0 引言

分层注水对江苏油田稳产和持续发展至关重要^[1-4]。江苏油田分层注水井数逐年增加，目前分注率已经达到58%。分层注水“分的开、控的准”才能实现有效分注，但封隔器失效以及测调不顺等多因素造成分注有效期短，影响了分注的效果，同时在当前低油价环境下，油田水井工作量呈下降趋势，失效分注井无法及时作业，进一步激化了层间矛盾，造成单层突进和产量下降等问题，这对油田稳产极为不利。

管柱失效和测调不顺均会导致分注有效期短^[5-6]。油田注水井作业统计表明，调配不顺作业占比为30%，管柱失效占比为10%，常规换封检管占比为60%，现有分注井中仍有31.8%无法正常调配，调配不顺是制约分注有效期的主要因素。调配不顺分为欠注未调(13%)、高压难调(21%)、测试遇阻遇卡和仪器落井(48%)及其他(18%)，其中测试遇阻遇卡和仪器落井为主因。测调遇阻、遇卡和仪器落井主要受井筒状况差影响，其中51.7%分注井存在出油和出砂问题。因此，针对分注井筒状况变差导致有效期短的问题，研制了具有全井筒防返吐功能的一体化长效分注管柱。该管柱在现场应用中取得了较好的效果。

1 一体化长效分注管柱 1.1 管柱结构

一体化长效分注管柱主要由多功能偏心配水器、防返吐K型封隔器、反向定压开启固定阀、丝堵和油管组成，其结构如图 1所示。与此同时，注水井口配套安装多功能配水装置。

1.2 工作原理

正常注水时，反向定压开启固定阀洗井通道处于关闭状态。注入水经井口多功能配水装置单流阀进入油管，通过多功能偏心配水器堵塞器和出水口单向阀注入地层，油管内杂质经反向定压开启固定阀落入尾管。同时注入水经防返吐K型封隔器球座式单向阀流入胶筒内腔，在油套压差的作用下实现坐封分层。

停注时，油管泄压，多功能偏心配水器出水口单向阀在地层压力下迅速关闭，切断地层、套管与油管之间的通路。同时，防返吐K型封隔器球座式单向阀在胶筒内腔压力和复位弹簧作用下迅速关闭通道，胶筒内腔压力不泄，胶筒处于坐封状态，防止层间串流。井口多功能配水装置单流阀关闭，切断油管与地面注入管线的通路。

洗井时，洗井液经油套环空注入，防返吐K型封隔器上下压差大于开启压力时，胶筒泄压回缩解封。当环空压差高于反向定压开启固定阀的反向开启压力时，反洗井通道开启，洗井液进入油管内实现反洗井。

2 关键工具 2.1 多功能偏心配水器

多功能偏心配水器在桥式偏心配水器^[7-8]的基础上进行了如下改进：一是优化了导向轨结构，通过减小螺旋角使投捞器通过导向轨时下行分力增大15.9%，提高投捞堵塞器的成功率；二是下导向托架通过支撑套与下外管螺纹连接预紧方式有效地防止导向托架产生向下移动或转动，实现配水器倾斜时下导向托架同步产生偏转，提高了导向的准确性^[9]；三是在配水器出水口增加了单向阀结构，停注后球阀快速关闭，可有效防止地层水经配水器返吐至井筒。多功能偏心配水器可配套使用常规堵塞器或可调堵塞器，适应存储式测调和测调一体化两种流量调配方式。

2.2 防返吐K型封隔器

成功洗井是延长分层注水管柱有效期的重要措施，采用Y型封隔器的分注管柱，由于洗井通道远小于油套环形空间，截流损失大，容易造成洗井不通，同时洗井后洗井通道容易关闭不严，导致封隔失效。K型封隔器相对于Y型封隔器具有洗井通道大的优势，对于注污水和易出砂的分注井具有更强的适应性。常规K型封隔器在注水井停注后自动解封，容易引起地层之间的串流及返吐出砂出油等问题。

防返吐K型封隔器^[10-12]主要由上接头、中心管、球座式单向阀、坐封总成、复位总成和下接头等组成，结构如图 2所示。坐封总成包括上护套、胶筒和下护套，中心管设有进液口和泄压口，泄压口位于下护套内。正常注水时，注入水从中心管坐封进液口流入，打开球座式单向阀，流入胶筒内腔，在油套环空压力差的作用下胶筒扩张坐封，实现分层注水。注水井停注时，球座式单向阀在胶筒内腔压力和复位弹簧作用下迅速关闭通道，胶筒内腔压力不泄，封隔器始终处于坐封状态，实现了停注不解封。反洗井或上层压力高于下层压力3 MPa时，坐封总成和复位总成下移，位于中心管下部的泄压口相对上移，移至胶筒内腔时，胶筒泄压回缩解封，环空洗井通道开启。洗井结束后，复位总成推动坐封总成上移复位，泄压通道关闭，再次注水后重新坐封。解封时，上提管柱，中心管相对上移，泄压通道开启泄压实现解封。球座式单向阀结构如图 3所示。

该封隔器的最大外径为115 mm，内通径为62 mm，防返吐压差为3 MPa(可调)。

2.3 反向定压开启固定阀

反向定压开启固定阀由上接头、防砂帽、单流阀、环形通道、弹簧和洗井活塞阀等组成，其结构如图 4所示。

正常注水时，阀球坐在阀座起密封作用，从上接头进入的砂及机杂，通过环形通道导入下端连接的沉砂尾管中，洗井活塞阀处于关闭状态。反洗井或地层压力高于阀的反向开启压力时，洗井液经通孔进入，推开洗井活塞阀，经返洗液流道流入中心盲孔，再经阀座等进入管内。

该固定阀的开启压差为5 MPa(可调)，内通径为50 mm。

2.4 井口多功能配水装置

井口多功能配水装置由油管丝堵、三通工作筒、恒流堵塞器、分流芯座、单流阀和过滤筛管等组成，结构如图 5所示。三通工作筒侧向通路与采油树生产闸阀连接，下端连接沉砂管与排污丝堵，沉砂管两侧与采油树套管闸阀、泵站来水的高压阀连接。恒流堵塞器可实现不同压差下注水量的恒定。过滤筛管将来水中的大颗粒机杂过滤沉至沉砂管内，并可通过排污丝堵对筛管进行清洗或更换。突然停注时，单流阀在自重和液流的作用下迅速关闭，切断回路，有效防止井筒内液体回吐，减轻注水井停注时对注水流程的冲击和管柱快速蠕动对胶筒产生的伤害，延长封隔有效期。

为了满足油田注水井简化流程的要求，井口多功能配水装置的井口安装如图 6所示。

正常注水时，关闭旁通阀，来水由井口多功能配水器进入井内。洗井、测流时，开启旁通阀即可。排污时，关闭泵站来水调水阀和采油树进水阀，泄压后即可卸开排污丝堵排污。

井口多功能配水装置配注量范围15~150 m³/d，最小启动压差为0.5 MPa，工作压力为35 MPa，工作压差为1~25 MPa。

3 现场应用情况

一体化长效分注管柱及其配套工具已经在江苏油田现场应用30多口井，应用效果良好。一体化长效分注管柱平均在井周期达到1 050 d，高于油田平均合理失效周期330 d，有效测调最长已经达到1 290 d。

典型井例1：高6-33井，二级二段分注井，由于井斜达到42°，采用常规配水器投捞测试成功率低，影响分注有效期，于是采用了多功能偏心配水器。分注管柱入井后成功进行测试调配，后期实施测调2次，均获成功。第4次测调在封隔器位置遇阻失败，验封失效。该井分注有效期已超过720 d，超过同期大斜度井分注有效期180 d，对应井组2口油井见效，累计增产1 088 t。

典型井例2：高6-6井，三级四段分注井，采用防返吐K型封隔器+多功能偏心配水器+反向定压开启固定阀组合，2017年6月作业，2018年11月顺利实施测调。该井分注有效期已达520 d，超过油田平均分注有效期160 d, 对应井组日产量由5.2 t上升到6.4 t。

4 结论

(1) 一体化长效分注管柱可实现井筒内压力快速稳定，减小压力波动对封隔器坐封可靠性和井壁稳定性的影响，延长封隔器坐封有效期，降低地层出砂及套损概率。

(2) 一体化长效分注管柱可以阻止油套双向流动和层间串流，杜绝地层砂和油等杂质返吐进入油管，改善井筒状况，解决投捞器和测调仪入井遇阻导致的分注有效期短的问题，提高分注井测调成功率。

(3) 一体化长效分注管柱采用沉砂尾管设计，配合防返吐K型封隔器，可实现大通道洗井，提高了洗井效果，降低了洗井不通、砂埋球座及大修作业的风险。

(4) 一体化长效分注管柱应用前需掌握各注入层压力及启动压力，封隔器所属上层与下层压差不大于3 MPa、各层启动压力差不大于5 MPa时可以实施。