出砂井分注管柱研究及應用

李鵬輝，張　鵬，單慧玲，朱　林

(1.中國石油吐哈油田分公司 工程技術研究院，新疆 鄯善 838202；2.中國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用

李鵬輝1，張鵬1，單慧玲2，朱林2

(1.中國石油吐哈油田分公司 工程技術研究院，新疆 鄯善 838202；2.中國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，影響正常洗井作業和測試調配，甚至導致管柱沖檢失敗，造成大修；地層出砂后套管外地應力平衡狀態被破壞，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；且適應一般及微變形井的分注，擴大了管柱的適用范圍，延長了有效期。研制了2種?105 mm小直徑分注工具，承壓能力達到35 MPa，滿足一般及輕微套變井高壓分注需求，現場應用取得良好效果。

出砂井；分注；封隔器；工具

吐哈油田已進入高含水注水開發期，疏松質砂巖地層長期受注入水沖刷的影響，膠結程度不斷減弱，造成地層出砂。當地層砂進入到井內后，容易進到封隔器的坐封腔內，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。地層砂進入到油套環空后，很容易沉積在封隔器膠筒上端或者沉積在井底砂埋凡爾，造成管柱解封負荷增加，甚至會導致管柱沖檢失敗，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越大，到一定程度會導致突發性的地層坍塌，套管受坍塌地層砂巖團塊的撞擊和地層應力變化的作用而失去平衡，產生變形造成損壞[4]。吐哈油田雁木西區塊因出砂而導致套變的井多達20多口，嚴重影響注水開發作業。

針對出砂井分注困難及套變問題，開展了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，推動了油田出砂井精細注水開發的發展。

1　管柱結構及工作原理

1.1管柱結構

目前，吐哈油田出砂井大部分采用兩層分注。統計套變井套變位置發現，80%套變井套變位置在射孔層內或者射孔層段之間，因此確定管柱結構為二級分注管柱，上部采用常規Y341型封隔器和常規橋式偏心配水器，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，自上而下結構依次為：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；通過測調儀打開橋式偏心配水器水嘴注水。注水時，K344型封隔器通過偏心配水器水嘴產生的節流壓差保證坐封狀態；需要洗井時，從套管加壓，K344型封隔器膠筒自動回收，封隔器解封，防止地層出砂長時間沉積在膠筒上端而造成后期起管困難；解封時，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，最終實現整體管柱的順利解封。

1.3管柱特點

1)上提解封管柱前，K344型封隔器已經解封，將整體管柱解封力減小1倍。

2)停注或者投撈時，上部Y341型封隔器不解封，防止套管出現套壓。

圖1　Y341型+K344型組合分注管柱示意

3)洗井時，K344型封隔器膠筒回收，洗井通道由封隔器內部改為管柱外部，洗井通道由4 mm增大至8 mm，實現了大通道洗井。

4)增加兩級安全丟手接頭，降低后期解封困難的風險。

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

6)可根據實際井況，將水力循環閥設計在離井底足夠遠的位置，防止井筒沉砂砂埋循環閥。

1.4技術參數(如表1)

表1　出砂井分注管柱技術參數

2　小直徑工具及性能參數

出砂井極易引起套管發生變形，導致常規?115 mm工具無法通過套變段，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，工具外徑由常規的?115 mm減小到?105 mm，承壓能力達35 MPa，滿足輕微套變井的分注需求。

2.1K344-105型封隔器

2.1.1結構

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

1—上接頭；2—浮動頭；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，從油管加壓，當封隔器內外壓差達到0.5 MPa時，膠筒開始擴張，當壓差為10 MPa時，密封接觸長度達到最大，封隔器坐封完成[5]。注水過程中，封隔器依靠水嘴產生的節流壓差保持坐封狀態。

2.1.3技術特點

1)丁晴橡膠膠筒經過氫化處理，提高了膠筒的承壓能力。

2)優選耐高溫、收縮可靠的鋼絲簾線膨脹式膠筒，承壓能力高，可實現多次重復坐封。

3)膠筒與接箍之間采用階梯式連接，且經過硫化處理，增加了膠結強度，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)膠筒座采用浮動式設計，減少了膠筒端部的應力集中。

2.1.4技術參數(如表2)

表2　K344-105型封隔器技術參數

2.2KPX-105型橋式偏心配水器

2.2.1結構

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

1—上接頭；2—導向槽；3—閥座；4—堵塞器；5—導向塊座；6—導向塊；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，通過兩組密封圈封住偏孔出液槽，注入水經水嘴節流后，通過工作筒主體的偏孔進入油、套管環形空間，然后注入地層。

2.2.3技術特點

1)管柱設有橋式通道，進行測試作業時不影響注水。

2)最小通徑與常規偏心配水器一致，保證投撈、測試作業不受影響。

3)加強本體連接處厚度，保證配水器具有較好的承壓能力。

4)堵塞器投撈負荷小，成功率高。

2.2.4技術參數(如表3)。

表3　KPX-105型橋式偏心配水器技術參數

3　現場應用

Y341型+K344型組合分注管柱累計應用33井次，主要應用在雁木西、神泉、玉果區塊。截止到2016-01-25，最長有效期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口井因發生套變采用了小直徑分注工具。截止2016-01-25，最長有效期達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，實施分注成為該井的一個難題，致使2006―2014年采用單注或合注。同時，該井經過多次的施工作業，加上出砂嚴重，出現套變，?115 mm通井規無法通過，常規分注工具無法使用。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。該井實施分注后，效果顯著。2015-03，為進行化學防砂起管，正常解封，管柱有效期達311 d，較以前的平均有效期185 d有很大提高。實施分注后效果如表4。

表4　雁6井分注效果統計

4　結論

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，節約了大修套管作業成本，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用[J].石油地質與工程，2011，25(5)：124-126.

[2]陳世明.雁木西油田防砂工藝研究及應用[D].荊州：長江大學，2012.

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

[4]趙洪山.稠油熱采井套管柱損壞機理及預防措施研究[D].東營：中國石油大學，2007.

[5]程心平.擴張式封隔器膠筒參數優選[J].石油機械，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計研究，E-mail：278411638@qq.com。

TE931.2

Bdoi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.10.018