注水井环空带压统计分析及治理改进方向

李 顺，贺启强，周大志，寸锡宏，任兆林，刘艳霞

（1.中国石化胜利油田分公司石油开发中心胜龙管理区，山东 东营 257000；2.中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东 东营 257000；3.中国石化胜利油田分公司海洋采油厂，山东 东营 257000）

目前，胜利油田已进入开发中后期，高含水问题十分突出，开发工艺要求节能、高效、低成本。水驱开发仍然是现阶段的主导工艺[1]，胜利油田共有水井1万余口，分层注水井数占5 000余口。

分层注水工艺主要借助分层注水工艺管柱实现，包括分层封隔器和若干配水器等。分层注水管柱受井下各层注入压力不同及反复洗井注水工况改变、温度变化等复合效应，封隔器胶筒密封性能随时间增长而呈现下降趋势。当封隔器胶筒密封出现泄漏，井下高压气体或者液体则上窜至井口套管，井口套压表则监测有套压数据显示。

通过对胜利油田某采油厂部分水井进行套压录取整理，分析了不同工艺管柱套压分布情况，对未来水井套压治理提供了技术指引，力求实现“零套压”生产。

1 统计结果

在统计的采油厂某区块单元共计82口水井，按照各井应用的工艺管柱（包括合注、测调一体化、同心双管）和封隔器类型（液控扩张式、液控压缩式，下文简称为扩张式、压缩式）分别进行了水井套压录取及数值统计分析，数据见表1和表2。

表1 带套压水井–工艺管柱类型统计 口

表2 带套压水井–封隔器类型统计 口

从表1可见，现有3种工艺工作中，一体化管柱带套压井比例最高，约为总一体化管柱井数的49%；其次是合注井，双管带套压井比例最小。表2表明，在所有注水井中，应用液控扩张式封隔器的井有30口，其中带套压井21口，占比70%；应用液控压缩式封隔器的井有52口，带套压井9口，占比17.3%。液控压缩式封隔器带套压井比例大幅少于液控扩张式封隔器带套压井。

2 原因分析[2-4]

对比该厂的水井套压分布情况，与各井应用的工艺管柱类型及封隔器密切相关，在油田开发进程中，伴随技术进步和改进，所采用的工艺有所变化，主要表现在环空封隔器的应用和封隔器类型由扩张封隔器转换为压缩式封隔器。

2.1 环空封隔器的应用

2010–2013年，分层注水管柱还未安装环空封隔器，2013之后，管柱配套开始安装环空封隔器。环空封隔器通常设置在距井口以下110～130 m的位置，环空封隔器坐封后，能够实现油套环空的有效分隔，将井底压力阻止在环空封隔器以下。

液控式环空封隔器包括洗井机构、坐封机构及解封机构等3部分，其中，洗井机构是通过洗井滑套和中心管发生相对移动，中心管上通孔与洗井滑套上通孔重合则洗井通道打开；反之，洗井通道关闭。坐封机构是通过地面液控管线打压，推动坐封活塞挤压胶筒，实现油套环空的密封隔离。液控式环空封隔器工作压差为30 MPa，满足各种井况应用需求；工作温度不超过120℃，适用于7in和9–5/8in套管井。

2.2 分层封隔器改进

扩张式封隔器，结构简单，广泛应用采油、注水等生产管柱。但是，在长期注水、洗井等工况交替，管柱容易蠕动，造成封隔器交替密封失效。压缩式封隔器坐封活塞轴向压缩胶筒，坐封更可靠，更适合井下长期工作。改进的压缩式封隔器，采用二级坐封活塞结构，能够以较小的坐封压力即可完成封隔器额定工作压力，实现封隔器可靠坐封。

3 改进方向 [5–6]

水井套压的形成是一个漫长的过程，要实现“零套压”生产目标，需要从两方面进行改进：一是工艺管柱本身，是内因，包括工具质量和工具管柱组配的优化、高质量的施工等因素。二是加强水井管理，是外因，对水井进行必要的维护管理，出现小问题及时反馈改进，减小后期处理难度。最后，结合新技术新材料的发展，创新推广新工艺，实现现有技术的改进也是有效途径。

3.1 工艺管柱优化

井下工具长期受高压高温影响，封隔器性能直接关系管柱工作有效性。因此，工具设计、加工、组装、验收、应用必须严格执行相应的操作规程，不合格品坚决杜绝入井。

井下管柱受井筒轨迹影响，工具串会发生弯曲变形。封隔器坐封后，管柱轴向受温度变化影响、洗井注水工况交替影响、注水压力波动变化等，均能发生管柱轴向拉伸或者压缩，导致封隔器发生蠕动变化，进而影响封隔器密封。因此，井下管柱设计时，还需要优化封隔器坐封位置，减小管柱发生蠕动，避免管柱发生正弦弯曲和螺旋弯曲。

在现场施工环节，技术人员要按照施工设计，严格执行，避免不合格产品入井，提高施工合格率，为井下管柱长期高效工作提供可靠保障。

3.2 加强水井管理

通常情况，水井管柱在工作期间，需要定期洗井，洗井完毕转入正常注水。现有封隔器需要进行泄压、完成封隔器解封，反洗滑套打压，开启反洗通道，即可实现正常反洗井。洗井结束，需要对洗井滑套进行泄压操作，然后对分层封隔器重新打压坐封，实现各注水层段有效密封。

现场统计发现，有一定数量分注井，在洗井后，洗井滑套没有及时泄压，处于长期开启状态，这样，注入压力经油套环空直接传递至井口，这是现场管理及维护的不足；此外，部分封隔器长期工作，需要及时补充控制压力，但现场采油工没有及时补压，井下封隔器在胶筒长期复杂工况下，出现压力松弛，密封效果下降，井底压力也会缓慢渗透至井口，这也是现场维护工作的不足。

3.3 创新推广新工艺

现有技术是在总结前期技术的基础上，经过现场应用取得有效验证的成果，目前，也呈现部分井例封隔器性能失效的不足，该工艺还有改进的空间。未来，还需要借鉴新材料新技术，改进封隔器工艺，或者替代现有液控封隔器分注工艺，实现井下管柱的低成本、长寿命、性能更可靠的分注工艺。

4 结论

分层注水管柱在长期工作中，受井下压力、温度影响，分层封隔器密封性能逐渐下降影响，导致环空出现套压，生产现场统计结果表明，带环空封隔器的工艺管柱，有效改善注水井工况；液控压缩式封隔器比液控扩张式封隔器的密封性能更好。

注水井管柱长效可靠是多因素复合作用的结果。近年来，环空封隔器的应用及封隔器改进，有效减少“带套压”水井数量，取得很好的成效。要实现“零套压”生产，需加强现有技术的工具和施工质量，加强水井的日常管理工作，进一步提高工艺技术水平，寻求新的更好工艺，解决现有技术的不足。