0 引言
冀东油田属复杂断块油田，为提高储层动用程度，减少无效注水，高压分注井逐年增多。为解决作业占井时间长、放空水量大、破坏注采平衡、浪费能源及污染环境等众多问题，水井作业多采用带压作业技术[1-4]。现有高压分注管柱带压作业过程存在以下问题：①油管堵塞器投捞位置不确定，不能精准投捞；②油管内密封工具耐压低、易失效；③不能满足起下管柱全程带压作业施工[5-9]。
鉴于此，笔者研制了高压分注井全过程带压作业管柱及配套工具。该管柱不仅可实现高压水井分层注水和反洗井作业，满足带压下管柱需要，而且便于后期起管带压作业，简化了施工步骤，节省了作业时间，降低了修井作业费用，具有广阔的推广应用前景。
1 技术分析 1.1 结构高压分注井全过程带压作业管柱主要由逐级解卡锚、Y341注水封隔器、高压自密封配水器、预置式油管堵塞器、双密封洗井阀和筛管丝堵等工具组成，自下而上依次连接，其结构如图 1所示[10-16]。
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| 1—逐级解卡锚；2—Y341注水封隔器；3—高压自密封配水器；4—预置式油管堵塞器；5—双密封洗井阀；6—筛管丝堵。 图 1 高压分注井全过程带压作业一体化管柱示意图 Fig.1 Schematic diagram of the integrated whole process snubbing operation string for the high pressure separate layer injection well |
1.2 工作原理
将逐级解卡锚、Y341注水封隔器、高压自密封配水器、预置式油管堵塞器的工作筒、双密封洗井阀及筛管丝堵等工具按照设计顺序连接后下至设计深度。油管憋压10~15 MPa，坐封各级封隔器，同时憋压打开双密封洗井阀下部密封结构，双密封洗井阀转换为注水用双向洗井阀，用于实现分层注水时的油管正向密封。按照配注方案，管柱即可进行注水施工。起管柱时，井口投放预置式油管堵塞器工作芯，通过逐级解卡锚、Y341注水封隔器和高压自密封配水器等工具，封堵预置式油管堵塞器工作筒，实现整个油管柱的密封。配合井口带压作业装置，即可实现带压起管作业。
1.3 主要技术参数下管柱时工作压力50 MPa，注水时工作压力50 MPa，起管柱时工作压力21 MPa，适用井斜≤60°，工作温度≤150 ℃，反洗排量≥30 m3/h。
1.4 技术特点(1) 带压下管柱、起管柱全过程实现油管内密封。
(2) 下入管柱后，双密封洗井阀加压切换密封方向，无需投捞。
(3) 预置式油管堵塞器工作芯小直径设计，可通过分注工具段封堵工作筒，实现整个油管柱的密封。
(4) 高压自密封配水器只能正向注水，当套管压力高于油管内压时自密封，简化了反复投捞水嘴工序。
2 主要配套工具 2.1 高压自密封配水器 2.1.1 结构高压自密封配水器主要由配水器工作筒、定量水嘴及自密封部分组成，其结构如图 2所示。配水器工作筒主要由上接头、上外套、扶正体、导向体、偏心体、支架、下外套和下接头等零部件组成。
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| 1—上接头；2—密封圈；3—上外套；4—定位螺钉；5—扶正体；6—导向体；7—连接螺钉；8—偏心体；9—定量水嘴；10—自密封部分；11—隔环；12—支架；13—下外套；14—下接头。 图 2 高压自密封配水器结构示意图 Fig.2 Structural schematic of high-pressure self-sealing water distributor |
2.1.2 工作原理
偏心体中心开有上下贯通的孔，为主注水通道，可通过投捞和测试仪器；主注水通道旁边开有非贯通的偏心孔，定量水嘴坐于偏心孔内；偏心孔下部的扩孔与主注水通道扩孔相交，形成过流通道。
入井前，首先在地面安装高压自密封配水器的定量水嘴，然后将高压自密封配水器随分注管柱入井，管柱下到设计位置后对封隔器进行坐封，注入水经注水通道进入定量水嘴即可直接注水。停注时，环空压力大于油管内压力，定量水嘴后的自密封机构关闭，环空流体无法进入配水器。
2.1.3 技术特点(1) 高压自密封配水器设计了自密封结构，套管液体不会从定量水嘴进入分层注水管柱。
(2) 在分层注水管柱下入和起出时，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。
2.1.4 主要技术指标最小内通径：46 mm；
最大外径：110 mm；
工作压力：50 MPa；
工作温度：≤150 ℃；
适用井斜：≤60°。
2.2 预置式油管堵塞器 2.2.1 结构预置式油管堵塞器主要由工作筒和工作芯组成。工作芯由工作芯本体、密封圈、弹簧、卡块、螺钉和加重头组成，可与预置式工作筒内壁间利用密封圈有效密封，并由卡块固定。预置式油管堵塞器结构如图 3所示。
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| 1—工作筒；2—本体；3—密封圈；4—弹簧；5—卡块；6—螺钉；7—加重头。 图 3 预置式油管堵塞器结构示意图 Fig.3 Structural schematic of the preset tubing plug |
2.2.2 工作原理
下完井管柱时，预置式油管堵塞器的工作筒安装在双密封洗井阀上部，随油管柱一起下入。当需要带压起管柱时，在地面投放工作芯，经过封隔器和高压自密封配水器等工具密封工作筒，确保工作筒以上管柱段的密封。
2.2.3 技术特点(1) 工作筒为预置式设计，投堵位置确定。
(2) 工作筒为不锈钢合金材质，可防垢、防腐蚀，提高了投堵密封效果。
(3) 堵塞器工作芯小直径设计，可顺利通过封隔器和配水器。
(4) 堵塞器芯投送到位前，卡块收缩，待堵塞器到位后，卡块张开定位，防止堵塞器上窜。
2.2.4 主要技术指标投堵密封工作压力：21 MPa；
最小内通径：28 mm。
2.3 双密封洗井阀 2.3.1 结构双密封洗井阀主要由外套、复合注水阀和下密封三大部分组成，其结构如图 4所示。外套由上接头、连接管和下接头通过螺纹依次连接组成。复合注水阀部分由上注水阀和下注水阀组成。下密封部分由下接头、底堵和销钉组成。
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| 1—上接头；2—连接管；3—下接头；4—销；5—螺栓；6—挡块；7—压帽；8—胶碗；9—心轴；10—挡环；11—球；12—球座；13—底堵；14—销钉。 图 4 双密封洗井阀结构示意图 Fig.4 Structural schematic of double seal well washing valve |
2.3.2 工作原理
下完井管柱时，双密封洗井阀处于底部密封状态，底堵可阻止地层水进入管柱。管柱入井后，在井口对油管施加液压，坐封封隔器的同时心轴与球在液压力作用下下行，推动底堵剪断销钉，底堵掉落于管柱尾部丝堵之上，心轴与球坐落在对应阀座上，双密封洗井阀转换为注水阀，满足高压注水施工需要。反洗井时，套管加压，销钉孔可提供液流通道，实现反洗井功能。
2.3.3 技术特点(1) 双密封洗井阀底部设置有底堵，能够保证在入井过程中管柱密封，阻止地层水从管柱底部进入。
(2) 设置上、下两个注水阀，注水过程可实现对注水管柱的正密封，保证分层注水工艺的顺利进行。
2.3.4 主要技术指标注水工作压力：50 MPa；
下管柱密封压力：35 MPa；
反洗压力：0.1 MPa；
反洗排量：≥30 m3/h。
3 现场应用情况高压分注井全过程带压作业管柱在冀东油田累计应用60井次。其中，最大施工井斜56.7°，工具最大下深4 285 m，管柱满足50 MPa内分层注水需求和21 MPa内带压作业需求。现场应用结果表明，高压分注井全过程带压作业管柱取得了较好的应用效果，实现了油田高压分注井分层注水和全过程带压作业，提高了作业效率。
典型井例①：NP13-X1054井是南堡1-7断块注水井，注水泵压29.8 MPa，油压19.0 MPa。因层间矛盾需重新分注，下入高压分注井全过程带压作业管柱实现三级四段分层注水。结果显示，该管柱满足配注要求，作业占井时间较上次缩短7 d，减少投捞作业次数5次，有效提高了作业效率。
典型井例②：G28-27井为高尚堡注水井，两级三段注水。2017年下入高压分注井全过程带压作业管柱，2018年因地质原因需带压作业，作业压力13 MPa，地面投放预置式堵塞器工作芯进行管柱密封，投堵后油管压力为0 MPa，证明该管柱投堵密封顺利，满足带压作业起管柱密封要求。
4 结论(1) 高压分注井全过程带压作业管柱能够一趟实现不压井、不放喷下管柱、分层注水、反洗井和起管柱作业，简化了作业工序，节约了施工成本。
(2) 下管柱后，无需投捞，双密封洗井阀地面加压即可启动注水阀。
(3) 高压自密封配水器正向注水，反向密封，保证了停注后油管柱的密封。
(4) 油管堵塞器工作筒预置式设计，有效确定油管内密封位置。
(5) 现场应用结果表明，高压分注井全过程带压作业管柱有效实现了分层注水和带压作业，缩短了作业周期，提高了作业效率，具有广阔的推广应用前景。
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