0 引言
针对海上油田挖潜增产和节能减排的生产工艺发展需求，在油井井数有限的海上平台上可根据油藏特征分层段、分阶段转注，并为此开发了同井注采工艺技术，即在同一口井，既能保证正常采油，又能满足注水或注气要求，实现一井多用，提高了单井利用效率，节约了钻井成本，在补充地层能量的同时，为平台节能减排及正常生产做出贡献[1-3]。但是，根据我国海洋石油作业对油井安全控制的要求，目前没有双管环空安全控制技术及配套工具，这就制约了同井注采工艺技术在海上油田的推广应用[4-7]。为此，笔者对同井注采双管环空安全控制技术的整体方案与关键配套工具进行了研究。
1 技术分析 1.1 管柱结构同井采油注水/注气管柱包括地面双油管挂采油树、采油油管、注水/注气油管、井下安全阀、环空液压控制装置、过电缆封隔器、Y接头、电潜泵系统、定位及插入密封、油层保护阀和分流转换接头等，其结构如图 1所示。
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| 图 1 同井采油注水/注气管柱 Fig.1 Water/gas injection string for productionin the same well 1—双油管挂；2—114.3 mm油管；3—井下安全阀；4—环空液压控制装置；5—73.0 mm油管；6—过电缆封隔器；7—Y接头；8—电潜泵；9—工作筒；10—油层保护阀；11—定位密封装置；12—分流转换接头；13—120.7 mm插入密封装置；14—带孔管；15—圆堵。 |
若要在同一口井实现电泵采油的同时向某一特定层段注水/注气，则需在整个工艺管柱上建立采油通道、注入通道和采油排气通道。其中Y接头上部同心内管及下部电泵环空组成采油通道；Y接头上部同心内、外管环空与其下部的管柱组成注入通道，2个通道与套管的环空建立采油排气通道。为了保证油井的正常采油和注水/注气，每一通道分别配套安全控制工具，包括井下安全阀、环空液压控制装置及过电缆封隔器，从而形成完整的井下安全控制系统。
1.2 工作原理正常生产时，地面液压控制系统通过液控管线分别对井下安全阀和环空液压控制装置加压，井下安全阀阀板打开建立采油通道，同时环空液压控制装置打开建立注入通道。在出现异常情况时，液控管线内液压自动泄压，井下安全阀在弹簧的作用下挤压活塞复位，阀板关闭；环空液压控制装置亦在弹簧的作用下自动密封同心双管环空；加上过电缆封隔器，使得整个井筒自动关闭，从而实现海上油田生产的安全环保。
1.3 技术特点(1)配套井下安全阀、环空液压控制装置及过电缆封隔器，可形成完整的井下安全控制系统。
(2)具有独立的地面液压控制系统，3个压力系统互不干扰，提高了工艺管柱的安全可靠性。
(3)采油注水/注气管柱与井下分层封隔管柱独立，便于检泵作业，同时能够保护采油层不受修井液与洗井液污染。
2 井下安全控制工具研制井下安全控制工具是同井注采工艺的技术核心，井下安全阀和过电缆封隔器作为常规井下工具[8]，可根据使用工况及技术要求选型即可，因此研制井下双管环空安全控制工具成为技术关键。
2.1 结构及工作原理环空液压控制装置结构如图 2所示。工作时，地面液压控制系统通过液控管线向活塞腔内施加液压力，当液压力大于弹簧预紧力时，活塞上体带动活塞下体沿轴向移动，弹簧被继续压缩。当液压力达到一定值后，活塞上体限位台阶到达连接套上端面，此时密封套上的连通孔处于完全打开状态，这样装置上部油管内注入流体穿过内过流体环形槽后，经连通孔流入装置下部油管。
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| 图 2 环空液压控制装置结构示意图 Fig.2 Structure diagram of annular hydraulic control device 1—上接头；2—本体；3—密封筒；4—内过流体；5—活塞上体；6—活塞下体；7—连接套；8—密封套；9—弹簧；10—下接头。 |
当遇到特殊情况需要紧急关井时，地面切断液控管线内压力，活塞上体和活塞下体在弹簧的作用下复位，活塞下体与密封套之间形成密封，这样连通孔关闭使双管环空被安全控制。
2.2 技术特点(1)可以通过地面液压控制系统实现井下双管环空的安全控制，实现了装置的远程控制。
(2)在密封活塞开启的情况下可以进行正常采油、注入和反洗井作业；在液控管线泄压或失效的情况下也可以进行正常注入作业。
(3)采用金属和非金属双重密封方式，密封可靠性高；此外大内通径设计提高了同心内管的通过能力。
2.3 主要技术参数工具总长2 700 mm，最大外径164 mm，最小内通径94 mm，最小过流当量直径50 mm，开启压力12～14 MPa，反向密封压力35 MPa，工作压力35 MPa，工作温度150 ℃。
3 环空液压控制装置室内试验 3.1 整体密封试验环空液压控制装置处于关闭状态，将其上端连接油管短节、变扣及丝堵，下端连接试压接头，并将装置外表面擦拭干净。试压泵连接至试压接头后平稳加压至35 MPa，稳压15 min，发现压力表读数未变化，说明装置密封及螺纹连接处无渗漏。
3.2 反向密封试验环空液压控制装置处于关闭状态，将带圆堵的插入密封装置置于环空液压控制装置后，上端环空放空，下端连接试压接头。试压泵连接至试压接头后平稳加压至35 MPa，稳压15 min，发现压力表读数未变化，说明装置密封及连接螺纹处无渗漏。
3.3 开启与关闭试验在环空液压控制装置内部压力为0的情况下，液压控制关闭并打开该装置5次，记录开启液控压力值，泄压后观察装置的关闭情况，每次液控压力值不应超出阀门连续开关操作5次平均压力值的±5%。5次试验开启压力值分别为13.2、13.6、13.0、12.8和13.4 MPa，最大试验误差3%，泄压后能清楚听到活塞瞬时复位的声音。因此，环空液压控制装置在工作压力下整体密封性和反向密封性良好，在设计开启压力范围内能正常开启，液控泄压后能自动关闭，其性能满足现场使用要求。
4 结论(1)针对海上油田同井注采工艺技术的安全问题, 研制了环空液压控制装置，联合井下安全阀和过电缆封隔器，完善了同井注采工艺核心技术，形成了完整的井下安全控制系统。
(2)环空液压控制装置设计原理简单，结构组成件少。室内试验结果表明：该装置工作可靠，各项性能满足设计要求，具备现场使用条件。
(3)井下双管环空安全控制技术为同井注采工艺技术在海上油田的推广应用提供了技术支撑。
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