分层注水管柱设计

张旭(茨榆坨采油厂采油作业二区，辽宁 沈阳 110206)

分层注水管柱设计

张旭(茨榆坨采油厂采油作业二区，辽宁 沈阳 110206)

分层注水是保持地层压力，稳定油田产能的重要手段。是目前国内外采油过程中非常常用的一个办法，经过实践的检验发现这种注水办法能够有效的防止在注水过程中单层突进的情况发生。而作为分层注水的井下通道的管柱，其性能以及设计的好坏是能够直接影响到注水工作的效率的。因为目前国内的油田分层注水的管柱都是采用的上个世纪六、七十年代的设计，套用到现在的石油开采工序当中本来就存在着很多问题。再加上现在油田本身含水率等等指标的变化，所以说完善分层注水中的管柱设计其实是非常有必要的。

分层注水技术；管柱设计；优化措施

随着国内石油行业的不断发展，西部以及东部的老油田都相继进入了开发困难的阶段。虽然说分层注水的一些工作原理现在已经比较完善了，但是管柱的设计上目前还是存在很大的问题。过去的分层注水管柱对于高温高压分注这样的工序要求实在是很难满足的。所以说我们分层有必要对分层注水当中管柱的优化设计工作进行研究，这对于稳定分层注水的效果是有重要的意义的。下文是笔者根据自己的经验对此进行的总结。

1 国内外在这方面研究的理论支持

1.1 国外的研究

随着国内石油行业的发展，相关的开发技术也是在不断完善当中。早在上个世纪50年代开始，有关专家就开始了这方面的研究，那个时候他们分别利用了不同的研究方法，在不同的油田井眼之下对管柱稳定性方面的问题进行了研究。而随着油田开发技术的不断完善，在这个领域内的研究考虑的因素也是越来越全面。相关的理论成果已经被应用到了实际的采油生产当中，也取得了良好的效果。

虽说早期钻井过程中一般都是采用较高的钻压，但是因为压力过大，所以井眼的品质是很难保证的。所以那个时候要花很大的精力在“防斜打直”这个问题上，直到1950年国外的学者提出了钻柱在垂直平面内的弯曲方程，指出了钻柱在井眼中失稳弯曲后的不规则运动才是造成井眼品质降低的关键。这算是为提高管柱稳定性的研究打下了开端。

封隔器的出现可以说是对油田注水作业带来了新的思考，利用封隔器进行的酸化以及压裂、试油等作业是能够提高原油的产出效率的。但是早期的作业当中却经常出现管柱螺旋状弯曲的状况，于是1962年J.L.Logan等人对这个问题进行了研究，他们分别从膨胀效应以及活塞效应等4个方面对管柱的轴向载荷进行了计算，并且提出了关于管柱弯曲的完整的表达公式。这些都会分层注水中的管柱设计提出了重要的参考。

1.2 国内的研究

相比较国外，我国在上个世纪80年代才开始了这方面的研究工作，虽然如此但是在有关学者的努力之下，还是对国外文献当中的实验精度做出了自己的论证。而这些论证在后期的油田分层注水的工作开展当中，为我们的作业提供了重要的参考意见。

2 分层注水管柱的基本概况

2.1 管柱

管柱的结构主要是由KQW、伸缩补偿器、水井双向锚、偏心配水器等组成的。其工作原理主要是在管柱下井的过程中利用封隔器的作用将各层段卡开，当管柱下完之后再从油管内部进行蹩压，来验证管柱漏失的情况。再继续蹩压让封隔器封隔油套环空，这样就能使得各油层分隔成相对密闭的结构，为实现分层注水打下了基础。继续蹩压到最高值20Mpa的时候，需要剪断管柱伸缩补偿器的剪钉，这是伸缩补偿器的伸缩爪就能够开始工作。在这个工序当中借助伸缩管就可以消除管柱的轴向应力，防止管柱因为变形而损坏。最后只需要根据各油层的吸水情况进行分层注水就可以了，需要注意的是如果在注水过程中需要洗井，那么一定要按照相关的操作规范来进行。

2.2 高温高压胶筒

高温高压胶筒是分层注水当中重要的配套工具，因为在结构上的特殊性，所以说要选用质量靠谱的原料制作的胶筒。而且还应该考虑材料的耐油性以及耐热性，因为采油工艺的原因要保证胶筒有非常可靠的延展性能和耐磨性能。胶筒本身的制作过程其实对于硫化工艺就是一个相当有难度的考验，因为这种本身的厚壁橡胶制品如果硫化工艺不当，是很容易出现气泡的。所以说制作过程中为了保证产品质量一般是采用的是先注压后模压的生产方式。

其实影响物理效能还有一个因素，那就是有无加装保护碗。经过有关的实验我们可以得出这样一个结论，那就是加装保护碗之后的胶筒是能够发挥其理想的强度和柔韧性的，而且也能够在一定程度上防止胶筒两端因为压力过大而发生破裂。这对于提高分层注水当中管柱的稳定性是有非常明显的帮助的，而且铜碗结构安装比较方便，是一种非常理想的肩部保护结构。这对于完善分层注水设计是非常有意义的。

2.3 其他

除了以上提到的能够影响的分层注水当中管柱稳定性的因素之外，水井双向锚以及伸缩补偿器等的部件都能够影响到注水环节当中管柱的稳定性。要想对分层注水的管柱进行新的设计还需要改进以上提到的几个部件的设计原理，从清楚它们各自的工作原理开始弥补现有设计上存在的漏洞。这样才能够从整体上提高分层注水当中管柱的稳定性。

3 结语

分层注水是当下维持油田产量的重要工作，而其中的管柱设计更是分层注水工作稳定性的关键。目前在我国的油田当中管柱设计还在沿用上个世纪的设计理念，这在一些细节方面已经不适合现在石油工业的发展了。所以说完善分层注水的管柱设计是非常有必要的，上文是根据笔者的经验对此的总结，希望能够对完善分层注水管柱设计有所思考。

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