小排量防反吐同心配水器的試制與應(yīng)用

陳朋剛，趙亞杰，史鵬濤，董 濤，王亞雄

(延長(zhǎng)油田股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)研究中心 陜西 延安 716000)

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)油田分層注水采油技術(shù)不斷發(fā)展完善，形成了以橋式偏心分層配注工藝為代表的分層配注工藝，在國(guó)內(nèi)各大油田得到大范圍應(yīng)用，滿足了不同油藏類(lèi)型不同開(kāi)發(fā)階段的注水采油開(kāi)發(fā)的需要，為油田精細(xì)化分層作業(yè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)[1-3]。由于偏心注水工藝系統(tǒng)中偏心水嘴安裝在偏心配水器內(nèi)的偏心槽內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)形式在進(jìn)行偏心分層流量配注測(cè)試調(diào)配時(shí)，無(wú)論采用鋼絲繩作業(yè)還是電纜投撈作業(yè)[4-6]，都需要精確的機(jī)械導(dǎo)向、定位對(duì)接結(jié)構(gòu)，對(duì)接是側(cè)向傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)效率低。正是由于這種偏心對(duì)接、調(diào)試方式，在大斜度井、深井、多層分注井以及采出水回注井中作業(yè)時(shí)存在水嘴打撈困難、投不進(jìn)、反復(fù)作業(yè)、易堵塞等問(wèn)題，測(cè)調(diào)儀遇阻、遇卡率高，測(cè)調(diào)成功率和工藝整體效率低問(wèn)題。同心注水工藝技術(shù)是為解決偏心注水工藝所存在的問(wèn)題發(fā)展起來(lái)的。同心注水工藝由同心配水器、同心測(cè)調(diào)儀組成的同心分層精細(xì)化注水技術(shù)工藝系統(tǒng)[7-9]，大大提高大斜度井、深井、多層分注井及采出水回注井中水嘴對(duì)接成功率，提高了作業(yè)效率。小排量防反吐同心配水器在針對(duì)延長(zhǎng)油田小注水量需求，在常規(guī)同心配水器的基礎(chǔ)上對(duì)水嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)配水器還增加了防反吐功能，以改善油管內(nèi)注水環(huán)境。

1 技術(shù)分析

小排量防反吐同心配水器是新一代注水工藝系統(tǒng)中井下配水工具的重要組成部分之一。它采用同心遇阻對(duì)接方式，水嘴配水器一體化設(shè)計(jì)方案，能提高測(cè)調(diào)儀井下對(duì)接效率，簡(jiǎn)化井下操作工藝，提高作業(yè)效率。特殊三角形水嘴開(kāi)口滿足小排量注水要求，防反吐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效改善管柱環(huán)境。

1.1 結(jié)構(gòu)

小排量防反吐同心配水器主要由上接頭、本體、外護(hù)筒、調(diào)節(jié)套、活動(dòng)水嘴、防反吐組件、固定水嘴、固定水嘴座、螺環(huán)、下接頭組成，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 工作原理

該小排量防反吐同心配水器與與常規(guī)配水器使用方法一樣。下井之前將之與分層注水管柱連接之前，將配水器水嘴關(guān)死。在管柱與配水器下放到井下預(yù)定位置，向油管注水加壓，使封隔器坐封。在同心注水測(cè)調(diào)時(shí)，使用電纜攜帶同心測(cè)調(diào)儀下放進(jìn)油管內(nèi)，在到達(dá)預(yù)定測(cè)調(diào)層同心配水器上方3～5 m處對(duì)同心測(cè)調(diào)儀進(jìn)行開(kāi)臂操作，測(cè)調(diào)儀定位爪打開(kāi)，然后再繼續(xù)下放儀器，儀器定位爪與配水器本體定位臺(tái)對(duì)接。測(cè)調(diào)儀調(diào)節(jié)頭伸縮塊與配水器調(diào)節(jié)套調(diào)節(jié)槽對(duì)接，調(diào)節(jié)頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)測(cè)調(diào)儀防轉(zhuǎn)塊進(jìn)入本體防轉(zhuǎn)槽內(nèi)，測(cè)調(diào)儀繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活動(dòng)水嘴組件(包括調(diào)節(jié)套和活動(dòng)水嘴)做螺旋運(yùn)動(dòng)，改變活動(dòng)水嘴與固定水嘴上出水口的相對(duì)位置，進(jìn)而改變出水口節(jié)流面積大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)注水量的調(diào)節(jié)。由于橋式過(guò)流通道的存在，當(dāng)前層注水不會(huì)影響下層注水，從而實(shí)現(xiàn)其它層段分層配注的需要。該小排量配水器對(duì)固定水嘴出水口結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)為三角形結(jié)構(gòu)，便于小排量注水需求。同時(shí)增加了防反吐功能設(shè)計(jì)，滿足當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥谧⑺凸軆?nèi)水壓，防反吐組件結(jié)構(gòu)發(fā)生作用，防反吐組件金屬球復(fù)位，阻止地層水或油進(jìn)入油管內(nèi)。同時(shí)停注或壓力波動(dòng)時(shí)，可有效防止污垢、沙礫等堵塞配水器。

圖1 小排量防反吐同心配水器

1.3 主要技術(shù)要求

總長(zhǎng)度640 mm，最大外徑114 mm，最小內(nèi)通徑46 mm，水嘴調(diào)節(jié)行程40 mm，額定工作壓差40 MPa，連接口型2in TBG(1 in=25.4 mm)。

2 關(guān)鍵技術(shù)及特點(diǎn)

2.1 定位對(duì)接防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

該同心配水器的定位方式采用遇阻式定位對(duì)接，該定位結(jié)構(gòu)主要包括定位平臺(tái)、防轉(zhuǎn)槽，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。測(cè)調(diào)儀定位爪開(kāi)臂下放與定位臺(tái)接觸，實(shí)現(xiàn)測(cè)調(diào)儀與配水器的同心對(duì)接。同時(shí)，井下儀器的防轉(zhuǎn)塊限于防轉(zhuǎn)槽內(nèi)結(jié)構(gòu)內(nèi)，防止儀器工作時(shí)儀器自身轉(zhuǎn)動(dòng)，保證測(cè)調(diào)儀與配水器調(diào)節(jié)套之間的相互運(yùn)動(dòng)。此外與對(duì)接臺(tái)一體的支座上有過(guò)流通道設(shè)計(jì)，足夠大的過(guò)流面積可以保證當(dāng)本層注水時(shí)，水還可以沿過(guò)流通道流向下層，以致不影響其它層的不影響對(duì)下層注水層段的注水作業(yè)。

2.2 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是由活動(dòng)水嘴組件和本體上的梯形螺紋連接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圖見(jiàn)圖3所示。測(cè)調(diào)儀與配水器定位臺(tái)對(duì)接后，測(cè)調(diào)儀調(diào)節(jié)頭伸縮塊卡進(jìn)調(diào)節(jié)槽1中，通過(guò)調(diào)節(jié)套與本體上的梯形螺紋做螺旋運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)活動(dòng)水嘴4與固定水嘴發(fā)生相對(duì)位移，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)水嘴相對(duì)固定水嘴的節(jié)流面積的變化，完成調(diào)配任務(wù)。

圖2 定位機(jī)構(gòu)示意圖

圖3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖

2.3 固定水嘴組件結(jié)構(gòu)

固定水嘴組件結(jié)構(gòu)主要有固定水嘴座和固定水嘴及固定環(huán)三部分組成，如圖4所示。固定水嘴座時(shí)安裝固定水嘴的基座，固定水嘴上出水口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定配水器的注水排量的主要因素之一。根據(jù)延長(zhǎng)油田小排量注水要求，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)挠行У某鏊诠?jié)流面積，同時(shí)滿足精細(xì)化注水的要求，以適用于小排量注水要求。小排量固定水嘴結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖4 固定水嘴組件結(jié)構(gòu)

圖5 固定水嘴結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)固定水嘴出水口形狀以及流體力學(xué)的關(guān)系，得出不同壓差及不同出水口開(kāi)度大小下配水器的配注量大小見(jiàn)表1。

表1 不同壓差及不同出水口開(kāi)度大小下配水器的配注量 m3

不同壓差及不同出水口開(kāi)度大小下配水器的配注量曲線見(jiàn)圖6所示。

2.4 防反吐結(jié)構(gòu)

防反吐結(jié)構(gòu)是為防止地層壓力大于管柱壓力時(shí)防止地層液體回流而設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，其固定本體1出水口位置。正常注水作業(yè)時(shí)，管柱壓力大于地層壓力，管柱內(nèi)的水推動(dòng)金屬球4向外擠壓彈簧3，水從金屬球4周?chē)目p隙穿過(guò)從防反吐殼體2的孔中流進(jìn)地層，當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥诠苤苤鶋毫r(shí)，彈簧3恢復(fù)變形，金屬球4堵住孔板5上的出水孔阻止地層液回流。具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

圖6 不同壓差及不同出水口開(kāi)度大小下配水器的配注量曲線

圖7 防反吐結(jié)構(gòu)

3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證情況

小排量防反吐配水器在江蘇油田、長(zhǎng)慶油田、青海油田、克拉瑪依油田、華北油田、大港油田等進(jìn)行了推廣使用，目前使用狀況良好。該類(lèi)型配水器目前在不同井深、井斜中得到使用和驗(yàn)證，其中江蘇油田井深1 800～2 000 m，長(zhǎng)慶油田深井2 000～2 800 m，青海油田井深3 000～4 000 m，克拉瑪依油田井深3 000～4 000 m，華北油田井深1 500～2 000 m，大港油田井深1 500～2 000 m，井斜從20°到55°不等的井中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。注水量從10 m3到30 m3不等注水要求進(jìn)行注水作業(yè)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)其注水合格率達(dá)到了96%，一次對(duì)接成功率達(dá)到95%以上，測(cè)調(diào)調(diào)試時(shí)間3～8 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，橋式同心配水器在小排量、深井、大斜度井、多層分注及采出水回注井中施工作業(yè)方便，成功率高，水嘴調(diào)節(jié)靈活，測(cè)調(diào)精度高。其在長(zhǎng)慶油田實(shí)施作業(yè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

通過(guò)上表可以看出，該型號(hào)配水器滿足不同井斜的注水要求，且滿足小注水量注水井的注水要求，井下測(cè)調(diào)注水注水合格率基本達(dá)到100%。

4 結(jié) 論

1)配水器和可調(diào)水嘴一體化設(shè)計(jì)，無(wú)需鋼絲投撈作業(yè)，配水器與測(cè)調(diào)儀為同心對(duì)接，對(duì)接成率高，適用于大斜度井作業(yè)使用。

2)活動(dòng)水嘴與配水器一體化設(shè)計(jì)，水嘴采用無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)精度高。

3)配水器固定水嘴出水口為窄長(zhǎng)三角形結(jié)構(gòu)，該形狀的出水口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適合更小注水量要求的注水井使用，同時(shí)可保證流量調(diào)節(jié)的高分辨率和精細(xì)化注水要求。

4)水嘴調(diào)節(jié)套具有自動(dòng)脫扣功能，可以有效防止水嘴調(diào)節(jié)套在調(diào)節(jié)套在關(guān)死和完全打開(kāi)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)卡死情況。

5)配水器具有較大過(guò)流通道，本層作業(yè)不影響其它層段的注水作業(yè)，層間抗干擾能力強(qiáng)。

6)配水器長(zhǎng)度短(640 mm)，可適用于小卡距分層注水工藝。

7)防反吐功能有效地阻止了地層壓力大于管柱壓力時(shí)液體逆流的問(wèn)題，減少了后期因井況臟堵塞而進(jìn)行的洗井作業(yè)次數(shù)，提高作業(yè)效率，節(jié)約了作業(yè)成本。

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