第七章生产完井管柱Word格式.docx

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2）适用于多层系统中，进行多层合采（在各层压力系统和流体物性比较一致情况下各层同时射孔生产）；

3）既适合于前期自喷生产，又可用于后期的射流泵生产，所以特别适用于没有修井能力的平台条件；

4）封隔器和井下安全阀构成安全防溢油的功能，确保油井安全。

2．管柱上各井下工具名称及功能

（1）安全阀液压控制管线：

其出口连接到井口采油树，由地面液压系统控制井下安全阀的开关，其选择参阅第四章。

2）流动短节3）地面控制井下安全阀：

特殊事故情况下可自动井下关井，防止溢油事故；

4）偏心工作筒可以作为安装循环阀或单流阀的工作筒；

5）滑套：

完井施工完成后，从油管挤柴油替出完井液进行诱喷和修井时循环压井液等作用，也可用于后期射流泵生产：

6）定位接头：

施工作业时探测自井口至永久封隔器顶部的深度，配管柱长度时，如果将其下至比该深度浅（即下在永久封隔器顶部一定距离），为防止生产时温度升高，油管伸长对封隔器或井口的破坏，一般宜采用悬挂式定位接头。

7）永久封隔器：

封隔油、套管环形空间，起环空安全阀的作用和防止套管腐蚀作用（封隔液一般都加入防腐剂和杀菌剂）。

8）密封总成：

密封油管与环空的流通；

9）封隔器密封加长筒（或可磨铣加长筒）：

与密封总成形成密封，它们的长短视井底温度、压力及生产后期的生产方式等因素决定。

10）工作筒：

如果封隔器采用液压坐封方式可作为坐入堵塞器坐封封隔器用，否则一般可以不接此工具。

11）带孔管：

地层生产流体通道。

12）NO一GO工作筒：

悬挂生产测试仪表及防止钢丝工具串掉落井底。

13）导向管鞋：

便利于通过的生产测井仪、连续油管、钢丝作业等工具回收进入油管。

3．设计要点1）封隔器可选用永久封隔器或可回收液压坐封单封隔器，主要根据油藏情况和后期油层改造的条件及可能性来考虑。

永久封隔器的优点是密封可靠，经久耐用，耐温耐压较高，费用较低，但后期磨铣麻烦。

2）管柱中心是否接入偏心工作筒及其深度，应根据油藏及平台条件考虑，如果有了偏心工作筒，而且偏心工作筒上部带有射流泵的过滤接头，可以省去滑套。

3）管柱下入深度必须高于顶部油层顶界，底部必须使用带喇叭口的导向管鞋，便于后期生产测井和连续油管作业、补孔作业，整个管柱的通径也必须考虑这些作业。

4）滑套应尽可能靠近封隔器顶部（使用液压封隔器时），有利于投产诱喷和修井循环等作业，也可在修井循环时冲洗掉封隔器顶部可能的沉积物，容易解封。

5）安全阀上，下端是否连接流动短节，视油井的产量大小及管柱可能的使用时间长短而定，一般来说，如果产量较高（如300～500m3／d以上）而估计管柱使用的时间又较长（如3～5年以上），则应该接入流动短节。

6）管柱是否连接“化学剂注入阀”及其下入深度，视油井的原油物性而定，如果原油析蜡点高，结垢严重或稠油则要考虑下入“化学剂注入阀”；

否则可以不要。

7）如果密封总成或单管液压封隔器要通过大斜度井的177.8mm（7in）导管，最好是加装扶正器使它们易于通过尾管挂而不被磨损。

后面介绍的完井生产管柱，如果有类似情况也应考虑。

二、单管分／合采完井管柱

一般管柱结构如图7-1-2所示。

管柱中未标注的工具名称与图7-1-1的相同。

1．管柱特点

l）适合于两层系油藏进行单独分采、不控制合采或控制合采，通过钢丝作业加以实施。

2）既适合前期自喷生产，也可用于后期的射流泵生产。

3）其它特点与图7-1-1相同。

2．设计要点

1）如果油井有3层可以（或必须）独立生产的层系，可以增加一个封隔器再行分层。

2）如果两个（或三个）封隔器都采用液压坐封式，应选用“选择性坐封”的封隔器，由底到顶逐个坐封和验封；

底部封隔器也可采用永久封隔器。

3）如果油气产量较高，生产年限预计较长，正对着射孔层位的油管应采用厚壁油管。

三、双管分采完井管柱

管柱结构如图7-1-3所示。

管柱工具符号代表的意义与图7-1-1、7-1-2相同。

1．管柱使用范围及特点

1）该管柱特别适合于压力系统、原油物性、地层参数等差异很大的两个层系需分采的油藏；

2）前期两管各自生产，后期可以进行射流泵生产（即长管第二个滑套上安装射流泵，动力液由套管进入），也可以A、B层互相带动合采生产，即在A层压力高，气油比高，而B层压力低不能自喷时，将长管两封隔器之间的滑套打开，关闭短管井口，单独生产长管，由B层带动A层生产；

如果地层情况相反，可关闭长管井口，打开长管两封隔器之间滑套，单独生产短管，由A层带动B层生产。

3）该管柱结构仅适应生产套管等于或大于244.5mm（95/8in）。

1）如果底部有两个层系，又都有足够的产能，原油物性、压力系统等差异大，也可以增加一级封隔器，用长管进行分采／合采和双管分采。

此时底部封隔器一般采用永久封隔器，长管管鞋采用圆头形式，易于插入底部封隔器，如图7-1-4所示。

2）短管上的伸缩节主要是施工过程中作为调节长、短管在井口的高低，保持在1.5m左右，便于施工。

可采用BAKER“M”型伸缩节或其它类似伸缩节。

但如果是高压油井最好不用，因它可能会是密封性差的薄弱点。

3）油管尺寸根据产能决定，既可采用单一尺寸也可采用组合式管柱，组合式一般可采用短管73mm（27/8in），长管114mm（41/2in）＋89mm（31/2in）＋73mm（27/8in）的组合，或短管89mm、长管89mm＋73mm的组合。

长管钢级要考虑解封双管封隔器时有足够的抗拉强度。

4）短管如果采用73mm（27/8in）油管，一般采用58.7mm（2.31in）井下安全阀、57.2mm

（2.25in）“F”型工作筒、57.2mm（2.25in）“R”型NO一GO工作筒或47.6mm（1.875in）

NO一GO工作筒为宜。

5）如果油气产量较高，生产年限又可能较长，长管正对着射开油层部位的油管应使用厚壁油管，防止冲蚀磨损。

3．施工要点

双油管完井施工相对比较复杂，难度较大，施工过程如果稍有忽视某个环节，就有可能导致整个作业的失败，因此特提出以下几点注意事项：

l）下管柱前，对管柱的长度设计，特别是封隔器的下入深度都必须实际丈量、配管的长度认真校核，确保无误。

2）油管下井时必须严格通径并清洗去杂质（特别是对于旧油管）。

3）井下工具下井前必须试压和功能试验。

4）双管封隔器以上的油管，如果短管是采用插入锚定式，长短油管接箍上、下端外径都应倒45°

～60°

角的导向，避免起、下油管彼此碰擦。

5）双管连接井下安全阀以后施工要特别细心，避免损坏液压控制管线；

液控管线在接箍位置需加保护器，在油管中部需捆扎紧。

6）如果是三封隔器管柱（如图7-1-4），需先将密封总成插入永久封隔器并进行环空加压验封，证实管柱到位，确定油管悬挂器的下入位置。

7）先对长管加压坐封单管液压封隔器并环空加压验封后，再从短管加压坐封双管封隔器并环空加压验封。

封隔器由下往上依次坐封，坐封压力由下向上依次升高。

更详细的施工步骤和方法请参阅中国海洋石油总公司南西油行业标准“双油管完井施工操作规程”。

四、防砂井自喷生产完井管柱

此处是指已完成套管内（或裸眼）砾石充填防砂作业，具有自喷生产能力的油井。

砾石充填防砂可分单层防砂或多层分别进行防砂，对于两层以上的防砂井，在防砂作业时已经用封隔器将各生产层分隔开，所以只需在各封隔器的密封筒内下入密封总成和滑套及其它配套工具，即可进行分层生产或合层生产，如图7-1-5为某油井单层防砂自喷生产管柱；

图7-1-6为三层防砂自喷分采／合采生产管柱。

第二节气举完井管柱

气举采油作为一种人工举升采油方式已经有一百多年的历史。

早在1865年，美国人在宾夕法尼亚洲就开始了应用。

气举采油是海上油田人工举升采油的一种主要方式，其应用条件必须有充足、稳定的气源。

气举采油的适用范围广，对低、中高产量，低、中、高粘度，高气液比等油井都适用。

另外气举采油管理简单，操作费用低。

其缺点是地面设备占用平台面积大，开发投资费用高。

气举采油是基于“U”型管原理（图7-2-1），通过地面向环空注入天然气。

伴生气、氮气、烟道气等高压气体，使之与地层流体混合，减少液柱密度，减少液柱对井底的回压。

一、气举采油管柱结构及设计

图7-2-2为海上油田常用的单管气举采油管柱基本结构。

1）既适用于地层压力较高和供液能力充足的连续气举井，也可以通过在滑套或工作筒中下入单流阀适应低压低产井的闭式间歇气举。

2）可注入化学剂进行防垢、防蜡、防腐等工艺措施。

3）在油管和环空都有安全阀，以控制意外溢油事故，有效地将油气密闭在井筒中。

4）可进行生产测试和过油管作业。

5）通过过油管电缆射孔实施补孔作业，根据地层能量情况可适时实施选择性分采合采，

消除层间干扰。

6）此管柱设计6级，在实施气举时可视产量压力情况在不动管柱的情况下，调整下入深度及级数。

2．设计要点1）气举阀工作筒（偏心工作筒）的间距和数量至少要满足3～5年以上气举生产的要求，而不需要动管柱作业。

2）要保证底部封隔器和插入密封可靠。

如果投产后温度和压力的变化会引起管柱伸长，可将定位接头下在永久封隔器顶部一定距离。

3）管柱下入深度必须通过油层顶界为增加油管管柱内通径，永久封隔器以下的工作筒、带孔管、NO一GO工作筒，带喇叭口的导向管鞋可由永久封隔器的加长密封筒携带下入。

管柱通径必须上、下一致。

4）油管和环空安全阀的下入深度必须处于硬泥面和油井结蜡深度以下，环空安全阀还必须位于油管安全阀以下。

5）伸缩接头的行程和数量必须满足不同载荷情况的要求，详见管柱受力分析一节。

6）对于多油层油田，必须使用较大尺寸油管以满足后期过油管射孔作业的要求，同时油管引鞋采用导向口满足射孔枪或过油管工具的回收。

7）底部封隔器的导向性要好，强度和硬度也高，以便密封段插入。

3．施工要求

l）必须准确丈量和记录各种工具的实际下入深度、型号、尺寸和滑套的开关方向，气举阀工作筒的方向千万别搞错。

2）下井前后必须对封隔器和滑套验封和安全阀功能试验。

3）伸缩接头必须处于压缩状态。

4）施工完毕后还要对环空安全阀和油管安全阀进行功能试验，及整个管柱的正加压试验（滑套应处于关闭状态）。

二、气举采油对井下工具的要求

1）根据油井温度、压力、地层水矿化度、pH、腐蚀性流体类型及含量、原油含蜡及结蜡点、垢类型及结垢程度等因素及其综合作用选择管柱类型、工具类型及材质。

2）质量应符合国家、API、或国际标准。

3）内通径应与油管一致，不影响各种测试、打捞、射孔等工具通过。

1．油管安全阀

1）要求采用地面控制液压安全阀，可为球型，最好为活门式。

2）本阀失效后，能安装悬挂式液压安全阀。

3）下入深度除在硬泥面以下外，同时还要考虑结蜡、结垢等因素。

2．环空安全阀

1）必须具有单流作用，单流阀必须采用液压控制，能够满足用气要求，过流时的压力损失不超过0.5MPa。

2）承受上下压差不低于10MPa（视井况而定）。

3）能耐高温高压（视井况选用）。

3．气举偏心工作筒

l）偏心筒导向可靠。

2）气举阀坐落筒的粗糙度、圆度及尺寸公差应一致，应符合API标准或其它有关标准，同时还具有防沉砂和结垢的结构。

3）密封件能满足井下温度要求。

4．伸缩接头

1）密封面光洁，全程无卡阻。

2）密封可靠，满足油井温度和压力要求。

3）内通道无直角台阶。

4）抗拉强度和伸缩量应根据油井设计选用。

BAKER的D（用于高温高压）型、E型、L型和EXPANDA-JOINT伸缩接头可用于气举采油，前三种伸缩长度为3m，后者为10m。

5．滑套

l）密封面光滑无刺无坑。

2）开关灵活，定限位可靠。

3）滑套关闭后耐压应满足油井要求。

4）对于采用多滑套的管柱，应采用选择性开关滑套。

6．底部封隔器

l）密封可靠，能承受上下压差不小于10MPa。

2）坐解封方便可靠。

3）可用永久式封隔器，也可用油管回收式封隔器。

7．工作筒

1）密封段较长，光滑无刺。

2）坐落槽应为直角（带小倒角），表面硬度不低于240HB。

3）工作筒种类较多，选用要注意与投捞工具配套。

8．化学药剂注入阀

1）应具有单流功能，即井液不能进入注入管线。

2）密封件满足高温高压要求。

3）可采用钢丝投捞阀，也可采用油管回收系列。

4）根据注入量、注入压力及油管尺寸选择注人阀尺寸（lin或11/2in）和注入孔尺寸

（0.125、0.170、0.190或0.44in，相当于3.175、4.318，4.826或11.176mm）。

第三节电潜泵完井管柱

由于电潜泵采油具有排液量大、井口压力较高、地面设备简单、占地面积小等优点，因而是海上油田人工举升的主要方式。

本节主要叙述海上油井电潜泵完井生产管柱的基本结构、管柱类型、使用范围及配套的主要井下工具。

一、海上油井电潜泵生产完井管柱的基本结构电潜泵采油系统主要由井下电泵机组、电缆、生产管柱和地面设备四大部分组成。

地面设备基本部分是接线盒、控制屏和变压器三部分，但海上油田往往在同一生产平台上配备一台或多台变频器，以适应生产过程中，特别是后期油井产量变化和测试油井流入特性的需要。

典型的海上油井电潜泵完井管柱的基本结构如图7-3-4所示，现将主要工具说明如下：

1．扶正器

主要是使电潜泵机组居于套管正中，特别是在斜井中使用，直井可以不用。

在下“Y”型接头时，还有助于管柱尾部双管的下入。

2．PSI（或PHD）或毛细管测压装置

地面直读井下电子压力、温度传感器或毛细管测压装置，可在一个油田中选择不同构造部位的井中下入，不必每口井都下入。

（1）PHD井底测试装置

PHD井底测试装置由井下和地面两部分组成。

井下部分由电感线圈，滤波电感电容、变压器和温度继电器等组成，安装在潜油电机的尾部；

地面部分主要是由显示器组成。

检测回路是一个普通的直流电路，交流电路全波整流后得到直流电，供给PHD直流电路。

电源、仪表线圈和感应线圈等元件，通过电机电缆与井下部分连接起来，组成回路。

可以对井下压力进行连续检测，并具有电机温度超限保护和电机、电缆绝缘损坏报警功能。

（2）PSI测试装置

PSI是和电泵机组配套使用的测试装置，它可以连续测量井底的压力，由地面数字显示二次仪表和接在电机尾部的一次仪表两部分组成。

通过地面读数装置送出一个直流信号，经过井下电缆、电机传输到井下仪表系统构成回路。

井下传感器（检测电阻）与压力呈线性关系，井下压力的变化引起检测电阻的变化，产生一个电压信号，通过回路送到地面仪表进行换算并显示所要检测的压力值。

（3）毛细管测压装置

该装置主要由传压筒、毛细管、压缩气发生装置、气体补偿和控制工具、压力显示及记录装置等构成。

该装置是通过压力的传递来实现井底压力测量的。

压缩气发生装置产生高压气体，通过毛细管传到位于电泵机组下面的传压筒，当压缩气体的压力不再升高时，表明井底压力与注入气体压力平衡，此时注入气体的压力经气体密度校正即为井底压力。

当井底压力变化时，通过补偿装置及时进行补偿，始终保持压力平衡。

这样随时都可以记录或读出井底的压力。

PSI或PDH测试装置的优点是装置简单，施工方便；

缺点是投资费用较高，寿命较短。

毛细管测压装置经久耐用，比较可靠。

3．电泵机组

潜油电泵机组（由下至上）一般包括：

电机、保护器、吸人接头、油气分离器、多级离心泵。

电缆给电机提供动力。

如果潜油电泵下入深度的流动压力高于地层饱和压力，吸入口为单相流体，可以不下油气分离器。

如果泵挂深度低于生产油层顶界，则要求加装液体导流罩（如图7-3-2）以利于电机散热保护电机。

在生产套管较大且产量较低，也要求加装液体导流罩。

4．放气阀

放气阀是一个常闭阀，当控制管线加压达开启压力后，弹簧压缩活塞使阀的内外孔相通，封隔器在环空内上、下连通达放气目的。

在应急状态时，泄掉控制管线压力，阀自动关闭以确保油井安全。

5．单流阀

一般连接在泵以上2～3根油管上，气油比特高的可多于3根油管。

单流阀的主要作用有以下几点：

1）防止停泵后管柱内液体回流引起电机反转。

2）泵重新启动时，管柱内充满液体，容易启动。

3）在含游离气的井，在泵和单流阀之间有足够的空间使泵中的气体跑掉，使泵充满液体，泵能有效地重新启动。

4）可作为坐封液压封隔器时的承压堵头。

6．“Y”形接头及侧管

结构如图7-3-3所示，上出口连接生产管柱，右出口连接单流阀、电泵机组，左出口连接测试侧管。

测试侧管的上工作筒在完井施工时一般都带单向（向上打开）的堵塞器，对泵举升的液体和油管加压坐封电泵封隔器时起堵塞作用，不会造成泵出液回流循环；

而经电泵抽汲以后，如果油井具有自喷能力，可直接自喷生产。

NO一GO工作筒位于带孔管以下，用作测温、测压仪表挂座，需测试时，钢丝作业捞出上工作筒堵塞器，下入测试仪表丢手，坐挂在NO一GO工作筒内后再投放人堵塞器，开泵生产则可测试流动压力，停泵则可测地层静止压力或恢复压力。

侧管的长短取决于泵挂深度、油井条件和作业条件，一般来说，要使NO一GO工作筒尽量靠近生产油层，以便测试到准确的地层压力；

而对自喷井则更有利于生产。

对于多层合采而又可能要进行生产测井、过油管射孔、连续油管等作业的油井，侧管一般要选用73mm（27/8in）无接箍油管及配套的工作筒，以使其内径能通过生产测井仪器和连续油管等，侧管的下入深度不能超过生产层顶界。

对于无须进行此类作业的油井，侧管可选用60.3mm（23/8in）油管。

同一油田，并非所有油井都要下入“Y”形接头，除非是初期都具有自喷能力的油井，否则可在不同构造部位或岩性差异的位置选取有代表性的几口油井下入该工具，以便节约完井费用。

7．测试阀测试阀目前各油公司都有各自的产品以适应各自油田特点和配套工具系列的需要，图7-3-4a，b为通常使用的两种结构形式，其基本工作原理是：

正常生产时滑阀（或内套）都处于关闭状态，即其旁通孔与外筒的旁通孔错位，需要测试时下入测试仪表和其它辅助工具，使滑阀（或内套）移位，内外套的旁通孔连通。

I型测试阀是一种不可投捞的测试阀，Ⅱ型为可投捞的测试阀。

但由于测试阀下入深度与生产层中部深度之间的流体密度仅是个估算的近似值，所以推算的流动压力和地层压力误差较大。

8．滑套、封隔器和安全阀

海上平台生产安全措施要求严格，一般都要求下封隔器和井下安全阀，以确保在特殊的情况下油井不外溢油和保护油层的需要。

滑套、井下安全阀以及电潜泵专用封隔器的结构、种类、技术参数、作用原理等在第四章已有详细叙述，请参阅选用。

滑套在管柱中的主要作用是起管柱时作为循环压井旁通阀，如果下测试阀的油井，测试阀一般也可作为旁通阀使用，可不下入滑套。

二、海上油井电潜泵生产无井管柱的类型

以下所述的各类生产管柱，其电潜泵生产管柱部分都以图7-3-1的结构为基础。

1．简易的单采或合采生产管柱

如图7-3-1所示，如果生产层是单油层则称单采，如果多油层则称为合采。

2．可调单采或合采生产管柱

如图7-3-5a、b所示，通过钢丝作业对滑套进行开关或在工作筒内投捞堵塞器，可进行封上采下、封下采上或封上、下采中间等的分采或合采生产。

封隔器可采用选择性液压坐封封隔器或电缆坐封永久封隔器，主要根据油井条件决定。

如果使用液压封隔器，层间距离又比较长，层之间应加入伸缩节。

电泵管柱可带“Y”形接头（图7-3-5a）或不带“Y”形接头（图7-3-5b），图a的好处是随时可以调整生产层位和进行生产测试，而图b必须起出电泵生产管柱后才能进行生产层位的调整。

丢手接头的上端应选用大口径或带喇叭口（目前没有现成产品），以方便“Y”形接头侧管的插入。

3．丢手不压井合采生产管柱如图7-3-6所示，封隔器可采用底部带蝶阀的永久封隔器。

电泵管柱下井前，先将丢手下入预定深度，坐封封隔器。

4．同井双采完井生产管柱

如图7-3-7所示，适合于底部生产层为有自喷能力的油层或气层，而上部地层不能自喷且又不适宜与底部生产层合采的油井。

四、电潜泵完井施工注意事项为确保电潜泵完井作业一次下井成功，需特别注意以下几点：

1）选用信誉好、高质量的潜油电泵机组、电缆及其它井下工具。

2）下井前对所有井下设备和工具必须严格、认真检查和试验。

3）电泵机组及电缆在大斜度井段应加扶正器保护，以防止磨损。

4）管柱要平稳下井，在下井过程中定时（定深）检查电机及电缆的绝缘电阻和相间直流电阻，及时发现问题并处理。

第四节射流泵完井管柱

射流泵于1852年发明以后，于1870年用于石油开采。

但大规模地应用于石油开采却是在本世纪中叶，在制造工艺、理论研究和电算技术得以发展以后。

射流泵具有以下优点：

1）泵结构紧凑、简单，井下无运动部件，结实耐用，配套灵活，维修方便；

2）能够抽汲含砂或高气油比原油，腐蚀性流体，稠油；

3）适用的井深和产量范围广，最深可达5000m以上，排量可在10～5000m3／d调整；

4）性能可靠，运转周期长，渤海某油田最长己达8年，平均4～5年；

5）检泵和调参作业方便，适应于边远井、大斜度井和水平井（造斜率可达22°

／30m）。

其缺点是泵效较低，要求设备的处理能力大，沉没度要求高。

不能与井下安全阀配套使用（装井下安全阀费用过高）。

射流泵工作原理如图7-4-1所示，图7-4-1a是工作原理部分，图7-4-1b表示能量转换过程。

动力液从喷嘴入口以高速喷出，在喷嘴出口周围形成低压区，在地层压力的作用下，地层液被吸入泵内与动力液一起进入喉管混合后，进入扩散管，速度减小，压力升高，把混合液举升到地面。

动力液注入方式有