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近年来，冀东油田注水压力逐年升高，高压注水井越来越多。对于高压注水井，常规作业方法是先放喷溢流,待压力符合施工条件再进行作业，或是直接采用压井作业方法^{[1, 2, 3]}。放喷溢流方法存在占井时间长、放空水量大、破坏注采平衡、浪费能源和污染环境等问题。而采用压井作业方法存在压井液成本高、压井液易堵塞地下油水通道，进而影响注水效果等问题。水井不压井作业技术能有效保护油气层，提高生产效率，降低生产成本。为在高压注水井中应用不压井、不放喷作业技术，冀东油田分公司钻采工艺研究院研制了高压注水带压作业管柱。该管柱不仅能实现注水井带压完井和起管作业，而且满足分层注水和反洗井工艺要求。

高压注水带压作业管柱主要由Y341注水封隔器、单流偏心配水器、多功能洗井阀、筛管和丝堵等组成，可根据注水井特殊条件添加其他扶正和锚定等配套工具，管柱结构示意图如图 1所示。

图 1 高压注水带压作业管柱结构示意图 Fig.1 Structure of snubbing operation string for high pressure injection well 1-油管;2-单流偏心配水器;3-Y341封隔 器;4-多功能洗井阀;5-筛管;6-丝堵。

图选项

将丝堵、筛管、多功能洗井阀、单流偏心配水器和Y341注水封隔器按照注水工艺要求自下而上用油管连接并下入井中^{[4, 5, 6]}。在入井过程中，多功能洗井阀能够实现管柱底部密封，防止地层液体进入管柱。管柱下到设计深度后，井口油管内加压，油管憋压15 MPa，坐封Y341注水封隔器。封隔器坐封过程中，多功能洗井阀销钉被剪断，底部堵塞部分落入筛管，多功能洗井阀转换为注水用双向阀。按照配注方案管柱即可进行注水施工。

反洗井时，套管反加压，套管液经多功能洗井阀反洗通道和封隔器反洗通道实现反洗井功能。

带压起管柱时，井口投专用堵塞器至多功能洗井阀实现密封，从而封堵整个油管柱。配合井口不压井作业装置即可实现带压起管作业。

(1)高压注水带压作业管柱底部设置多功能洗井阀，下管柱时可有效封堵油管；

(2)封隔器坐封过程中，多功能洗井阀转换为双向注水阀进行注水和反洗井；

(3)单流偏心配水器只能正向注水，防止套管液进入管柱，解决带压作业前需要投死嘴的问题；

(4)专用油管堵塞器小直径设计，可过封隔器和配水器封堵多功能洗井阀，从而实现整个油管柱的封堵，为再次带压起管提供便利条件。

坐封压力15 MPa，工作压力35 MPa，适用井斜不大于60°，工作温度150 ℃，反洗排量不小于30 m³/h。

单流偏心配水器主要由扶正部分、导向部分及连接部分等构成，结构如图 2所示。

图 2 单流偏心配水器结构示意图 Fig.2 Structure of single-flow eccentric water distributor 1—上接头；2—密封圈；3—上外套；4—定位螺钉；5—扶正体；6—定量水嘴；7—主体；8—支架；9—下外套；10—导向体；11—下接头。

图选项

单流偏心配水器底面安装定量水嘴后随分注管柱下井，在封隔器坐封后可直接进行注水。注入水经注水通道进入定量水嘴即可直接进行注水。测试流量时，上部的注入水经主注水通道的桥式偏心孔流到下层，测量流量真实有效。

(1)单流偏心配水器水嘴设计为单流阀结构，套管液体不会从水嘴处进入分层注水管柱。

(2)在分层注水管柱下入和起出过程中不会影响整个管柱的密封性。

(3)配水器上开设了桥式偏心孔，可沟通上、下层注水通道，平衡了密封段上、下压差，提高了测试仪器下井的安全性。

(4)单流偏心配水器本体外径110 mm，最大内通径46 mm，在斜井内的通过能力强。

多功能洗井阀由上堵塞、注水阀和下堵塞3大部分组成，结构如图 3所示。其中，下堵塞部分由下接头、底堵、销钉和密封圈组成；注水阀部分由挡球接箍、压套、挡球弹簧、下接头、阀球和球座组成；上堵塞部分由上接头、专用堵塞器、密封圈和锁定机构组成。专用堵塞器采用小直径设计，可与上接头内壁间利用密封圈有效密封，并由锁紧装置固定于多功能洗井阀内腔。

图 3 多功能洗井阀结构示意图 Fig.3 Structure of multifunctional well washing valve 1—上接头；2—专用堵塞器；3—密封圈；4—锁定机构；5—短节；6—挡球接箍；7—压套；8—挡球弹簧；9—下接头；10—阀球；11—球座；12—底堵；13—销钉。

图选项

带压下管：下完井管柱时多功能洗井阀处于底部密封状态，底堵可阻止地层水进入管柱。

高压注水及反洗井：管柱入井后，井口对油管施加液压，坐封封隔器的同时液压力推动阀球下移，阀球推动底堵相对管柱下行，剪断销钉，底堵掉落在管柱底部丝堵之上，阀球坐落在球座上，多功能洗井阀转换为注水阀。反洗井时，套管加压，销钉孔提供液流通道，实现反洗井功能。

带压起管：井口自由投放专用堵塞器，堵塞器利用重力加速度冲力进入多功能洗井阀最小内径段进行封堵，从而实现整个管柱内密封，配合井口不压井作业装置，带压起出注水管柱。

(1)多功能洗井阀底部设置有底堵，能保证在入井过程中管柱密封，地层水不会从管柱底部进入管柱；

(2)设置阀球与阀座，注水过程实现对注水管柱的正密封，可保证分层注水工艺顺利进行；

(3)阀球上部设置挡球弹簧，可解决井斜因素导致的阀球偏向等密封不严问题；

(4)专用堵塞器洗井阀投送到位前，锁紧装置收缩，待堵塞器到位后，锁紧装置撑开锁定，可防止堵塞器上窜。

工作压力35.0 MPa，反洗压力0.1 MPa，反洗排量不小于30 m³/h，专用堵塞器耐压20.0 MPa，最小内径28 mm。

Y341注水封隔器主要由坐封、锁定、解封和反洗机构4部分构成，结构如图 4所示。坐封机构由活塞、连接接头、下接头、上活塞套、下活塞套、外中心管、胶筒和胶筒座等组成；锁定机构由锁爪、锁环和锁套等组成；解封机构由上接头、上外套、中心管和解封剪钉等组成；反洗机构由反洗套、外中心管、中心管、反洗活塞、O形密封圈、弹簧和上活塞套等组成。

图 4 Y341注水封隔器结构示意图 Fig.4 Structure of Y341 water injection packer 1—上接头；2—中心管；3—上外套；4—锁爪；5—上胶筒壁；6—解封销钉；7—锁套；8—锁环；9—上胶筒；10—隔环；11—下胶筒；12—下胶筒座；13—活塞；14—弹簧；15—活塞套；16—下接头；17—支撑环；18—坐封销钉；19—防撞环。

图选项

坐封时，油管加液压，液压力经中心管传压孔作用在活塞上，剪断坐封销钉，活塞上行压缩胶筒，封隔油套环空^{[7, 8, 9]}。油管泄压，锁定机构啮合锁紧，防止胶筒回弹，胶筒始终处于压缩状态；反洗井时，井口高压水进入油套环形空间，打开反洗活塞，通过下胶筒座和上活塞处的反洗通道反洗井；解封时，直接上提管柱，上接头、中心管与锁环、锁套之间相对运动，锁环松开，胶筒依靠自身的反弹力收回，封隔器解封。

(1)Y341注水封隔器双活塞结构，坐封可靠；

(2)特殊材料制成的胶筒耐高温、高压；

(3)中心管双结构，反洗排量大；

(4)上提管柱解封封隔器，使用简单、可靠。

高压注水带压作业管柱自2015年6月在冀东南堡油田现场试验3井次(见表 1)，累计节省扩压时间63 d，减少溢流量4 600 m³，节约压井液366 m³，节约费用95万元。其中，最大施工井斜46.1°，工具最大下深3 570 m，注水压力达到35 MPa，作业最大压力19 MPa。目前NP32-X3014井因地质需要顺利起出带压作业管柱，其余井均正常注水。

现场应用结果表明，高压注水带压作业管柱实现了高压注水井的不压井、不放喷带压作业，具有较好的经济效益和社会效益，值得大力推广。

(1)高压注水带压作业管柱一体化设计，一趟管柱实现了不压井、不放喷下管作业、分层注水、反洗井和起管作业，减少了作业工序，节约了成本。

(2)配套工具耐压高，满足了高压注水的需要，注水封隔器液压坐封，多功能洗井阀堵塞功能与注水阀功能转换采用液压控制，满足了大斜度井的施工要求。

(3)带压起管作业前油管内密封位置确定，密封压力高，确保了不压井作业施工的安全性。

(4)现场应用结果表明，高压注水带压作业管柱成功实现了带压作业，提高了注水时效和水井利用率，保护了地层能量，有效提高了作业效率，具有良好的推广应用前景。