海上油田反洗井封隔器工具设计

2021-11-25张磊

石油矿场机械 2021年6期

张磊

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300450)

随着注水井数量及单井配注量不断增加，长期注水开发使污垢、有机沉积、腐蚀物质、杂质等堆积、堵塞注水管柱以及注入地层，使注水压力上升、注水量下降，严重影响到注水效果。陆地油田分层注水技术发展较早，可反洗封隔器洗井是陆地油田注水井洗井的常规方式，在大庆、胜利和长庆等油田广泛应用。洗井功能主要通过反洗封隔器建立洗井通道，实现油套环空和油管内洗井；对于有些深井、高压注水井等特殊井况，会增加管柱锚定工具[1-3]。

由于海上油田反洗井排量要求高，套管尺寸大，陆地油田反洗井封隔器工艺无法直接应用于海上油田。主要原因是：现有反洗工具反洗通道小、易堵塞；陆地油田洗井封隔器主要针对139.7 mm套管，少见针对177.8 mm和244.5 mm套管的可洗井封隔器，而海上油田主要以177.8 mm和244.5 mm套管为主[4-5]。

为解决现有封隔器洗井工艺无法直接应用于海上油田的问题，本文从结构尺寸、密封可靠性、增大反洗排量等方面进行优化，设计了海上油田封隔器洗井工艺管柱，并对全部工具进行了优化设计。

1 海上油田反洗井封隔器工艺管柱组成

海上油田反洗井封隔器工艺管柱如图1所示。

整个管柱主要由以下部分组成：

1) 顶部锚定器。与洗井隔离封隔器配合构成顶部封隔器，防止管柱蠕动，延长管柱寿命。

2) 洗井隔离封隔器。正常注水时分隔注水层位，当套压大于油压时，反洗通道打开。

3) 反洗工作筒。每个工作筒对应一个层位。

4) 底部支撑锚。防止管柱蠕动，延长管柱寿命。

5) 反洗单流阀。注水时为底部死堵，反洗井时提供洗井通道。

图1 反洗井封隔器工艺管柱

正常注水时，油压大于套压，反洗井封隔器工具弹簧处于伸长状态，反洗通道关闭，正常分层注水。反洗井时，套压大于油压，反洗井封隔器工具弹簧处于压缩状态，反洗通道打开，完成反洗井。

2 注水反洗工具改进设计

海上油田反洗工具面临的主要问题包括密封可靠性、管柱起放安全性、洗井通道过液能力、堵塞风险等。本文通过优化反洗工具的结构，强化洗井阀密封性能，增大工具防冲蚀能力等方面对洗井隔离封隔器、顶部锚定器、反洗工作筒、反洗单流阀等工具进行优化和改进设计。

2.1 洗井隔离封隔器

设计的洗井隔离封隔器结构如图2所示。

图2 洗井隔离封隔器

洗井隔离封隔器结构上主要包括坐封部分、解封部分、洗井部分和密封部分，与现有洗井封隔器相比，主要有2个创新设计：

1) 双活塞坐封，增大层间耐压，增加坐封可靠性。

2) 动密封采用BASEAL密封，专为轴向动密封设计，增大洗井阀开关次数，耐温超过170 ℃。

设计的洗井隔离封隔器技术参数如表2所示。

表2 洗井隔离封隔器技术参数

2.2 顶部锚定器

顶部锚定器的改进设计主要体现在4个方面：

1) 满足大排量的过流要求，适用于洗井条件。

2) 内径尽量大，外径尽量小。

3) 计算卡瓦坐封行程，保证充分坐封。

4) 卡瓦表面渗氮处理，增强硬度。

设计的顶部锚定器如图3所示，主要包括上接头、坐封活塞、卡瓦、下接头等。

图3 顶部锚定器结构示意

顶部锚定器坐封时，将顶部锚定器与注水管柱连接，下入井下至预定深度。油管内加压8 MPa时，剪断坐封剪钉。剪钉剪断后，坐封活塞运动，压缩卡瓦，密封油、套管环空。解封时，上提油管柱，剪断解封剪钉，即可解封起出。

2.3 反洗工作筒

现有注水工作筒在反洗井时，不能自动关闭出水口，导致洗井液通过测调工作筒水嘴进入油管，无法清洗井筒底部。本文对注水工作筒进行改进，通过增加防反吐机构和防冲蚀挡圈，解决了以前洗井时不能自动关闭水嘴的难题，让洗井液贯穿所有注水层段，可有效提高注水井洗井质量，并减少洗井液流动对工具密封造成的冲蚀[6-9]。

改进后的反洗工作筒在注水时，在油管内/外压力作用下，打开反洗阀；在反洗的过程中，水嘴外侧挡圈关闭，反洗液由最下方单流阀进入油管内。增加出水口密封保护。改进后的反洗工作筒如图4所示。