強力射流解堵器的研究與應用

劉晉偉，咸國旗，馬艷潔，王宏萬，肖 虎

·開發(fā)應用·

強力射流解堵器的研究與應用

劉晉偉1，咸國旗1，馬艷潔1，王宏萬1，肖 虎2

（1．勝利油田采油工藝研究院，山東東營257000；2．勝利油田孤島采油廠，山東東營257200）①

老油田由于地層能量不足及近井地帶流動能力差，常規(guī)酸化解堵產(chǎn)生的殘酸及地層污染物難以被排出，嚴重影響酸化解堵的有效率和有效期。針對上述問題，研制了一種固定反循環(huán)方式排液的強力射流解堵器，采用局部雙管分流技術(shù)，利用噴嘴與喉管的流壓效應在近井地帶迅速形成低壓區(qū)，強制抽吸地層污染物。優(yōu)化設計了解堵器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過室內(nèi)抽吸試驗測試其抽吸特性；通過噴嘴、擴散管合理組合使抽吸、舉升達到現(xiàn)場使用要求。該工具在勝利油田共計實施30多井次，最大井深2 200m，最大生產(chǎn)壓差15mPa，改善了地層的滲透能力。

返排；反循環(huán)；射流；解堵

在油、氣井開采過程中，由于顆粒運移、粘土膨脹以及采油、修井等原因，在超過臨界流速時，會造成微粒運移堵塞喉道，同時由于生產(chǎn)壓差的放大和高壓增注會引起并加大地層堵塞［1］。解除和防止油層污染成為當前的重要課題［2］，對油、氣井增產(chǎn)和注水井增注有著積極作用［3］。國內(nèi)外研究和應用的處理近井地帶堵塞的方法有很多，但是沒有有效解決解除、脫落的雜質(zhì)排出地層的問題，特別是酸化解堵后形成的酸渣難以返排，嚴重影響施工效果［4］。目前常用的地層污染液返排工藝有反洗井［5］、混氣返排及抽汲返排，由于返排效果、施工成本等原因無法滿足現(xiàn)場需求。勝利油田酸化井統(tǒng)計表明，實施排液的油水井增注有效率平均比不實施排液的井高12%。因此及時返排殘酸，可以進一步清潔、疏通滲流通道，提高酸化措施的有效率。針對勝利油田返排需求，開展快速返排工藝技術(shù)研究，研制了負壓射流解堵器，該工具具有返排及時、抽吸效果好、易控制等優(yōu)點。

1　結(jié)構(gòu)

強力射流解堵器采用雙層結(jié)構(gòu)，外管由上接頭、外管、分流總成外管、下接頭、絲堵組成；內(nèi)管由插封管、導向壓帽、密封套、密封圈、短節(jié)、擴散管、分流總成中心管、下?lián)趺苯M成。外管與內(nèi)管采用橋式通道結(jié)構(gòu)，利用焊接工藝連接，分流總成上開有吸入口。如圖1所示。

該工具的核心部件為噴嘴、喉管及插入密封段。噴嘴采用錐形結(jié)構(gòu)，硬度達到55 H R C，表面鍍鎳磷防腐，具有較強的抗沖蝕、防腐蝕能力。擴散管分為入口段、喉管段及擴散段，其入口段距噴嘴距離、喉管直徑與長度、參數(shù)與噴嘴相匹配，材質(zhì)及表面處理和噴嘴一致。插入密封段的多組V形密封圈用導向壓帽和短節(jié)壓緊。

圖1　強力射流解堵器結(jié)構(gòu)

2　原理

該工具運用射流降壓工藝原理，高壓動力液經(jīng)油套環(huán)及轉(zhuǎn)換工具進入外管層與內(nèi)管層的環(huán)空，經(jīng)錐形噴嘴流出時高壓動力液流速迅速增加導致其壓力迅速降低，在強力射流解堵器吸入口附近迅速形成低壓區(qū)，從而在近井地帶形成高生產(chǎn)壓差，把地層內(nèi)滯留的酸液及反應物和其他污染物通過分流總成上的吸入口抽吸到擴散管內(nèi)，噴嘴射出的低壓高速流體與低速的地層液在擴散管內(nèi)進行能量轉(zhuǎn)換，混合液在油管內(nèi)循環(huán)舉升到地面，達到疏通油水井滲流通道的目的。插封管上端與1．900TBG油管連接，插入密封套形成插入密封，利用插封管與多組密封圈的過盈配合可承受35mPa以上的壓力。如圖2所示。

圖2　強力射流解堵器抽吸原理

3　技術(shù)參數(shù)

4　創(chuàng)新點

1） 采用局部雙管結(jié)構(gòu)，插入密封可以保證高壓動力液與混合返排液安全隔離，液流通道截面積大，對水質(zhì)及地層液適應性強。

2） 采用橋式通道結(jié)構(gòu)，噴嘴與擴散管根據(jù)返排需要進行尺寸組合。

3） 返排核心部件為固定式，承壓能力強，可用于斜度比較大的井。

5　室內(nèi)試驗

室內(nèi)試驗流程如圖3所示。強力射流解堵器置于循環(huán)池中，由高壓三柱塞泵提供高壓動力液，由電子壓力、流量傳感器進行動力液及混合液的壓力、流量采集，用計算機進行數(shù)據(jù)匯總處理。室內(nèi)試驗進行孔徑3．5、4．0、4．5、5．0mm的噴嘴與直徑6．0、8．0、10．0mm的擴散管組合，通過調(diào)節(jié)動力液流量與出口液的壓力與流量，根據(jù)無因次流量比Q、無因次壓力比H及泵效η研究射流解堵器的吸入特性，表達式如式（3）～（5）。

式中：Q為無因次流量比，無量綱；Q1為動力液流量，m3／h；Q3為吸入流量，m3／h。

式中：H為無因次壓力比，無量綱；p1為動力液壓力，M Pa；p2為出口壓力，MPa；p3為吸入壓力，MPa。

8．0mm喉管與不同孔徑噴嘴室內(nèi)試驗特性曲線如圖4，可以看出：入口流量越大、噴嘴孔徑越小，抽吸能力越強。該工具的壓力比0．2～1．3，滿足抽吸及舉升需要；最大泵效約20%。因為該工藝的特點是短時間內(nèi)的快速降壓，因此必然犧牲泵效追求抽吸能力，泵效低對抽吸影響不大。因次，該工具滿足現(xiàn)場應用需要，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)指導現(xiàn)場噴嘴和混合管的選擇。

圖3　強力射流解堵器室內(nèi)試驗流程

圖4　8．0mm喉管與不同孔徑噴嘴室內(nèi)試驗特性曲線

6　現(xiàn)場應用

該技術(shù)在勝利油田勝采、河口、孤東等實施30余井次，施工成功率100%，最大井深2 200m，地面泵壓12～22mPa，泵車排量15～20m3／h，單井平均排液約40m3，最大生產(chǎn)壓差15mPa。水樣分析顯示大量地層酸、死油等污染物被排出，油水井的酸化有效率和有效期得到改善，酸化有效率由77%提高到94%，酸化有效期延長6個月，取得較好效果。以河口大3513 X12井為例，該井埋深1 997～2 040m，因油稠而停產(chǎn)。于2013-08進行酸化及強力射流解堵器排酸。解堵器下深2 000m，共計返排12 h，地面泵壓14～22mPa，泵車排量15～20m3／h，共計排出地層液45m3，出口混合液pH值從3上升至6．5，排出地層砂0．5m3。作業(yè)后動液面由1516m上升至1335m，日產(chǎn)液4．9t，日產(chǎn)油3．9t，取得良好效果。

7　結(jié)論

1） 近井地帶是油水井最易污染堵塞的區(qū)域，常規(guī)酸化及返排工藝難以滿足現(xiàn)場要求。

2） 該工具利用動量原理設計，采用反循環(huán)方式排液，通過短時間內(nèi)建立起大壓力梯度實現(xiàn)近井地帶的強力抽吸，結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件，安全性高。

3） 室內(nèi)試驗表明該工具的吸入特性滿足液量與壓力的現(xiàn)場需要，通過優(yōu)選噴嘴與擴散管組合，可實現(xiàn)不同井深及井底流動特性的油水井酸化返排，適合范圍廣。

4） 現(xiàn)場應用表明該工具抽吸能力強，最大生產(chǎn)壓差達15mPa，可有效排出地層殘酸及其他污染物，提高油水井滲流能力，提高酸化有效率，延長酸化有效期。

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［1］ 楊建華．低滲透油藏緩速酸酸化工藝的研究與應用［J］．清洗世界，2005，21（8）：1-4．

［2］ 宋碩，朱明利，張建國，等．哈特曼聲波發(fā)生器解堵技術(shù)現(xiàn)場應用研究［J］．石油礦場機械，2009，38（10）：71-75．

［3］ 巍立新，樂昕朋，王志華，等．油田壓裂作業(yè)污水預處理室內(nèi)試驗研究［J］．石油礦場機械，2012，41（7）：59-62．

［4］ 黃中偉，李根生，劉全國，等．振蕩酸化深部復合解堵機理與應用［J］．石油勘探與開發(fā)，2006，33（5）：618-621．

［5］ 李洪春，王隆慧，劉汝福，等．分層酸化及射流排酸管柱的研究［J］．石油機械，2006，34（6）：61-63．

Research and Application of Powerful Jet Plug Removal Device

LIU Jin wei1，XIAN Guoqi1，MA Yanjie1，WANG Hong wan1，XIAO hu2
（1．Oil Production Technology Institute，Shengli Oilfield，Dongying257000，China；2．Gudao Oil Production Plant，Shengli Oilfield，Dongying257200，China）

Old oil fields due to insufficient formation energy and poor flow ability，the reacted acid of conventional acidization and formation pollutants of wellbore area is difficult to be discharged，w hich seriously affects the efficiency and validity of acidization．In response to these problems，powerful plug rem oval jet device of fixed and reverse circulation is developed，the partial double pipe technology is used to isolate of high pressure and low pressure liquid，low pressure is quickly formed near wellbore area using the flow pressure effect of the nozzle and throat，pollutants is powerfully sucked to the ground．In this paper，structure parameters is designed and optimized．Pump characteristicsis tested by laboratory experiment w hich shows that the suction and lift abilitymeets the needs of the field production throughmatching the nozzle and diffuser．The device has been usedmore than 30 timesin Shengli Oilfield，themaxim umdepth was 2 200m，the largest draw dow n pressure was 15mPa，and the penetration ability of wells was greatly im proved．

back flow；reverse circulation；jet；plug rem oval

TE934．3

B

10．3969／j．issn．10013842．2015．03．014

10013482（2015）03006004

①2014-09-23

國家科技重大專項“勝利油田特高含水期提高采收率技術(shù)”（2011Z-X05011-003）

劉晉偉（1983-），男，山西臨縣人，工程師，主要從事注水方案設計、注水工藝研究，Email：liujin wei．slyt＠sinopec．com。