天后開始根據(jù)配注量要求進行配注。4.1.6現(xiàn)場應用實例“油套兩層分注技術”于2001年2月份在丘陵油田L412井取得成功試驗，該井上下兩段吸水壓差大，上段負壓吸水，下段吸水壓力10Mpa以上，采用常規(guī)分注管柱封隔器和配水器有效時間短。應用油套兩層分注技術后，油/套壓力：14/0Mpa，油/套配注量：20/60m3/d，實際油/套注入量：21.2/58該方案于2001年7月在丘陵油田L412井開展了現(xiàn)場試驗，試驗前因兩層段吸水壓差過大，應用常規(guī)分注管柱無法正常分注；試驗后油/套注水量：40/60m3該井要求油/套注水量20/60m3/d,目前實際油/套注水量21.2/58§4.2三管注水管柱工藝4.2.1目前三層分注管柱的特點吐哈目前注水方式開發(fā)油田的三層分注工藝，基本上都是采用常規(guī)的“以Y341為核心的三級三段偏心分層注水管柱”[42]，這種工藝存在以下優(yōu)點和缺點：1、優(yōu)點利用三級配水器對三個吸水層段的分別配注；最上一級封隔器可以避免油層以上套管注水過程中承受高壓，封隔器以上油套環(huán)空可以替入套管保護液防腐；封隔器具有反洗通道，能實現(xiàn)不動管柱反洗井作業(yè)；封隔器無卡瓦支撐，對套管損傷小，起到了一定的保護套管作用。2、缺點：出現(xiàn)一級水嘴堵死或撈不出來的情況時，則只能實現(xiàn)對其它層控制配注或者上修沖檢；目前對單層注水量的監(jiān)控措施如井下流量測試、投撈測試等費用較高或工作量較大；管柱受力不平衡，存在上頂力，管柱平均壽命只有1年；分注管柱完井時驗封困難，部分分注管柱沒有真正實現(xiàn)分層控制注水；當三層吸水壓力差過大時，會出現(xiàn)堵塞器撈不出，投不進的情況，甚至出現(xiàn)壓差過大造成封隔器反洗閥打開，造成兩層甚至三層合注的情況，達不到分注的目的。4.2.2三段分層注水技術方案根據(jù)油田存在的層間吸水壓差大，使用普通分注管柱無法實現(xiàn)三層分層注水的現(xiàn)狀我們提出了如下圖4-8的三段分層注水方案。圖4-8井下是以油管、空心抽油桿（或11/2″油管）、兩個Y341無反洗井通道封隔器（如果層間壓力太大，Y341封隔器會在壓力作用下自行解封時，用兩個永久式封隔器代替，其可承受的最大壓差達到50Mpa以上）、一個油管封隔器和一個油管注入短節(jié)組成的三段分層注水管柱：套管注上層；油管注中間層；空心抽油桿（或11/2″油管）注下層。利用無反洗井通道封隔器防止由于層間壓差大而造成的兩層串通；利用油管封隔器將油管與下層隔開，利用空心抽油桿（或11/2″油管）對底層進行注水。圖4-8井口安裝三套井口控制器，分別控制油套環(huán)空通道，空心抽油桿（或11/2″油管）和油管環(huán)空通道及空心抽油桿（或11/2″油管）通道的注入水量。1、優(yōu)點：①管柱具有承壓能力高、密封性能好、壽命長等特點；②可以實現(xiàn)層間壓差較大井的分層注水，防止層間串通；③利用三個通道分別控制注水，減小了注水過程中層間的相互干擾；④井口控制器操作方便、費用低，無需動用任何設備，一個操作工就可完成投撈、測試、配水、驗封等工作。2、缺點：①增加一口井的空心抽油桿（或11/2″油管），工具費用和作業(yè)費用、作業(yè)難度均較普通分注管柱大；②無法進行反洗井作業(yè)；③封隔器上部套管長期承受高壓，且會對套管造成一定程度的腐蝕，因此對注水水質要求較高，尤其是對含氧指標控制要求較高。4.2.3現(xiàn)場實施方案1、油管準備：單根丈量并用蒸氣沖洗油管和空心抽油桿（或11/2″油管），油管必須平直無彎曲,絲扣清潔無損，用φ60800mm通徑規(guī)通過，不合格油管嚴禁下井。2、通井：下φ1181.8-2.0m（5-1/2"）或φ1501.8-2.0m（7"）通井規(guī)通井至井底；3、套管刮削、洗井：下5-1/2"（或7"）套管刮削器刮削至井底,下封隔器位置要反復刮削三次，用清水反循環(huán)洗井。Y221封隔器Y221封隔器圖4-9套管驗漏管柱滑套①下入如圖4-9所示驗漏管柱，對油層以上套管驗漏；②坐封Y221封隔器；③套管憋壓20MPa,觀察壓力變化并作好詳細記錄。在30分鐘內,若壓降小于0.5MPa為合格；若壓降大于0.5MPa，則打開套管閘門，對油管驗漏，從油管投φ42mm鋼球，候沉40分鐘，憋油壓20MPa，觀察壓力變化并作好記錄，記錄完畢，憋油壓約25MPa打開投球滑套；④起出驗漏管柱。5、下Y341無反洗井通道封隔器坐封管柱：①根據(jù)油罐丈量結果配數(shù)據(jù)，保證封隔器實際坐封位置在設計坐封位置的±1m范圍內；②按右圖下入Y341無反洗井通道封隔器管柱，并校深封隔器位置與設計位置相符，座好井口油管注入部位；③從油管依次蹩壓5、10、15、20MPa，各壓力點依次穩(wěn)壓5min，完成封隔器坐封；④從油管投φ42mm鋼球，候沉40分鐘，憋油壓15MPa，觀察壓力變化并作好記錄，記錄完畢，憋油壓約20MPa打開投球滑套，連通油套下部環(huán)空；⑤下空心抽油桿（或11/2″油管）下部帶φ58mm接頭，將下推滑套推至油管封隔器位置，連通中間油套環(huán)空；⑥起出下推滑套管柱。6、下永久式封隔器坐封管柱：①下入最下一級永久式封隔器坐封管柱，并磁定位校深，根據(jù)校深結果調整管柱數(shù)據(jù)與設計位置相符；②從油管依次蹩壓5、10、15、20MPa，各壓力點依次穩(wěn)壓5min，完成封隔器坐封；③卸壓，上提油管7噸，從油管憋壓18至25MPa，完成封隔器丟手，起出坐封管柱；④下驗封管柱：油管攜帶密封插管下井，將密封插管插入封隔器中，核實后，從套管依次蹩壓5、10、15、20、25MPa，根據(jù)溢流情況對永久式封隔器進行驗封，打開套管閘門，再從油管依次蹩壓5、10、15、20、25MPa，根據(jù)溢流情況對永久式封隔器進行驗封；⑤起出驗封管柱；⑥根據(jù)兩個封隔器間的距離以及油管注入短節(jié)的位置，配好數(shù)據(jù)，按從下到上管柱結構：封隔器密封插管、油管、油管注入短節(jié)、油管、上一級封隔器、油管，將工具串連接好下入井內；⑦工具下到位核實后（封隔器密封插管完全插入最下一級封隔器內），從油管依次蹩壓5、10、15、20MPa，各壓力點依次穩(wěn)壓5min，完成上級封隔器坐封；⑧卸壓，上提油管7噸，從油管憋壓18至25MPa，完成封隔器丟手，起出坐封管柱；⑨下入注水油管柱并對上級永久式封隔器進行驗封：油管攜帶