恒流偏心配水堵塞器在油田的適用性分析

王連波（大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司）

油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期，穩(wěn)油控水是核心。由于地質(zhì)條件各異，調(diào)配常規(guī)配水堵塞器時(shí)，其中每一級(jí)水嘴的縮放，都會(huì)對(duì)其它層段產(chǎn)生影響，要經(jīng)過(guò)數(shù)次投撈、調(diào)配，才能完成調(diào)配任務(wù)。同時(shí)，注入壓力和油層壓力都會(huì)對(duì)影響注入水量，引起其波動(dòng)，注水效果差。恒流偏心配水堵塞器是一種新型配水工具，為了響應(yīng)油田“精確注水要求”而研發(fā)的，它有成本低、使用方便、井下工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)數(shù)次優(yōu)化改進(jìn)，已適于大面積推廣。

1 恒流堵塞器工作原理

恒流堵塞器外型尺寸與常規(guī)堵塞器一致。它的結(jié)構(gòu)是由閥套、閥芯、護(hù)帽、彈簧、打撈裝置組成。圖1為工作原理圖，其基本原理就是液壓調(diào)速閥的原理[1]，使分層注水量不受注入壓力和地層壓力變化的影響。設(shè)F為一定預(yù)壓縮量的定壓彈簧對(duì)閥芯的彈力，Pa為注水調(diào)速器進(jìn)口處的壓力，Pb為閥芯與閥套內(nèi)腔的壓力，Pc為注水調(diào)速器出口處的壓力，其中ΔР=Pa-Pb，當(dāng)注水調(diào)速器進(jìn)出口壓力變化時(shí)，靠閥芯的左右滑動(dòng)能使ΔР始終與彈簧預(yù)壓縮力F所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同。

圖1 恒流偏心配水堵塞器工作原理圖

式中：Q——層段注入量，m3/d；

μ——流量系數(shù)；

A——孔口面積，m2；

ΔP——孔口前后壓差，MPa；

ρ——流體密度，kg/m3。

如果忽略彈簧力F在這期間的變化，即認(rèn)為ΔP不變，則流經(jīng)薄壁小孔的流量不變，從而達(dá)到恒流配注的目的。以下為恒流堵塞器的常用技術(shù)指標(biāo)：額定配注10 m3/d、流量誤差±15%、啟動(dòng)壓差0.4 MPa、承壓能力35 MPa、最大壓差10 MPa，其中井下有效工作時(shí)間大于6個(gè)月，外型尺寸與665-2偏心配水器配套使用。

閥芯上的過(guò)流孔設(shè)計(jì)成薄壁小孔，流體流經(jīng)薄壁小孔滿足如下公式[2]：

2 恒流堵塞器適用性分析

恒流偏心配水堵塞器有很好的適應(yīng)性，但由于油田區(qū)塊不同，地層、層間和滲透率的各向異性，注水井的層間和單層吸水能力也不相同[3]。另外不同類型的恒流堵塞器啟動(dòng)壓力也相同，在0.4～1.2 MPa，不同類型的堵塞器在區(qū)塊的適用性也不同。因此，找出一種方法確定堵塞器在區(qū)塊的適用性很有必要，能給現(xiàn)場(chǎng)操作人員與指導(dǎo)，會(huì)大大節(jié)省人力、物力。

假定一注水層段的注水指示曲線為線性規(guī)律，其注入動(dòng)態(tài)公式為：

式中：ΔΡ1——注入壓差即堵塞器水咀出口壓，MPa；

K——為吸水指數(shù)的倒數(shù)。

在注水井應(yīng)用恒心配水堵塞器之前，先對(duì)該井測(cè)試一次分層水量。記錄測(cè)試時(shí)油壓、測(cè)試層段的水咀直徑和關(guān)井時(shí)油壓，則測(cè)試時(shí)不計(jì)管線流程損失有如下公式：

式中：Py——測(cè)試時(shí)油壓，MPa；

Pg——關(guān)井時(shí)油壓，MPa。

假設(shè)在該注水層段投入啟動(dòng)壓力為Pq的自動(dòng)水咀，設(shè)其達(dá)到設(shè)計(jì)啟動(dòng)排量q時(shí)的油壓為Pt，由公式（1）、（2）、（3）可以得到如下經(jīng)驗(yàn)公式，公式（1）中流量系數(shù) μ取0.8。

式中：q——設(shè)計(jì)啟動(dòng)排量，m3/d；

Pt——設(shè)計(jì)啟動(dòng)時(shí)油壓，MPa；

d——層段水咀直徑，m；

Pq——水咀啟動(dòng)壓力，MPa。

在計(jì)劃投入恒流堵塞器的注水井先測(cè)一次檢測(cè)水量，要準(zhǔn)確錄取記錄井口的油、泵壓和水表水量，測(cè)試完成后關(guān)井，同時(shí)準(zhǔn)確記錄關(guān)井油壓。根據(jù)第一次測(cè)試的檢測(cè)水量，計(jì)算出各層段視吸水量，再根據(jù)水表水量算出各層段實(shí)際吸水量，記錄在數(shù)據(jù)樣表中。

根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，按照公式（4）計(jì)算出投完水咀后，全井正常注水時(shí)的每個(gè)層段所對(duì)應(yīng)的油壓值。如果每個(gè)層段所求得的油壓值均小于測(cè)試井的泵壓，則該井適用于該型號(hào)的恒流堵塞器，如若不能，即按常規(guī)方法進(jìn)行流量調(diào)配。

統(tǒng)計(jì)已應(yīng)用自動(dòng)水咀的13口井，52個(gè)層段，累計(jì)應(yīng)用59井次，151個(gè)層段，恒流注水效果較好，在各井油壓范圍內(nèi)能滿足其±15%的產(chǎn)品精度要求，也能滿足油田分層注水20 m3/d以下的精度要求（±15%）和20m3/d以上的精度要求（±20%）。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

恒流偏心配水堵塞器在大慶油田進(jìn)行了大范圍的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。下面以在大慶油田某采油廠所選2口試驗(yàn)井為例。

表1為對(duì)2口投入恒流偏心配水堵塞器的試驗(yàn)井進(jìn)行的測(cè)調(diào)周期統(tǒng)計(jì)情況，從表中可以看出，2口井在使用普通堵塞器時(shí)，平均測(cè)調(diào)周期為4個(gè)月左右，而使用恒流堵塞器后，測(cè)調(diào)周期延長(zhǎng)至6個(gè)月左右，延長(zhǎng)50%。

表1 普通堵塞器與恒流堵塞器測(cè)調(diào)周期統(tǒng)計(jì)

表2為1口試驗(yàn)井T48井分層測(cè)試效果。從表中可以看出，該井投入的堵塞器為恒流偏心堵塞器，測(cè)調(diào)日期為兩個(gè)工作日約16 h，調(diào)后各小層檢配水量均復(fù)合設(shè)計(jì)方案要求，是一份合格的測(cè)調(diào)資料。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，大慶油田使用普通偏心配水器的注水井測(cè)調(diào)用時(shí)約為32 h，該井測(cè)調(diào)用時(shí)比地區(qū)平均值降低50%。

表2 T48井分層測(cè)試（落實(shí)）效果

由此可見(jiàn)，應(yīng)用恒流偏心配水堵塞器可大幅縮短注水井測(cè)調(diào)時(shí)間，并延長(zhǎng)注水井測(cè)調(diào)周期。

4 應(yīng)用存在的主要問(wèn)題

4.1 井口油壓波動(dòng)問(wèn)題

在投入恒流堵塞器的13口井中有6口井注水合格，但壓力波動(dòng)較大，有的井甚至每天的壓力波動(dòng)在3～5 MPa，不符合油田公司注水管理標(biāo)準(zhǔn)（每天油壓波動(dòng)不超過(guò)±0.2 MPa）。

解決方法一：將流量精度從原來(lái)15%放寬到20%，能很大程度地減小壓力波動(dòng)，使得壓力波動(dòng)從每天原來(lái)的3～5 MPa，幾天內(nèi)控制在2 MPa以內(nèi)，同時(shí)能滿足配注要求。但這樣的壓力波動(dòng)仍然不符合要求。同時(shí)這樣改進(jìn)后，井口油壓每隔一段時(shí)間就要發(fā)生一次較大的變化，需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)穩(wěn)定。

解決方法二：將壓差范圍從原來(lái)的0～10 MPa（不考慮啟動(dòng)壓力）變?yōu)?～4 MPa，流量誤差范圍為±15%。以2口井進(jìn)行了改進(jìn)后的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的注水井日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，壓力波動(dòng)情況得到根本性控制，完全能夠滿足油田注水標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且所需的穩(wěn)定時(shí)間從原來(lái)的幾個(gè)月縮短到3天左右時(shí)間。

4.2 井間干擾問(wèn)題

由于恒流堵塞器的工作原理所致[4]，使得投入堵塞器的井壓力會(huì)發(fā)生波動(dòng)，會(huì)對(duì)處在同一井網(wǎng)的其它井產(chǎn)生影響，如果會(huì)，那么會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響，基于這一考慮，制定了相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)計(jì)劃。

通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理發(fā)現(xiàn)，其中一組試驗(yàn)井組的壓力波動(dòng)有很大的相關(guān)性，也就是說(shuō)這兩口井之間的壓力波動(dòng)具有很大的相似性，而另外幾組試驗(yàn)井組的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上并沒(méi)有太大的相關(guān)性。通過(guò)分析初步得出結(jié)論，那就是投入恒流堵塞器的井自身的壓力波動(dòng)并不會(huì)引起同一井網(wǎng)中其它井的壓力波動(dòng)，產(chǎn)生壓力波動(dòng)相關(guān)這一井組，很有可能是因?yàn)榕渥佣蜗嗤?，由于地層間的連通性造成的。

4.3 閥芯耐用性問(wèn)題

井下工作環(huán)境惡劣，溫度高，水質(zhì)差，腐蝕性強(qiáng)[5]。這樣就對(duì)自動(dòng)水咀尤其是閥芯的性能提出了很高的要求，即要滿足高硬度、耐高溫、耐腐蝕的要求。通過(guò)一段時(shí)間的查閱資料，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，認(rèn)真分析，初步確定了采用40Cr進(jìn)行滲氮處理。滲氮處理同滲碳比較有很多優(yōu)點(diǎn)，它可以達(dá)到甚至超過(guò)滲碳所能達(dá)到的硬度，同時(shí)又可以提高材料耐腐蝕性。

5 結(jié)論

通過(guò)以上總結(jié)可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

沙漠綠島石西油田

1）恒流偏心配水器理論扎實(shí)、性能良好、操作方便、投資小[6]，不僅能提高油田管理水平，也對(duì)油田開(kāi)發(fā)中后期的穩(wěn)油控水有重要意義。

2）恒流偏心配水堵塞器有很好的適用性，但要根據(jù)適應(yīng)性公式和現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的精度，在一定壓力范圍內(nèi)保證恒流注水要求的同時(shí)，又要滿足注水井管理要求。

3）技術(shù)改進(jìn)后，壓差指標(biāo)為0～4 MPa（不考慮啟動(dòng)壓力），流量誤差為±20%，井口油壓波動(dòng)問(wèn)題得到根本性解決。即通過(guò)降低壓差范圍可以很好地控制井口油壓波動(dòng)，并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況表明，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的恒流堵塞器已經(jīng)完全可以滿足油田注水的需要，并且僅需幾天時(shí)間就可以穩(wěn)定。

4）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明投入恒流堵塞器后并不會(huì)造成管網(wǎng)壓力波動(dòng)，并進(jìn)一步引起到同一管網(wǎng)中的其它井產(chǎn)生壓力波動(dòng)。