防噴注水管柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理分析

摘 要：伴隨著石油持續(xù)被開采，地層儲存的能量持續(xù)被耗損，對應(yīng)油井的產(chǎn)量也持續(xù)減少，更有甚者還會面臨停噴停產(chǎn)，導(dǎo)致地層殘余的大量石油無法被人們開采出來。在傳統(tǒng)的分層注水作業(yè)過程中，常壓作業(yè)起下管柱時(shí)，井底油管內(nèi)返水現(xiàn)象很普遍，管柱提升多高，井液就會噴濺多高，難以接收，不僅噴濺油田作業(yè)員工一身污油污水，還會給周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重污染，嚴(yán)重時(shí)甚至還會危及油田工作人員生命安全。結(jié)合油田注水作業(yè)的實(shí)際情況，分析注水管柱內(nèi)部溢流的原因，針對這一原因，按照“環(huán)空流體不噴濺，管內(nèi)流體不存留”的思路，針對油管、擋球及橋式偏心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對防噴管柱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，分別設(shè)計(jì)上、下封堵泄流器。

關(guān)鍵詞：分層注水;封堵泄流器;防噴泄流

為了防止注水作業(yè)完成后提升管柱過程中管柱內(nèi)液體向上噴濺的情況發(fā)生，需要針對傳統(tǒng)的管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。按照“環(huán)空流體不噴濺，管內(nèi)流體不存留”的思路，針對油管、擋球及橋式偏心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別對管柱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。如圖1所示，是防噴管柱設(shè)計(jì)思路示意圖。

針對以上的思路分析，本文設(shè)計(jì)了一種新的防噴注水管柱，該注水管柱與傳統(tǒng)的注水管柱相比，不僅可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)泄流，還可以實(shí)現(xiàn)防噴功能。該管柱能夠?qū)崿F(xiàn)此功能的主要結(jié)構(gòu)是上部封堵泄流器和下部封堵泄流器。

1.上部封堵泄流器

上部封堵泄流器主要安裝在管柱的最上端，即預(yù)置在套保級封隔器上部。它采用平衡式滑套內(nèi)堵做活塞，因此不影響正常注水，作業(yè)時(shí)實(shí)現(xiàn)封堵及油套連通;直接從井口丟入液力送達(dá)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)堵到達(dá)預(yù)定位置無需其他工具投送;傘形閥設(shè)計(jì)具有雙向作用，起管柱時(shí)既能防噴又能實(shí)現(xiàn)管內(nèi)有效泄流。再次作業(yè)前液力投入內(nèi)堵，利用注水壓力開啟油套間泄流通道及內(nèi)堵泄流通道，傘形閥芯既能封堵井下高壓溢流，又能使上部存水回落。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分巧妙，無需工具投遞就可以達(dá)到其指定的位置。起主要作用的是傘型閥和下面的球閥，當(dāng)傘型閥達(dá)到開啟壓力后，傘型閥打開，油管上面的存水能夠回落，通過油套間的泄流通道流出，而底部的返水無法通過傘型閥，只能通過球閥旁邊的孔流向油套間的泄流通道，傘型閥起單向閥的作用，因此能夠封堵井下高壓溢流，又能使上部存水回落。如下圖所示：

圖2表示的是上部封堵泄流器在整個(gè)分層注水結(jié)構(gòu)中的位置，它安裝在管柱的最上端，也就是在套保級封隔器上部。圖3表示的是上部封堵泄流器的結(jié)構(gòu)簡圖，它主要由上接頭、分流管、外連接套、下接頭、卡簧、防噴閥、泄流閥、主體組成，而起主要防噴泄流作用的是它的防噴閥和泄流閥。在該裝置中防噴閥起到了單向閥的作用，管柱的上部存水能夠回落，而管柱下部的液體則無法向上噴出。圖4表示的是上部封堵泄流器的三維示意圖。

2.下部封堵泄流器

下部封堵泄流器預(yù)置在整個(gè)分層注水管柱底部代替擋球。注水管柱下井后打壓釋放封隔器，同時(shí)解除下井保護(hù)機(jī)構(gòu)，推動(dòng)單向閥進(jìn)入預(yù)定位置;當(dāng)再次注水作業(yè)時(shí)利用加深工序支撐開啟防噴泄流閥;而它的傘形閥芯既能封堵井下高壓溢流，又能使上部存水回落。整個(gè)的工序過程可以分為如上的三部分。下部封堵泄流器在下井時(shí)具有防噴功能，它主要是通過底閥位置的可動(dòng)，來變換功能區(qū)域。當(dāng)封隔器釋放后，它又可以當(dāng)成常規(guī)擋球。傘型閥的設(shè)計(jì)具有雙向作用，當(dāng)再次作業(yè)重新觸發(fā)機(jī)構(gòu)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)防噴和泄流功能。下部封堵泄流器在注水管柱結(jié)構(gòu)中的安裝位置如下圖所示：

圖5表示的是下部封堵泄流器在整個(gè)分層注水結(jié)構(gòu)中的位置，它安裝在管柱的最下端，它除了能夠?qū)崿F(xiàn)防噴泄流外還能夠代替擋球起到阻擋井內(nèi)雜質(zhì)的作用。 圖6表示的是下部封堵泄流器的結(jié)構(gòu)簡圖，它主要由上接頭、外套、保護(hù)結(jié)構(gòu)、防噴閥芯、泄流閥套、伸縮管、雙向閥組成，而起主要防噴泄流作用的是它的防噴閥和泄流閥。在整個(gè)注水作業(yè)中，下部封堵泄流器一直預(yù)置在井底。 圖7表示的是下部封堵泄流器的三維示意圖。

在整個(gè)注水井防噴管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，上部封堵泄流器和下部封堵泄流器是兩個(gè)至關(guān)重要的部件。防噴泄流功能主要是靠它們來實(shí)現(xiàn)的，上部封堵泄流器和下部封堵泄流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性是本章較為關(guān)注的問題。在防噴管柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需對封堵泄流器的安全性、可靠性、使用壽命進(jìn)行合理性分析與驗(yàn)證。在整個(gè)分層注水管柱結(jié)構(gòu)中，各個(gè)工具的安放位置見圖8。

通過油田現(xiàn)場試驗(yàn)，對上部封堵泄流器和下部封堵泄流器的工作壓差、泄流通道開啟壓差、底閥開啟壓差、傘形閥承壓差能力以及存水回落時(shí)間分別進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果進(jìn)行對比，可以知道軟件的仿真精度是可靠的，該管柱的設(shè)計(jì)也是合理的，不僅可以順利實(shí)現(xiàn)分層注水還可以實(shí)現(xiàn)防噴和泄流。

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作者簡介：

楊秋悅（1985.08-），女，漢族，浙江省平湖市人，助理實(shí)驗(yàn)師，學(xué)士，主要從事石油實(shí)訓(xùn)教學(xué)及學(xué)生管理工作。