海上油田注水井防砂反洗井一體化工藝管柱設計應用

【摘 要】針對當前海上油田智能測調工藝防砂和反洗井的問題，本項目設計研發一套具有防砂、反洗井、分層注水一體的多功能管柱，在NB35-2-A5S1井作業中成功應用，具有指導現場作業的實際意義。

【關鍵詞】海上油田;注水井;防砂;反洗井;一體化;工藝管柱;設計

隨著海上油田開發的深入，注水井出砂井次日益增多，出砂不僅影響油田產量，造成設備損壞，嚴重者還會導致注水井大修作業。渤海油田注水井出砂治理主要是大修再完井作業，該類作業先對出砂注水井進行大修作業，清理井筒沉砂，然后打撈篩管，下入新的防砂完井管柱，最后下入分注管柱進行分層注水。出砂注水井重新防砂完井后雖然能恢復正常注水，但地層出砂大修再完井作業周期長，作業費用高，不利于油田降本增效。

1、海上油田出砂原因分析

1.1地質因素

海上油田地質條件復雜，壓實程度差，油層膠結疏松，膠結物以泥質為主，泥質細粉砂含量高。油層注水后，不斷地沖洗巖石的膠結物，部分膠結物被溶解，巖石強度降低，增加了地應力對巖石顆粒的擠壓作用，擾亂了顆粒間的膠結，就容易遭到破壞而出砂。注入水通過與油層的礦物成分發生物理、化學反應，同樣使油層巖結構骨架破碎，也會影響出砂程度。

1.2開采因素

隨著注水開發時間的延長，層與層之間存在著壓力差，生產壓差越大，采液強度越高，流經油層孔隙中的流體流速越大，對地層結構的破壞作用越強，油層的出砂程度也就越嚴重。

油層間的壓力差的存在可能導致油層套管破裂，同時由于多次修井作業及長期浸泡腐蝕，導致這種現象日益加劇。油層套管破裂后，地層砂大量溢出埋住油層而注不進水。油層套管破裂通常有油層上部套管破裂，以及注水層段發生油層套管破裂兩種情況。注水井多是油井轉注，在經歷了防砂開采后，油層骨架遭到破壞，又經歷長時間的沖刷，油層出砂嚴重，導致油層套管破裂，油層套管破裂使出砂更加難以治理，嚴重影響了注水井的正常生產。

當外部壓力大于注水啟動壓力時，地層開始吸水，而外部壓力突然下降（在現場生產過程中發生注水泵停泵或是地面注水管線突然穿孔，造成注水壓力突然下降，在壓差突然建立時，造成油層出砂。在同樣壓差下，以突然方式建立壓差和以緩慢方式建立壓差，二者在井壁附近油層中造成的壓力梯度不同。

1.3防砂工藝因素

對疏松油層采取有效的防砂工藝降低油層出砂是減小設備損壞，延長作業周期的重要方式。在海上作業中發現，雙層繞絲篩管、金屬氈、金屬棉防砂管介質加工質量不穩定，下井易擠壓變形，抗水流沖擊能力差，易刺破濾層，在實際應用中防砂效果差。割縫篩管整體強度相對較高，油流滲流面積大，孔隙度高，對于一般的出砂井來說防砂效果較好。

2、防砂防反吐一體化分注工藝

2.1工藝特點與原理

防砂防反吐一體化分注工藝是由防返吐工作筒與頂部封隔器及隔離封隔器配合，達到分注效果。

工藝特點：一趟管柱解決防砂、注水多重問題，縮短作業工期，節約作業費用。利用油管內打壓，可以實現封隔器和水力卡瓦的一次打壓全部座封。上提解封，上提首先解封頂部封隔器，頂封解封后上提一次解封隔離封隔器和水力卡瓦。該工藝技術在南海油田、印尼油田均已成功應用，技術穩定性高。

工作原理：分層。油管內打壓到一定壓力使封隔器座封，分注管柱利用封隔器進行分層。注水。每個配水器工作筒對應一個注水層段，配水器工作筒具有防反吐功能，有效阻止地層砂進入井筒。錨定。頂部封隔器有雙向卡瓦，水力卡瓦有單向卡瓦，雙重保障因注水時管柱蠕動帶來的影響。解封。上提管柱，封隔器逐級解封，水力卡瓦收回。

2.2現場實際應用設計

防砂反洗井一體化分注工藝由封隔器與同心測調工作筒配合，達到防砂反洗井的效果。

工藝特點：一趟管柱解決防砂、洗井、注水多重問題，縮短作業工期，節約作業費用。可洗井封隔器在反向注水達到一定壓力時解封，利用封隔器和套管環空建立洗井通道，洗井通道大。封隔器具有自鎖機構，停注不解封，有效防止竄層。該工藝技術在勝利油田已規模應用，技術穩定性高。

工作原理：分層。油管內打壓到一定壓力使封隔器座封，分注管柱利用封隔器進行分層。注水。每個配水器工作筒對應一個注水層段，配水器工作筒具有防反吐功能，有效阻止地層砂進入井筒。洗井。封隔器在反向注水達到一定壓力時解封，與沉砂單流閥一起形成反洗通道。解封。上提管柱，封隔器逐級解封，水力卡瓦收回。

海上油田注水井，應加強出砂井管理機制，同時采用合理的防砂方式，達到降低生產壓差，提高擋砂強度，滿足海上高速強采的防砂需要。

（1）出砂情況嚴重直井和井斜小于60°的定向井，推薦采用自提升工藝與可驗封式防返吐配水工藝配合。但是平臺需要專門安裝地面控制裝置，測試作業采用鋼絲投送工具，作業時間長。

（2）井斜小于60°的定向井，推薦采用同心測調分層注水工藝。該工藝相對電纜永置測調分注工藝成本較低，節省測試作業時間。

（3）井斜大于60°的大斜度井和水平井，推薦采用電纜永置測調分層注水工藝，成本高

（4）設計管柱無需下入篩管，直接采用注水管柱直接與封隔器相連的方式，由下至上：單流閥+油管及短節+配水器工作筒+油管及短節+可反洗井封隔器+油管及短節+配水器工作筒+油管及短節+可反洗井封隔器+油管及短節+配水器工作筒+油管及短節+可反洗井定位密封總成+油管及短節+滑套總成+油管及短節+安全閥總成+油管及短節+油管掛。

井下管柱結構更簡單，節約費用，普遍適用于海上油田7″、9-5/8″或者其他尺寸的套管完井方式。

3、防砂注水一體化工藝管柱現場應用

結合防砂注水一體化工藝管柱的特點，在渤海油田選擇南堡35-2-A5S1井和綏中36-1-B2井，進行應用。

根據井特點，編寫工藝方案，形成管柱結構，有下至上：單流閥+油管及短節+防反吐同心測調工作筒3#+油管及短節+可反洗井封隔器+油管及短節+防反吐同心測調工作筒2#+油管及短節+可反洗井封隔器+油管及短節+防反吐同心測調工作筒1#+油管及短節+可反洗井定位密封總成+油管及短節+滑套總成+油管及短節+安全閥總成+油管及短節+油管掛。

4、結論與認識

“海上油田注水井防砂反洗井一體化工藝管柱研究”項目針對當前海上油田在注水井普遍存在出砂問題，通過調研注水井出砂機理及防砂工藝的調研，對比常用的幾種注水井分注工藝，優化設計了配套的防砂同心測調分注工作筒和可洗井封隔器，進而設計一種具有可反洗及防卡功能的分注工藝管柱，降低管柱砂埋風險，提高大修作業時效，節約油田生產成本，解決當前海上油田注水井出砂造成的問題。為平臺注水井后續管理提供理論參考和技術支持，具有指導現場作業的實際意義，防砂分注一體化技術的研究成果，注水管柱結構簡單，減低大修作業時效，具有創新性，充分顯示了其潛在的經濟效益，可大力推廣。

作者簡介：王柳（1982—），男，工程師，從事油田開發技術工作。