超高压注水管柱工艺优化与应用(王晖)资料教学文稿

超高压注水管柱工艺优化与应用(王晖)资料一、概况高压注水井：注入压力25-35MPa超高压注水井：注入压力35-50MPa水力锚坐封球座注水层Y241封隔器接球篮人工井底超高压注水管柱示意图安全接头连通滑套油管江汉油田部分注水井注水压力在35MPa以上，而且高压注水井的换封周期较短。为解决以上问题，研究出以Y241封隔器为主的超高压注水管柱。江汉油田分类一、概况第一阶段（2002~2010）满足高压、超高压注水Y241管柱改进的Y241管柱可钻可取Y241管柱提高管柱坐封一次成功率提高起出管柱的可靠性解决管柱因结盐结垢遇卡的问题江汉油田超高压注水管柱发展历程第二阶段（2011~至今）第三阶段（2013~至今）一概况二管柱的研究及应用三提高高压注水施工质量的要素汇报提纲二、管柱的研究与应用水力锚坐封球座注水层Y241封隔器接球篮人工井底超高压注水管柱示意图安全接头连通滑套油管坐封：在油管液压作用下，水力锚锚爪向外伸出并与套管咬合，坐封活塞上行推动卡瓦锚定并压缩胶筒，实现坐封和锚定，同时锁紧机构进入锁紧状态。解封：油管泄压后，水力锚锚爪在弹簧力作用下收回，上提管柱，封隔器中心管与外层各部分发生错动解除锁紧状态，卡瓦和胶筒收回，实现封隔器的解封。（1）超高压注水管柱基本工作原理二、管柱的研究与应用Y241-114封隔器结构示意图封隔器同时设计有防止中途解封的锁紧机构和防止封隔器向下位移的单向卡瓦锚定机构，其目的是保证封隔器的卡点稳定，保证管柱及封隔器能安全可靠地工作。KDB-114水力锚结构示意图水力锚用于克服施工中管柱的上顶力，防止封隔器向上窜动和位移，封隔器密封套管，二者配套使用。工作压力：50MPa工作温度：≤125℃（2）超高压注水管柱发展第一阶段单向卡瓦锁紧机构工具的优化设计二、管柱的研究与应用序号井号作业日期油压,MPa配注,m3/d实注,m3/d1王西斜19-72002.1.944.020202王西新5-42002.2.138.550503严5-5-52002.9.2540.02004王西新7-42003.7.1416.560165王西斜7-3B2003.9.1831.550376黄22斜-342003.12.125.020207马56斜1-12004.1.2935.030108王西斜4-32004.4.3037.860632002~2004年江汉油田部分高压/超高压注水井效果统计表

该管柱自2001年9月第一次在严5-5-5井现场试验成功，至2010年已在江汉、中原和胜利等油田现场应用170多井次，施工最大井深3328m（广5-16），最高注水压力49.7MPa（广5-16）

，正常注水时间最长达五年（严9-9）。（2）超高压注水管柱发展第一阶段现场应用情况二、管柱的研究与应用（2）超高压注水管柱发展第一阶段封隔器的锁紧机构和解封机构较为复杂，在封隔器置于井下一定时间后，解封机构因结垢等因素失效，导致管柱起出困难甚至无法起出。封隔器内部结构复杂，加工精度的要求高，同时对组装都造成一定困难；现场施工时的一次成功率仅为85.2%存在的不足二、管柱的研究与应用改进的Y241封隔器结构示意图工作压力：50MPa工作温度：≤125℃（3）超高压注水管柱发展第二阶段双级活塞工具的优化设计改进的Y241封隔器主要在结构上进行了改进：采用双活塞结构，降低了封隔器的坐封压力，提高了封隔器坐封坐卡的可靠性；简化了坐封锁紧及解封机构，提高了管柱的安全起出性能。二、管柱的研究与应用截至2013年8月，改进的Y241管柱现场应用21井次，现场施工一次成功率达到100%，最高注水压力38MPa。2012~2013年江汉油田高压/超高压注水井效果统计表序号井号作业日期油压,MPa配注,m3/d实注,m3/d1周8斜-132012.7.1521.020152总3斜-2-72012.8.1438.530303老1斜-7-112012.9.2122.020204王西19斜-82013.1.1438.030335广9斜-112013.1.2636.0

30136广斜14-42013.1.3038.0

30307王西5斜-52013.2.734.0208现场应用情况（3）超高压注水管柱发展第二阶段二、管柱的研究与应用针对江汉油田注水管柱结盐、结垢、腐蚀等现象使井下工具和管柱遇卡的问题，研制出了一种可钻可取Y241超高压注水管柱。油套管结盐、结垢严重结盐结垢结盐（4）超高压注水管柱发展第三阶段可钻可取Y241管柱的研究背景二、管柱的研究与应用Y241(3)-116可钻可取封隔器（4）超高压注水管柱发展第三阶段可钻可取Y241管柱的可取性研究燕尾槽式单向卡瓦剖开示意图管柱的可取性表现在：卡瓦锚定机构：采用燕尾槽式单向卡瓦，在起管柱的时候具有强行收回卡瓦的功能，提高管柱可取性能；可靠的解封机构：采用改进Y241封隔器的解封机构，管柱负荷增加50KN即可解封解卡。二、管柱的研究与应用

防转设计：活塞上设计了爪式结构，磨铣工具磨铣到活塞的时候，压重使活塞推向与中心管端面之间形成互咬合，将扭矩完全传递给中心管，有效防止活动部件转动。

固定销钉在滑轨上移动，销钉孔在外套剪钉槽上（4）超高压注水管柱发展第三阶段可钻可取Y241管柱的可钻性研究

注水管柱所配套的封隔器、水力锚均采用可钻材料，在管柱遇卡时，可实现管柱的快速套铣或钻铣解卡KDB-115丢手可钻水力锚水力锚采用丢手一体式设计，同时采用投球打压丢手和正转丢手两种方式，确保管柱的丢手可靠性。二、管柱的研究与应用1-转接杆2-平底磨鞋3-封隔器4-基座钻铣试验示意图材料转速r/min钻铣时间min钻进mm钻压KN钻铣碎末情况QT500-7158019015~28钻屑较细水力螺杆钻在加压的情况下，转速在50r/min以上；由此计算，预计90min可钻进0.71m。钻铣实验（4）超高压注水管柱发展第三阶段可钻可取Y241管柱的钻铣试验钻铣端面二、管柱的研究与应用封隔器耐温耐压指标高；正常情况下管柱可上提解封；如因结盐结垢遇卡管柱可正转丢手后钻铣解封解卡。

丢手可钻水力锚坐封球座注水层可钻可取封隔器筛管、丝堵

人工井底可钻可取注水管柱示意图适用套管：5½in套管井；工作压力：50MPa；工作温度：≤125℃；（4）超高压注水管柱发展第三阶段可钻可取Y241管柱的优点二、管柱的研究与应用广8-8井管柱示意图

2013.7.29管柱顺利下井，未出现中途坐封等异常情况。证明管柱的下入安全性。打压坐封，随油管内压力提高，管柱负荷下降，证明封隔器的卡瓦工作正常；同时套管溢流消失，证明封隔器的胶筒工作正常。封隔器坐封后，安装好注水井口，试注水10m3，泵压22MPa，排量160L/min，套管无溢流，证明封隔器的密封良好。下入安全、坐封坐卡原理可行、密封良好。（4）超高压注水管柱发展第三阶段可钻可取Y241管柱现场应用情况——广8-8井现场施工为例为例二、管柱的研究与应用截至2013年9月，可钻可取Y241管柱现场应用5井次，施工一次成功率为100%，工具最大下深3236m，最高工作压力到达30MPa。序号井号作业日期油压,MPa配注,m3/d实注,m3/d1新79斜-72013.6.1913.030202拖102013.7.2429.030303广8-82013.7.2930.020124广531斜-82013.8.3116.560165广斜14-42013.9.413.530252013年江汉油田可钻可取注水管柱效果统计表（4）超高压注水管柱发展第三阶段可钻可取Y241管柱现场应用情况二、管柱的研究与应用水力锚坐封球座注水层Y241封隔器接球篮人工井底超高压注水管柱示意图安全接头连通滑套油管通过室内试验和现场施工证明：超高压注水工艺管柱保证了在高压下不渗漏，有足够的可靠性和安全性。其可靠性表现在：施工中不会因压力波动、压差变化等原因导致封隔器窜动、位移、失封和中途坐封，其它配套工具和管柱不因受力变化而发生断裂等。（5）超高压注水管柱的可靠性和安全性一概况二管柱的研究及应用三提高高压注水施工质量的要素汇报提纲三、提高高压注水施工质量的要素（1）合格的油管及管柱的可靠连接入井油管需选择N-80级及以上级别的试压合格的油管，室内试验现象表明：油管蹩压泄压3次，油管扣出现松弛、渗漏现象。（3）完善的施工工序施工作业严格按照设计要求进行；高压注水井作业一定要通井、刮管、洗井;在坐封前，计算管柱伸缩量并上提管柱加以补偿。坐封后下压管柱，以补偿管柱在注水过程中的蠕动变形。（2）质量可靠的井下工具江汉油田采油工艺研究院有完善的质量管理体系，零部件的生产、加工和组装均做到了层层把关，对井下工具的出厂有严格的检验标准。三、提高高压注水施工质量的要素（5）精细的注水管理避免较大的注水压力波