注水井液體流向控制技術研究

李英 鄒志恒 梁曉軍

摘要：注水開發的油田是采用水驅油驅替方式開發油田的，隨著油田開發進入中后期，小層變化復雜、含水高、注采系統不完善，平面矛盾、層間矛盾、層內矛盾突出，井況也相對復雜，油井含水上升，注水效果變差。近幾年來，各油田針對開發中后期出現的諸多問題，采取了各種對策。在注水井管理中，為保護井筒，延長分注有效期，在注水井井口安裝單流閥是為了有效預防因系統壓力波動而造成井筒、地層壓力激動、管柱蠕動等問題，從而導致井筒損壞、地層出砂、分注管柱失效。該論文結合注水井單流閥現場使用情況，開展了注水井壓力變化分析、液體流向控制技術探究，通過對現場實際情況總結、分析和系統研究，形成了注水井現場管理的方法和思路，對提高注水井管理和地質開發工作有著重要意義。

關鍵詞：油田;注水開發;注水井

通過現場調查和了解，吉林油田所有注水井井口大部分無單流閥控制，系統壓力波動導致注水井生產中出現各種問題無法預防的同時，還會出現以下兩種情況，一是注水管線穿孔發生泄漏后，注入壓力小于地層壓力，造成注水井內油、水回流，通過泄漏孔釋放于田野間，造成環境污染事故。二是因注水站種種原因，注入壓力小于地層壓力后，注水井內原油會回流至注水管線內，嚴重時會造成管線凝固事故。因此，設計一種簡易高效、便于維修的流體方向控制閥對注水井來說具有深遠的意義。

1注水井壓力波動造成的影響

1.1注水井注不進水。油田能否長期保持高產穩產，獲得較高的采收率與油層三大矛盾的處理好壞有著很大關系，在油層內水驅油的過程又是體積的驅替過程和能量的補給過程。注水井能實現有效注水的條件是流壓必須大于靜壓。油田在開發后期，地層能量在不斷耗損，油層壓力逐漸下降，引起注水壓差發生變化，當注水壓力發生變化或是油層壓力上升都會使注水壓差變小、相等甚至出現負值。從而導致注水井注不進水，嚴重影響注采平衡。

1.2使油層狀態發生改變。壓力穩定會使油層、油水井保持在一個良好的狀態下進行油田開發生產。壓力平衡是注采平衡的衡量標準和表現，合理的注采壓力系統可最大程度地發揮出油層生產能力，當壓力發生變化，破壞了油層原有的狀態，加劇了油層本身存在的矛盾，液體反向流動，從而對管線產生一定沖擊，這種不良循環過程相應地會造成油層激動出砂。

2市場購置單流閥結構原理及存在的問題

2.1結構原理

單流閥主要用于壓井管匯，控制壓井液或其它液體，只能向井內注入，而不能回流，以達到壓井和其它作業的目的。市場購置單流閥以卡箍連接或法蘭連接的方式連接在注水井來水流程上，注水時，來水利用壓差推開閥芯、壓縮彈簧注入井內，當系統壓力波動時，井底壓力大于來水壓力，在彈簧的作用下，閥芯回落在錐形密封面上，實現井筒、井底的壓力穩定。

2.2存在的問題

（1）彈簧是易損件，長時間工作易疲勞、腐蝕斷裂而失效：（2）閥腔進入焊渣后易卡死彈簧，導致單流閥失效：（3）彈簧具有一定的撐頂彈力，會增加注水設備的工作負荷，造成能源的浪費：（4）閥芯上下面積造成截壓，注水壓差小會出現打不開現象：（5）內部止回部件無法拆卸維修，止回功能失效后，需整體更換，增加了成本費用的支出。

3便修式注水井雙控單流閥的研制

針對市場上的單流閥存在的上述問題，我們設計研制了《便修式注水井雙控單流閥》。為了減少該裝置應用后給崗位工人帶來的工作量，除具備單流閥本身的功能外，主要是必須達到崗位工人自己能夠維修的目的。因此，在結構上進行了8次改進，有獨特的維修工具。該單流閥靠介質的壓力來實現閥芯和閥體之間的金屬對金屬密封，介質壓力越大，密封越好。閥腔內任何時候都能承受管線壓力，安全可靠，解決了市場上所銷售單流閥存在的所有問題。

3.1便修式注水井雙控單流閥的結構

主要由正注連接管、反注連接管、主殼體、密封座、密封球、頂架罩、高壓聚氨酯密封圈組成。此閥體為合金鋼鍛件加工而成，具有較強的機械性能。閥蓋和閥體采用螺栓連接，密封件為閥蓋上的密封圈與閥體內壁密封，密封性能可靠。它使閥蓋和閥體的裝配間隙很小，從而減小腐蝕介質對螺栓和螺孔的侵蝕并減少了螺栓載荷。閥芯和閥體密封面堆焊硬質合金，使之具有良好的耐磨性和抗腐蝕性能，閥芯材料要用防硫鋼，其它零件采用限制硬度的方法，因而該閥可在含 H2S的環境中使用。并有泄壓裝置，可以自行清理并維修。

3.2便修式注水井雙控單流閥的工作原理

便修式注水井雙控單流閥以焊接聯結的方式連接在正、反注水來水流程上，注水時，來水進入主殼體內，利用壓差，克服密封球自重，注入井內。當系統壓力波動或注水井因故停注后，井底壓力大于來水壓力，在密封球自重和壓差的作用下，密封球自然回落在密封座的錐形密封面上，阻止地層液體返回地面注水管線內，實現井底、井筒的壓力穩定，地層不會產生激動出砂，停住后能順利重新開井注水，避免注水井因故停注后產生的各種損失和對油井生產的影響。

4.現場應用

該裝置經過八次改進，形成了最終實施方案，通過一年來在五口注水井上的現場實驗，在系統壓力不穩定的情況下，有效地控制了注入水的反流，減少了更多的雜質流入井底，污染油層，達到了預期的效果。從生產數據上可以看出，應用了該裝置的注水井，減少了當年的洗井次數，減少了注水井的修井次數，綜合以上情況，單井年可創效1.5萬元，隊年創效20萬元，如果從開發資料錄取及時性考慮，創造的效益不可估量。

注水井雙控單流閥經過安全部門的現場壓力測試，符合有關制度要求，可以在生產中投入使用。同時配備了安全操作規程、安裝說明書、使用說明書、維修手冊等相關資料。目前已經在全廠七個采油隊32口注水井進行了現場應用，應用半年來沒有發生任何問題，是注水井管理的好幫手。

結束語：在目前我國注水井開發過程中，需要對注水井地面及井下管柱等情況進行綜合分析及診斷，掌握實時的注水情況。注水井管理是油田地質開發工作的重中之重，注采平衡是油田合理開發的重要依據。為了加強注水井管理，合理控制注水系統發生異常時對注水管線及油層產生的影響，在注水井井口流程上安裝了注水井雙控單流閥。該單流閥的應用，有效解決了注水井管理中存在的一些問題，規避了注水工作中的一些風險，確保了注水井科學、有效注水，并且為我們解決注水井生產中出現的難題，積累了豐富的經驗。