注水井洗井過程中流態(tài)分析

劉東紅

摘要 鑒于目前注水井出口排量難以計量，造成洗井水量控制存在盲目性的問題，本文利用了水利學(xué)的研究方法，通過對洗井過程中，油管內(nèi)部的流態(tài)進行分析，推導(dǎo)出流量與沿程壓力損失、沖刷能力間的內(nèi)在關(guān)系，歸納總結(jié)出通過控制進口排量、壓力調(diào)節(jié)洗井噴量的方法，使注水井的出口排量得以有效控制，最終洗井效果得以明顯提高。

主題詞 紊流 沿程壓損 噴量 變流量 旋流板

洗井是水井常見的一項維護措施，隨著新技術(shù)的不斷推廣，洗井工作逐漸走向正軌。近年來，洗井管線的丟失，特種車輛洗井逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，洗井工作難度明顯增加，致使洗井周期不斷延長。如何使珍貴的洗井水量，全面達到解除油層堵塞、清除油管內(nèi)外污物，維持水井正常運行的目地，是一項十分緊迫、重要的研究課題。

一、現(xiàn)狀：

1、洗井方式調(diào)查 勝采四礦共有水井208口，正常開井175口。其中有洗井流程井123口，可用管線車洗井10口，可用自循環(huán)洗井車洗井33口，其他方式8口。

2、洗井效果調(diào)查 由于按傳統(tǒng)理論制定的注水井方案，存在較大偏差，致使洗井操作存在一定盲目性，洗井效果往往不盡人意。以2014.01-2014.6為例，6個月，全礦共發(fā)生維護洗井96井次，有效71井次，實際有效率為73.96%，有6次措施洗井后未恢復(fù)到正常的吸水能力、19次測調(diào)洗井未解決遇阻問題 ，因此說，洗井效果不甚理想。

二、洗井過程中的水力分析

鑒于用靜力學(xué)，靜液柱壓力推導(dǎo)制訂的洗井方案，誤差較大，洗井效果差，今年7月份以來，我們引入了水力學(xué)動態(tài)研究方法，對洗井過程中的水流狀態(tài)進行分析。由于油套環(huán)形空間內(nèi)，油管接箍凸出，造成洗井水在下行過程中產(chǎn)生一系列旋渦，不能形成規(guī)則形式的運動，且沒有實際意義，因此在分析過程中主要討論油管內(nèi)部的水流狀況。

（一） 洗井中油管內(nèi)部流態(tài)分析

1、 流型確定

2、 洗井過程中油管內(nèi)沿程壓力損失的分析

油管內(nèi)有一定的銹蝕和結(jié)垢現(xiàn)象，但考慮到水的沖刷能力不足以改變銹蝕和結(jié)垢形態(tài)，故認為在洗井過程中絕對粗糙程度△基本不變，水的運動粘度也是相對不變，這樣油管內(nèi)沿程阻力系數(shù)λ可按紊流狀態(tài)，v>1.2 m/s（洗井時在1.38～4.14m/s之間）時的經(jīng)驗公式計算，即：λ=0.021/d0.3=0.021/0.0620.3=0.048，這樣沿程水頭損失hf=λ*L/d*v2/2g=0.048*L/d*v2/2g，折算成壓力損失Ph=hf/100，在L、d一定的情況下，hf與v2與正比關(guān)系，設(shè)k=0.048*L/d*1/2g，則公式簡化為hf=kv2（為拋物線方程式），即兩者之間拋物線關(guān)系。

3、 洗井過程中井口油壓的確定

設(shè)洗井時噴量為Q噴，則Q噴=k吸*（P地-P流），由于P流=P油+Pf+P柱，于是Q噴= k吸[P地-（P油+Pf+P柱）]，由于k吸、P柱、P地為定值，流量一定時，Pf也一定，于是Q噴隨P油變化，控制好P油，便可獲得需要的Q噴。

（二） 洗井過程中質(zhì)點速度分析

1、 由于Re=85560-256680>2000，水流為紊流，質(zhì)點呈布郎運動形態(tài)的不規(guī)則運動，瞬間速度大小己方向難以確定，但從宏觀上，油管中水質(zhì)點都在向上運動，平均垂直流速相同，數(shù)值上v=4Q/πd2，顯然v與Q成正比，因此要獲得好的沖刷清洗效果，就必須提高V，因此，應(yīng)盡可能采取大排量洗井。

2、 旋流板的引入 鑒于壓力損失hf=kv2（k=0.048*L/d*1/2g），隨著V的提高，壓力損失hf成平方關(guān)系增加，因此V的增加值受到一定限制，針對這種情況，建議在油管底部（底球上部），安裝旋流導(dǎo)向板，迫使洗井水以螺旋線的形式上升，這時水流質(zhì)點速度u2=v2+（rω）2，其中v為水流平均垂直流速，r為半徑，ω為角速度，顯然ω一定，u隨r變化，在管壁處，r最大、u也最大，沖刷能力最強，其次，由于水流旋轉(zhuǎn)，洗井液中的碎屑、砂粒在離心力的作用下沿管壁運動，從而對污物形成粘附效應(yīng)、摩擦效應(yīng)和擊打效應(yīng)，使污物比較容易脫落，想信會大大提高封隔器、配水器內(nèi)部的清洗效果。旋流板可用4mm不銹鋼板扭成螺旋形（類似麻花鉆，斷面成S形）。長度和螺距可以根據(jù)需要設(shè)計，旋流板的制作須由上級部門協(xié)調(diào)解決，安裝應(yīng)經(jīng)作業(yè)施工方可完成。

三、洗井前必要的分析步驟

1、 首先要認真分析井況，同時確定洗井目地，是解堵地層還是清洗油管，同時準(zhǔn)備如下數(shù)據(jù)：吸水指數(shù)、地層壓力、油管長度、管徑、套管內(nèi)徑等。

2、 選擇合理的進口排量，可參照“三二二一”洗井技術(shù)中推薦的排量選擇。

3、 選擇合理的噴量：結(jié)合出砂程度、吸水指數(shù)、污染程度選擇，在確保解堵油層的同時要避免出砂。

4、 計算油管內(nèi)沿程壓力損失，按Pf=hf/100=λ*L*v2/100d*2g計算，其中v根據(jù)v=4（Q入+Q噴）/πd2計算。

5、 確定合理的井口油壓，按P油=P流-P柱-Pf，P流=P地-Q噴/K吸計算，當(dāng)僅清洗油管洗井時，按Q噴=0代入即可。

6、 確立累計洗井水量，可以結(jié)合以前的洗井資料，及目前的污染程度確定洗井水量的多少。

四、結(jié)論

將流態(tài)研究方法引入洗井工作后，制定洗井方案的依據(jù)更加充分，效果也有顯著提高。在注水系統(tǒng)中，流體為單項流，同一管線直徑一致，方向變化規(guī)則，基本具備水力分析的條件。注水過程中壓力損失、系統(tǒng)效率的計算，井下工具故障的判斷，都可用流態(tài)分析的方法予以研究，加強對水力學(xué)知識的學(xué)習(xí)，可以使我們不斷深化對水流運動規(guī)律的認識，有助于提高注水質(zhì)量。