同心双管分注工艺研究与效果评价

孙湿冻　刘忠辉　耿仁华

摘 要：为解决采出水回注井腐蚀结垢导致测试遇阻频繁、测调费用逐年上升等问题，按照不同分注井类型、不同分注层数、不同注入介质分注井配套相适应分注工艺的思路，借鉴国内油田同心双管分注工艺应用经验，形成了同心双管分注工艺，初步实现采出水2层分注井由井下工具测调向地面数字测调的转变。

关键词：分层注水;同心双管

1 管柱结构及分注原理

1.1 管柱结构

同心双管分注工艺的管柱结构包括地面井口配注管线和井下同心分注管柱两部分。

同心双管分注井地面流程需从井口连接两条注水管线，一条为1.9″小油管内注水，1条为31/2″油管内注水，都是通过地面闸板阀控制水量，井口分别有各自流量计记录注水量。井筒采用31/2″外管和1.9″内管组成的双管结构，形成油套环空、双管环空、小油管内腔三个通道，通过地面阀门控制，形成双管环空和小油管两个注水通道，通过地面闸门控制，双管环空和小油管分别对两个注水层单独注水;测调方式为地面测调。带压作业采用“内管常压作业、外管带压作业”的思路，起钻作业时，停注上配水器自动关闭;上提内管时关闭密封工作筒的水嘴，实现内管常压起钻作业。同心双管分注井下管柱结构包括：

外管组成：密封工作筒，层间封隔器、上配水器、保护封隔器及31/2″钢制油管。

内管组成：插管和1.9″钢制油管。

1.2 分注原理

工作原理是指坐封、正常注水、日常作业和解封4个过程的机理。

1.2.1 坐封

通洗井至人工井底后按设计要求将封隔器（封隔器具有抗阻机构，在下井时遇阻不误坐封）、配水器随外层油管下入预定位置，再将插管连接到内层油管上下入预定位置， 然后进行座封，将两管环空小排量注水（排量控制在每小时6-9方）打压，当压力达到5MPa、7MPa时，分别稳压5min，此时封隔器座封完成，继续打压至10MPa，将同心双管注水上配注阀定压活塞打开。小油管内打压6-8MPa，将下层注水通道打开。安装井口及地面管线的连接后进行验封。注水过程中的验封：①插管密封圈验封：小油管（下层）正常注水，关闭两管环空（停注上层）后，两管环空放空（压降不超过2MPa），观察环空压力变化，若环空压力随内管压力变化，说明层间插管密封圈失效;②套保封隔器验封：双管环空（上层）和小油管（下层）正常注水，套管放空，观察双管环空压力变化，若双管环空压力（上层）随套管压力变化，说明套保封隔器失效。

井口各接口通过卡箍与注水管线相连，然后在配水间通过法兰连接稳流阀组和进水管线，实现地面与井下的连接，试压合格后进行开注。

1.2.2 正常注水

当插管插入后，下层配水器打开，注水井开注时、地面上排管线通过内油管注下层，地面下排管线通过内外层环形通道注上层，因为有地层压力的影响，为了保证计量的准确和仪表的合理使用，在注水井投注前，应先冲洗地面管线，然后开启地面注水管汇闸门。注水时，通过控制地面管汇闸门或井口智能流量计调配分层注水量。

1.2.3 日常作业

为了改善吸水性能、有时需要对分层进行挤活性剂、挤高压水消欠等强化作业，这时可卸下注水井口一侧的丝堵，连接作业管线，进行单层施工。为了延长管柱的使用寿命，维持胶简的密封，单层作业压力要小于25.0MPa，层间压差值不得超过15MPa。按照鲁宾斯基的管柱受力弯曲理论，当油管压力高于套管压力时、封隔器上部管柱会在套管压差作用下产生螺旋弯曲。如果套管压力大于油管压力，就可以避免出现这种情况，因此在上下层进行强化作业时，要分别在油管外环空和内环空打平衡压力，来消除螺旋弯曲应力的影响。

洗井：封隔器设计有反洗通道，洗井液自油套环空下行，从封隔器反洗通道流经射孔段，从插管连通器出水口进入内油管再返至地面。

1.2.4 解封

下入油管堵塞器，提出内层油管、上提外层油管对封隔器进行解封，封隔器各零件均采取了表面镀镍磷防腐处理，实行分级解封，封隔器内部设有分级解封机构，在多级使用时，上级封隔器先解封，再进行下级封隔器解封，解封时解封力不累加，保证封隔器解封容易，解封力小。封隔器内部设有平衡机构，在抗压差时平衡对解封销钉的作用力，这样，在保证封隔器的工作压力的同时，可将封隔器的解封力减小，保证封隔器解封容易。

2 管柱特点

同心双管分层注水管柱具有以下特点：①两级封隔器封隔地层，使2层注水通路相互独立而互不干扰，因此无论是分层注水还是对单层进行强化作业，都可灵活进行;②采用悬挂式无锚定配套管柱，因此不需像支撑式封隔器要加压加重、由于内层管柱的松弛力较大。两级封隔器的胶简与套管之间的摩擦力也较高，当最大压力控制在25MPa以内，层间压差值控制在15MPa以内，外油管的纵向窜动则被约束，从而使注水压力引起的管柱螺旋弯曲效应降低;③注水封隔器是采用静液压坐封原理工作的、受油套压力影响的上下两级活塞在注水过程中始终在液柱压力作用下压缩胶筒（井越深，注水压力越高、此压力也越大），借此压力的作用可以消除胶管应力松驰对对隔器密封性能的影响。同时，由于解封滑套的作用使封隔器在上提过程中能保持释放状态;④封隔器具有防阻装置、可以防止工具在下井的过程中由于静液压作用产生中途坐封现象;⑤封隔器解封机构处在与工作流体隔绝的状态下，可以在流体物性较为恶劣的条件下工作，解封较灵活、可靠;⑥有关封隔器最低坐封载荷的确定、封隔器启动压力的计算以及插管密封条件的确定等，可经过严格的理论计算和地面试验，以确保井下管柱工作可靠。

3 现场使用效果分析

采油六厂已在6口井中下入同心双管分注管柱，现场试验使用效果较好。

3.1 封隔器密封效果好

根据6口井封隔器坐封后试压资料表明封隔器密封状况良好，試压时，采用从内外油管环空打压的方式进行座封，泵压为水泥车压力，通过现场验封，封隔器座封效果良好。

3.2 地面配注合格率高

由于分层配注量是在地面调整的，就避免了单管多级井下配注时按季度调配的弊病，因此同心双管分注具有操作简单、资料可靠、调整及时的优点，分层注水合格率有明显的提高，而且分层注水数据更加真实。

3.3 经济效益好

6口注水井实施同心双管分注前都是使用桥式同心配水器分注，每季度都需要进行调配1次，每口井调配费用1.26万元/井次，6口井每年调配费用高达30.24万元（见表三）。使用同心双管后不需要进行调配，年节约调配费用30.24万元。由于能在地面实时监控、调整配注，不仅降低了测试测调费用，而且减少了调配遇阻的风险，延长了检串周期。

从费用对比分析来看，尽管同心双管分注一次性投入较多，但由于分层注水合格率高，调配费用、井下作业费用明显降低等因素，从长远来看在经济上还是划算的。

4 结论与认识

①该工艺将传统的井下测调改为地面实时调配，避免了井下测调遇阻风险，提高了测调效率。按照常规分注井每年测调4次要求计算，每年可节约测调费用5万元/口;②该工艺有效实现小层注水量实时监控与调配，解决了常规分注井小层水量无法监控、测调失效快的问题，保证小层注水精细调控;③该工艺无法测试吸水剖面，虽然可以缓解层间矛盾，但层内吸水状况不明，建议继续开展该工艺吸水剖面测试技术攻关。

参考文献：

[1]聂申健，王凛.作业调配井投捞调配研究[J].内蒙古石油化工，2014，17：155-156.

[2]祝松荣.同心双管分层注水工艺[J].江汉石油学院学报，1989，11（1）：40-49.