注水井總閘門維修放壓導(dǎo)流裝置研究與應(yīng)用

謝芳芳

摘要：注水井總閘門在發(fā)生井口刺漏故障時(shí)，采用常規(guī)方法維修會導(dǎo)致大量井下液體泄漏，對環(huán)境造成污染。采用放壓導(dǎo)流裝置，可經(jīng)過其內(nèi)部封閉、導(dǎo)流作用使井下液體倒入罐車當(dāng)中，進(jìn)行密閉回收，使整個維修過程不發(fā)生泄漏，避免環(huán)境污染事件發(fā)生。

關(guān)鍵詞 注水井;總閘門;滲漏;導(dǎo)流

1、前言

注水井總閘門是井口通往井下的最后一道關(guān)口，如果總閘門損壞進(jìn)行維修的時(shí)候，由于井下壓力無法控制，井底的液體就會流到地面，不但維修困難，還會對地面造成污染。部分注水井地處中心，周圍建筑密集，井位往往位于繁華地區(qū)。特別是基礎(chǔ)井網(wǎng)，地下連通較好，經(jīng)過較長時(shí)間放壓依然會有溢流，所以只能帶水維修。在拆下總閘門大壓蓋后，井下污水就會噴涌而出，維修人員的工服瞬間被污水打透，大量的污水涌向地面。為此，需要通過技術(shù)手段控制井下注入水流向，進(jìn)行集中收集，在不造成污水外排的情況下實(shí)現(xiàn)維修操作。

2、250閘門滲漏的原因及危害

目前，油田注水井所采用的井口大多為250型井口。井口由250閘門、大四通、油管掛、大壓蓋、小四通、卡箍、油套壓裝置等部分組成。使用中會根據(jù)現(xiàn)場操作及防凍等需要，去除其中1-2個250閘門。由于井口連接部位及運(yùn)轉(zhuǎn)部位較多，在使用過程中會發(fā)生各種滲漏現(xiàn)象。在其它部位發(fā)生滲漏時(shí)，可通過改變流程，切斷滲漏部位壓力來源，然后進(jìn)行拆卸維修。而當(dāng)總閘門發(fā)生滲漏時(shí)，維修就較為困難。由于總閘門上部連接小四通，下部連接大四通上部的大壓蓋，注入水從注水干線經(jīng)切斷閥，注水支線到達(dá)配水流程的上、下流閥門，經(jīng)油管閥門后到達(dá)小四通后向下通過總閘門進(jìn)入油管，再經(jīng)各層段配水器進(jìn)入地層，實(shí)現(xiàn)分層注水功能。通過以上注水流程可以看出，注入水經(jīng)過總閘門后，即進(jìn)入油管，流向油層，總閘門下方與油層直接連通，無閥門控制。

2.1 總閘門滲漏產(chǎn)生的危害

而250閘門由于結(jié)構(gòu)原因存在兩處密封點(diǎn)滲漏問題。第一處為閘門大壓蓋與閥體處。此處為兩道∮120mm×3.5mm橡膠密封圈密封，但由于此處屬于靜密封，發(fā)生滲漏幾率較小。第二處為大壓蓋與閘門絲杠處密封。絲杠通過閥門大壓蓋后，里端通過“工”形槽與閘板連接，外端螺紋處與銅套連接，而銅套限位臺階上下分別布置有推力軸承，上軸承外側(cè)通過小壓蓋定位推力軸承及銅套。銅套外部連接手輪，通過旋轉(zhuǎn)手輪帶動銅套旋轉(zhuǎn)。在開閉閥門時(shí)，轉(zhuǎn)動手輪帶動銅套旋轉(zhuǎn)，而銅套內(nèi)螺紋則與絲杠外螺紋配合，帶動絲杠進(jìn)行軸向運(yùn)動，通過絲杠的運(yùn)動帶動閥體內(nèi)部的閘板進(jìn)行上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)閥門的開閉。而絲杠與大壓蓋配合處，為兩道∮35mm×3mm密封圈密封，密封圈鑲嵌于大壓蓋內(nèi)孔凹槽內(nèi)，通過過盈配合實(shí)現(xiàn)密封。但由于密封壓力較高（10Mpa以上），注入水具有一定腐蝕性，且該部位實(shí)現(xiàn)潤滑較難，同時(shí)閘門絲杠在注入水的腐蝕下，容易產(chǎn)生不光潔表面，對密封圈造成磨蝕。所以在閥門開關(guān)過程中，在摩擦腐蝕，密封圈老化等等原因作用下，逐漸形成滲漏現(xiàn)象。在滲漏發(fā)生后，井液延密封部位向外流出，在流經(jīng)推力軸承時(shí)，造成潤滑油乳化失效，軸承部位生銹，形成閥門開關(guān)困難或者閥門開關(guān)不動現(xiàn)場發(fā)生。

2.2 滲漏維修過程中產(chǎn)生的危害

注水井總閘門在維修過程中，由于設(shè)備因素，會造成大量井液泄漏，對環(huán)境產(chǎn)生危害。注水井總閘門通常的維修方式是在維修前先將注水井關(guān)井降壓，即切斷來水閥門，使井口壓力逐漸降低。當(dāng)井口壓力降到一定數(shù)值后，通過連接管線到罐車，對注水井井下壓力進(jìn)行釋放。對于加密井網(wǎng)，在經(jīng)過20-60分鐘的放壓后，井下溢流會逐漸減小，少部分注水井井口會達(dá)到無溢流。此時(shí)在維修總閘門拆卸大壓蓋時(shí)，會有少量井液泄漏。而對于地層連通較好的基礎(chǔ)井網(wǎng)，部分井井下溢流可在10-15分鐘內(nèi)放滿一臺罐車（17m2左右），并且經(jīng)過長時(shí)間放壓，依然無法使溢流量減少至可維修狀態(tài)。此時(shí)在無其它措施的情況下，只能在存在壓力的情況下拆卸總閘門大壓蓋，而從大壓蓋處流出的井液將在短時(shí)間內(nèi)造成大范圍的污染。同時(shí)，由于一定壓力的存在，在拆裝總閘門大壓蓋時(shí)，存在操作安全風(fēng)險(xiǎn)。

3、通過導(dǎo)流裝置實(shí)現(xiàn)無外排維修

在維修過程中，若實(shí)現(xiàn)總閥門在拆卸大壓蓋后，開口部位無污水流出，需要對總閥門閘板以下進(jìn)行分隔，或者將下部液體通過導(dǎo)流方式將導(dǎo)出井外。但由于井下封閉后壓力較大，實(shí)現(xiàn)密封后，在壓力積聚的情況下，需要較高的耐壓等級，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，為此首選分隔導(dǎo)流方式實(shí)現(xiàn)無外排維修。而在井筒密封方面，可借鑒具有較好密封效果的井下封隔器原理。封隔器工作在井下幾百米乃至千米以下，是井下分層注水必需的工具。它通過缸體上的膠筒的壓縮、膨脹實(shí)現(xiàn)對套管內(nèi)壁的密封，分隔各個層段，使注入水按照要求達(dá)到所需的井段，實(shí)現(xiàn)分層注水。如果讓總閘門以下通過封隔器類工具的工作原理，制作專業(yè)導(dǎo)流工具進(jìn)行密封導(dǎo)流，讓井下污水通過內(nèi)部通道繞過總閘門大壓蓋開口部位，即可避免污水外排。

首先，工具可利用封隔器膠筒結(jié)構(gòu)，還要有使膠筒產(chǎn)生壓縮膨脹的內(nèi)筒、外筒。井下封隔器由于在井下數(shù)百米乃至上千米，所以多采用液壓傳遞方式使膠筒產(chǎn)生壓縮膨脹。而此工具在地面使用，可以采用機(jī)械方式進(jìn)行壓縮?；谝陨显恚谱髁俗⑺艍簩?dǎo)流裝置。該裝置由卡箍座、上蓋、手輪、銅套、絲杠、外管、內(nèi)管、膠段、限位拉桿、油壬等部分組成。卡箍座下部可與井口小四通或四通式250閥門的卡箍頭連接?？ü孔喜客搀w側(cè)壁開槽，用于通過60mm外連接管，外連接管與裝置外筒呈90°布置，而且內(nèi)部相互連通。筒體上部連接上蓋，上蓋內(nèi)鑲有銅套、絲杠、手輪，絲杠下部連接裝置外管。外管內(nèi)套入內(nèi)管，內(nèi)、外管尾部為膠筒。該裝置通過操作手輪實(shí)現(xiàn)各種功能。在正常狀態(tài)下，裝置內(nèi)、外筒及膠筒等部件處于收縮狀態(tài)，即自卡箍頭以下尺寸最短。當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)，手輪帶動裝置上蓋內(nèi)的銅套旋轉(zhuǎn)，而銅套通過螺紋與絲杠配合，帶動絲杠產(chǎn)生向下的軸向運(yùn)動，從而帶動絲杠下部連接的外筒、內(nèi)筒及膠筒的同時(shí)向下運(yùn)動。而當(dāng)以上部件向下運(yùn)行90mm后，位于上筒體內(nèi)限位拉桿即發(fā)生了作用，穿過外筒上部頂蓋對內(nèi)筒進(jìn)行限位。此時(shí)再次旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)，內(nèi)筒在限位拉桿的作用下實(shí)現(xiàn)了定位，而外筒在絲杠的軸向壓力的作用下繼續(xù)向下運(yùn)行。而外筒繼續(xù)下行的結(jié)果導(dǎo)致其下部的膠筒在內(nèi)外筒的相對位移壓縮下，產(chǎn)生徑向膨脹。同理，在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手輪時(shí)，在銅套的帶動下，絲杠向上運(yùn)行，首先帶動外筒上行，使內(nèi)外筒之間的壓縮間隙變大，膠筒恢復(fù)原來長度，同時(shí)徑向收縮回位。繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手輪，內(nèi)外筒及膠筒保持上行，直至回到初始位置。

在現(xiàn)場使用時(shí)，先將注水井關(guān)井降壓，關(guān)閉上流閥門及總閘門，打開放空閥門放壓后，卸去小四通上部絲堵，將裝置尾部內(nèi)、外筒下入井內(nèi)，用卡箍將裝置與井口小四通連接（如果是四通式250閘門的則與閘門上部卡箍頭連接），此時(shí)裝置的外筒最下端停留在總閘門閘板以上部位。在裝置外連接管油壬處連接管線至罐車，打開總閘門放壓，此時(shí)井液通過外接管線流入罐車，待井底壓力逐漸降低后，將總閘門開至最大，此時(shí)總閘門內(nèi)部65mm通道完全打開。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)裝置手輪，裝置內(nèi)外筒隨絲杠整體下行。當(dāng)下行至總閘門閘板以下位置后，內(nèi)筒在內(nèi)部限位拉桿的作用下停止下行，而外筒隨絲杠繼續(xù)下行，內(nèi)外筒之間的相對位移壓縮膠套產(chǎn)生徑向膨脹，當(dāng)膨脹直徑達(dá)到總閘門內(nèi)徑時(shí)，即對筒下空間實(shí)現(xiàn)了封閉。此時(shí)井液通過外筒、內(nèi)筒經(jīng)外連接管線油壬接頭、排污管線進(jìn)入罐車，而膠筒所封閉的上部空間內(nèi)則不會有井液經(jīng)過。此時(shí)即可對總閘門的大壓蓋進(jìn)行拆卸，而當(dāng)大壓蓋拆除后，其開口部位由于下部井液來源被切斷并繞道通過，因此整個過程實(shí)現(xiàn)了密閉操作，不會產(chǎn)生井液泄露的現(xiàn)象發(fā)生，避免了地面污染，降低了操作難度。

該裝置投入使用后，通過現(xiàn)場二十余口井的使用，有效防止污水外排，在避免污染的同時(shí)提高工作效率。

4、結(jié)論

通過裝置膠筒的壓縮膨脹功能，對250閘門的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了分隔導(dǎo)流功能，安全有效地將井液導(dǎo)流至地面，規(guī)避了維修操作中污水外排的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及帶壓操作的安全風(fēng)險(xiǎn)，解決了生產(chǎn)中的技術(shù)難題。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒艷霞.采油工藝技術(shù).石油工業(yè)出版社，2006.