高压注水管柱失效分析及管柱改进

袁晖

摘要：XX厂高压注水井50口（压力≥15MPa），因封隔器失效造成油套平衡井41口，占高压注水82%，封隔器密封平均有效期为79天。高压注水封隔器密封有效期短限制了油藏水驱开发效果的进一步提高。由于常规分层注水技术无法满足油藏高压注水井的分注要求，大部分注水井只能采用笼统注水，储层纵向动用不均，严重影响了油藏注水效果的进一步提高。为改善油藏水驱开发效果，开展了双向锚定高压注水管柱工艺技术研究与试验，通过研制Y445双卡瓦封隔器，应用于高压笼统注水井，实现了管柱有效密封，为下步高压分注实现有效注水开发提供了宝贵的经验和价值。

关键词：双卡瓦;双向锚定;高压注水;有效密封

1.前言

经过几年努力，虽解决了一部分井口注水压力在20MPa左右的注水井注水的问题，但大多数注水管柱有效期短，我们分析了现有的高压注水管柱及注水状况，高压注水管柱有效期短原因为：

（1）管柱在下入、坐封、洗井、注入和停注等受力状态不清，造成管柱结构设计不合理，致使管柱蠕动，导致封隔器失效的原因主要是由活塞效应、鼓胀效应、温度效应而引起的。

（2）注水封隔器洗井阀关闭不严，导致封隔器漏失;

（3）封隔器密封件不合格，不满足高压分注需求。

2. 原有高压注水管柱失效分析

2.1计算条件：

（1）套管参数外139.7mm，  壁厚9.17mm

（2）油管参数为外径73mm，内径62mm

（2）注水压力26.3MPa，

（4）注入流量30m³/d，

（5）注入温度29℃

（6）保护封隔器下深2600m

（7）地温梯度为3℃/100m

（8）地表平均温度为15℃

2.2计算结果：

（1）鼓胀效应产生的力F1为4.6吨（方向向上）

（2）管柱长度的变化ΔL1为0.51米（管柱缩短）。

（3）温度效应产生的力F2为4.2吨（方向向上）。

（4）管柱长度的变化ΔL2为0.45米（管柱缩短）。

（5）活塞效应产生的力F3为32.4吨（方向向上）。

合力：F1+F2+F3=4.6+4.2+32.4=41.2吨（方向向上）。

管柱变形量：L1+L2=0.51+0.45=0.96米（管柱缩短）。

2.3管柱受力失效原因分析

（1）原有管柱无补偿器用水力锚锚定，经计算水力锚的锚定力大概为39.4吨左右，因此管柱可能会失效。而一般水力锚的锚爪方向是单向朝上的，只能承受单向的力，再有洗井时，水力锚的锚爪收回，整个管柱的作用力在节流压差的作用下，力得方向是向下的。导致水力锚失效，管柱蠕动失效。

（2）原有管柱无补偿器用液压锚定器锚定，由于锚定器为上提解封，而在温度效应和鼓胀效应的作用下有8.8吨向上的力，可能会引起锚定器解封导致管柱失效。

2.4管柱由于密封件失效不密封分析：

（1）密封件

材质：原有的密封件一般采用丁腈橡胶，而丁腈橡胶的极限耐温为90℃～120℃，而在这个温度下密封时限很短，密封压力也不会很高。

结构：原有的筒状胶筒加隔环的结构。在一定温度下密封压力不会很高

（2）反洗阀

一般是单纯的橡胶密封或者金属线密封。密封不可靠

3. 选用高压注水管柱介绍

3.1管柱的设计

针对常规分层注水技术无法满足油藏高压注水井的分注要求的实际，开展高压笼统管柱工艺试验，在笼统注水试验成功的基础上再开展分层注水。

高压笼统管柱设计：验漏球座+补偿器+双卡瓦封隔器+单流配水器+沉砂球座。

技术改进：

（1）双向锚定，避免高压状态下管柱蠕动;

（2）补偿器补偿注水或停注时上部管柱的伸长或者缩短对下部管柱影响。

（3）验漏球座在后期检管作业时检验管柱密封状况。

（4）封隔器密封件使用组合胶筒，优化了胶筒结构和形状，并采用独特的护肩保护，承压高，具有较好的承压性及稳定性。

（5）考虑工具结垢问题，选用超级不锈钢作为主要材料

3.2管柱优化

针对配水器+沉砂球座的组合需打压21MPa以上压力座封，座封压力偏大的情况，采用沉砂球座+筛管+丝堵的组合（座封压力<17MPa）代替，既保持了管柱稳定性，又降低了座封压力高的风险。

优化管柱设计：验漏球座+补偿器+双卡瓦封隔器+沉砂球座+筛管+丝堵。

4.现场应用情况

针对高压注水封隔器密封有效期短的问题，2018年通过对高压封隔器进行改进及现场应用（Y445-114双向锚定封隔器），并优化注水管柱设计，试验高压笼统注水管柱工艺2井次，最高注水压力达到了23.5MPa，目前平均有效运行514d ，套压为0，措施效果良好。

5.结论与认识

（1）研究应用的Y445-114双卡瓦注水封隔器最高耐压差能力在20MPa以上， 能有效防止高压注水时管柱蠕动的问题，并且能实现管柱下井即可注水，管柱密封有效期可达1年以上;满足了油藏高压注水的需求;

（2）目前形成的Y445雙向锚定注水管柱工艺已成功应用于高压笼统注水井，能满足低渗油藏高压注水井的需求，为下步高压分层注水应用提供技术支持，对改善低渗透油藏储层动用程度、提高油藏整体水驱开发效果具有十分重要的意义。

参考文献

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