注水防砂管柱

注水防砂管柱是指由防砂工藝管柱和分層注水工藝管柱組成，既具注水又兼防砂和層間分隔作用的一種管柱。

基本介紹

• 中文名：注水防砂管柱
• 外文名：Water injection sand control string
• 作用：注水、防砂
• 學科：石油工程
• 特點：結構簡單
• 組成：Y445 封隔器、防砂管、注水閥等

研究背景

根據管柱是否可以洗井, 將該管柱分為不可洗井封閉注水工藝和可洗井注水工藝, 二者管柱結構及工作原理基本相同。

根據注水井的出砂原因可知, 要防止注水井出砂, 關鍵是在注水過程中減少或防止地層水的反吐。由於化學防砂施工複雜、成本高, 效果不好和壽命較短, 因此研究採用了承壓高、防砂效果好、作業簡單, 成本低, 能滿足現有注水水質條件要求的注水井井筒內機械分層防砂工藝技術: 利用金屬氈防砂管進行管內擋砂, 與封隔器、注水閥等配套工具實現分層防砂和分層注水的功能, 利用不洗井封閉注水工藝使相鄰封隔器之間形成封閉的空間, 防止地層吐砂。

管柱結構

該套技術管柱由防砂工藝管柱和分層注水工藝管柱組成，如圖1所示。

圖1

防砂管柱設計採用了金屬氈防砂管進行注水先期機械防砂。管柱主要由Y445 封隔器、金屬氈防砂管、注水閥、Y341FS 封隔器、安全接頭、Y441 封隔器、底部球閥等部件組成。其中Y445 封隔器主要用來懸掛管柱, 並實現無套壓注水; Y341FS 封隔器主要用來分層; Y441 封隔器用來支撐管柱和分層; 金屬氈防砂管實現管內防砂。注水閥用來實現封閉注水; 安全接頭起安全起出管柱作用。分層注水工藝管柱主要由皮碗封隔器、HFZ 配水器、水力錨、補償器、安全閥、洗井閥、扶正器和Y341 可洗井封隔器等部件組成。皮碗封隔器在分注三層時用來分層(分兩層時不需要) , HFZ 配水器為一整體綜合配水器, 具有扶正、封隔分層、反洗等功能, 便於生產測試, 調配。

配水芯子為一整體, 採用空心活動式, 可一次性完成投撈、測試和調配, 與防砂管柱組合可實現分3 層注水, 同時還能滿足調配時反洗井液力助撈和液力投撈的要求。水力錨用來固定注水管柱。補償器用來補償油管因溫度效應和壓力效應引起的管柱長度伸縮變化, 與水力錨配合可防止管柱蠕動, 延長注水管柱使用壽命。安全閥用於緊急情況下實現快速關井。Y341 封隔器主要用於注水時保護油層以上套管, 實現無套壓注水, 洗井時提供洗井通道。反洗閥主要用來液力投撈和清洗井筒, 保證測試調配的順利進行。

工作原理

包括坐封、注水、洗井、解封起管柱及測試和調配。坐封: 防砂工藝管柱按設計要求一次下井後, 從油管內打壓, 高壓液體通過油管傳到井下, 通過各封隔器相應的坐封傳壓孔實現各級封隔器的同時坐封。與此同時高壓液體關閉底部球閥並作用於安全接頭, 釋放其控制活塞, 當壓力達到15 MPa 時穩壓5 min 後坐封完畢。坐封結束後, 可繼續升高壓力達到25 MPa 實現丟手。丟手後起出坐封管柱, 井內留下的就是完井後的防砂工藝管柱。防砂工藝管柱完成後, 按設計要求下入分層注水管柱, 在HFZ 綜合式配水器插入防砂管後, 下放管柱使補償器閉合, 坐好井口, 從井口投入配水芯子和坐封工具, 再從油管內打壓使Y341 封隔器坐封。然後在井口裝好捕捉器, 從油套環空打壓, 進行反洗井, 利用液力撈出坐封工具後, 即可正常注水。

注水: 注入水從油管進入HFZ 配水器, 經過水嘴的分配進入防砂管柱, 上層水進入注水閥後通過防砂管進入上層; 中層水經過HFZ 配水器的尾管與防砂管組成的環行空間進入注水閥後通過防砂管進入中層; 下層水經過HFZ 配水器的尾管進入下層的注水閥後通過防砂管進入下層。在停注過程中, 當注水層內的高壓水層反吐出砂時, 防砂管和注水閥共同組成防止地層返吐的機構, 防止砂子進入井筒, 並且防砂管的環壁夾層結構即使在砂埋地層時也能保證注入水均勻注入地層, 減小注水壓力, 從而延長防砂的有效期, 同時該管柱還能實現不壓井作業和安全閥的作用。

洗井: 從油套環空打壓, 高壓水從油套環空下行, 到達Y341 封隔器以後, 打開其洗井活塞, 通過洗井通道下行至配水器後, 由於密封段的作用, 水不能下行, 從而作用於HFZ 綜合式配水器以上的反洗開關上, 打開反洗開關進入注水管內, 通過油管返出地面。洗井完畢, 套管泄壓後洗井開關自動關閉, 即可恢復正常注水。

解封起管柱: 當需要解封起出管柱時, 上提管柱解封Y341 封隔器後, 就可順利起出注水管柱。然後下入滑塊撈錨, 將撈錨下至Y445 封隔器的位置, 撈住Y445 封隔器的解封管, 上提管柱即可起管柱, 若下部管柱被砂子埋住或遇卡時, 管柱可以從安全接頭處斷開, 實現對管柱的分段處理, 簡化作業工藝, 首先起出上部管柱。然後下入滑塊撈錨繼續打撈下部管柱即可, 直至將全部管柱起出。

測試和調配: 當需要測試時, 在井口立好防噴管儀器投入井內利用液力把儀器送到井底( 也可以採用鋼絲投撈的方式) 既可進行測試; 測試結束後, 反洗井衝出測試儀器即可正常注水; 當調配時從井口投入液力打撈器, 撈住配水器芯子後, 進行反洗井衝出芯子和打撈器, 就可進行水嘴的更換調配。

性能特點

注水防砂管柱結構簡單, 既具注水又兼防砂和層間分隔作用, 且每一單元結構相同,都已標準化、規格化, 每一層可以根據注水層的長短方便地增減注水防砂管的根數來覆蓋油層, 且連線時, 自動形成一封閉夾層腔, 施工方便, 實現了注水防砂一體化。注水防砂管柱自成一封閉的單向系統, 使注入水只能單向流進地層, 不能流出, 有效地防止了停注時或作業時的地層反吐、層間互竄及由此引起的出砂。

注水防砂管柱即使被砂埋後, 只是埋住外層防砂管, 其夾壁腔不影響流通, 照常把水通過金屬氈均勻地注入地層中, 有效地防止了注入水單層突進使油層過早水淹隱患的發生, 其注水有效期長, 能提高油層採收率。

新開發研製的不鏽鋼金屬氈, 中間沒有結合縫, 強度高而富有彈性, 既能擋住砂又不被水中雜質堵塞, 有效期長。因管柱皆成封閉, 可實現多個封隔器一次坐封, 提高了施工效率。能夠進行井下吸水剖面的測試。測試調配在井下進行, 採用測調集成的方式, 一次投撈就可完成全井的測試和調配, 測調效率高。測試調配時可採用鋼絲投撈和液力投撈兩種投撈方式, 靈活方便。

技術參數

封隔器坐封壓差: 18 MPa 額定工作壓差: 20 MPa ,

反洗壓差: 5～7 MPa

注水閥開啟壓差: ≤1 MPa

適應套管內徑: 155～166 mm

工作溫度: ≤120 ℃

適應套管內徑: 􊚼155～􊚼163 mm

分注層數: ≤3 層

測試及投撈調配工藝

為了簡化施工工藝、節約操作時間, 提高測調效率, 採用集成測調的方式。儀器一次下井就可同時完成各層的測試和調配。在進行分層流量測試時, 採用可靠性、精度較高的井下存儲式電磁流量計進行測試, 該測試方法不但可以對管柱工作狀況進行直觀判斷, 並且實現了數據智慧型化處理, 消除了人為因素的影響, 保證了測試資料的真實性。電磁流量計法是高含水期分層注水井測試的主要方法。

(1) 液力投撈、測試和調配

工藝組成: 主要由井口防噴管、捕捉器、流量計、測試密封段、定壓閥、液力打撈器和液力投送器、提升裝置等組成。測試時, 採用三支( 或兩支) 渦輪流量計串接, 通過井口防噴管把流量計下入井內, 利用重力和注水液力將流量計送至配水芯子處, 進行調點測試, 同時分測各層流量, 測試完畢後, 反洗井衝出測試工具, 然後計算機回放解釋, 取得測試結果, 即可完成測試。調配時, 通過井口防噴管把打撈器下入井內, 利用重力和注水液力將液力打撈器送至配水器芯子處, 撈住芯子後反洗井, 將打撈器和芯子衝出地面, 調換好水嘴後, 再用液力投送器將芯子投送到位, 然後反洗井衝出投送器, 即可完成調配。

技術特點:

①儀器一次下井, 可同時測出各層水量;

② 液力投撈不需要配備地面設備, 儀器下井動力大, 測調效率高, 操作方便;

③實現了測試數據處理智慧型化管理, 數據可靠, 消除了人為改變資料的缺陷;

④反洗井在測試後進行, 有利於取得可靠資料。

(2) 鋼絲投撈測試和調配

工藝組成: 主要由井口防噴管、流量計、測試定位卡、液力助撈器、打撈器、投送器等組成。測試時, 採用一支電磁流量計, 利用鋼絲將儀器下到測試位置, 先測下層, 測完後上提儀器, 打開定位卡, 再下放儀器測第二層, 同時地面記錄全井水量, 也可利用三支流量計串接同時分測三層, 測完後, 用鋼絲絞車將儀器提至地面, 然後計算機回放解釋,取得測試結果。調配工藝主要由井口防噴管等組成。調配時, 利用鋼絲將打撈器送到配水芯子, 撈住芯子後, 上提儀器至地面, 調換水嘴後, 再用投送器將芯子投送到位, 然後用絞車將投送器提出, 即完成調配。

技術特點:

①儀器一次下井, 可同時測出各層水量;

②儀器及投撈工具在井下的位置能及時確定;

③實現了測試數據處理智慧型化管理, 數據可靠, 消除了人為改變資料的缺陷。