注水井總閘門維修放壓導流裝置研究與應用

謝芳芳

摘要：注水井總閘門在發生井口刺漏故障時，采用常規方法維修會導致大量井下液體泄漏，對環境造成污染。采用放壓導流裝置，可經過其內部封閉、導流作用使井下液體倒入罐車當中，進行密閉回收，使整個維修過程不發生泄漏，避免環境污染事件發生。

關鍵詞 注水井;總閘門;滲漏;導流

1、前言

注水井總閘門是井口通往井下的最后一道關口，如果總閘門損壞進行維修的時候，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。特別是基礎井網，地下連通較好，經過較長時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，需要通過技術手段控制井下注入水流向，進行集中收集，在不造成污水外排的情況下實現維修操作。

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。使用中會根據現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轉部位較多，在使用過程中會發生各種滲漏現象。在其它部位發生滲漏時，可通過改變流程，切斷滲漏部位壓力來源，然后進行拆卸維修。而當總閘門發生滲漏時，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切斷閥，注水支線到達配水流程的上、下流閥門，經油管閥門后到達小四通后向下通過總閘門進入油管，再經各層段配水器進入地層，實現分層注水功能。通過以上注水流程可以看出，注入水經過總閘門后，即進入油管，流向油層，總閘門下方與油層直接連通，無閥門控制。

2.1 總閘門滲漏產生的危害

而250閘門由于結構原因存在兩處密封點滲漏問題。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，通過旋轉手輪帶動銅套旋轉。在開閉閥門時，轉動手輪帶動銅套旋轉，而銅套內螺紋則與絲杠外螺紋配合，帶動絲杠進行軸向運動，通過絲杠的運動帶動閥體內部的閘板進行上下運動，實現閥門的開閉。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孔凹槽內，通過過盈配合實現密封。但由于密封壓力較高（10Mpa以上），注入水具有一定腐蝕性，且該部位實現潤滑較難，同時閘門絲杠在注入水的腐蝕下，容易產生不光潔表面，對密封圈造成磨蝕。所以在閥門開關過程中，在摩擦腐蝕，密封圈老化等等原因作用下，逐漸形成滲漏現象。在滲漏發生后，井液延密封部位向外流出，在流經推力軸承時，造成潤滑油乳化失效，軸承部位生銹，形成閥門開關困難或者閥門開關不動現場發生。

2.2 滲漏維修過程中產生的危害

注水井總閘門在維修過程中，由于設備因素，會造成大量井液泄漏，對環境產生危害。注水井總閘門通常的維修方式是在維修前先將注水井關井降壓，即切斷來水閥門，使井口壓力逐漸降低。當井口壓力降到一定數值后，通過連接管線到罐車，對注水井井下壓力進行釋放。對于加密井網，在經過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到無溢流。此時在維修總閘門拆卸大壓蓋時，會有少量井液泄漏。而對于地層連通較好的基礎井網，部分井井下溢流可在10-15分鐘內放滿一臺罐車（17m2左右），并且經過長時間放壓，依然無法使溢流量減少至可維修狀態。此時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間內造成大范圍的污染。同時，由于一定壓力的存在，在拆裝總閘門大壓蓋時，存在操作安全風險。

3、通過導流裝置實現無外排維修

在維修過程中，若實現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行分隔，或者將下部液體通過導流方式將導出井外。但由于井下封閉后壓力較大，實現密封后，在壓力積聚的情況下，需要較高的耐壓等級，存在一定安全風險，為此首選分隔導流方式實現無外排維修。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、膨脹實現對套管內壁的密封，分隔各個層段，使注入水按照要求達到所需的井段，實現分層注水。如果讓總閘門以下通過封隔器類工具的工作原理，制作專業導流工具進行密封導流，讓井下污水通過內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構，還要有使膠筒產生壓縮膨脹的內筒、外筒。井下封隔器由于在井下數百米乃至上千米，所以多采用液壓傳遞方式使膠筒產生壓縮膨脹。而此工具在地面使用，可以采用機械方式進行壓縮。基于以上原理，制作了注水井放壓導流裝置。該裝置由卡箍座、上蓋、手輪、銅套、絲杠、外管、內管、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。卡箍座上部筒體側壁開槽，用于通過60mm外連接管，外連接管與裝置外筒呈90°布置，而且內部相互連通。筒體上部連接上蓋，上蓋內鑲有銅套、絲杠、手輪，絲杠下部連接裝置外管。外管內套入內管，內、外管尾部為膠筒。該裝置通過操作手輪實現各種功能。在正常狀態下，裝置內、外筒及膠筒等部件處于收縮狀態，即自卡箍頭以下尺寸最短。當順時針旋轉手輪時，手輪帶動裝置上蓋內的銅套旋轉，而銅套通過螺紋與絲杠配合，帶動絲杠產生向下的軸向運動，從而帶動絲杠下部連接的外筒、內筒及膠筒的同時向下運動。而當以上部件向下運行90mm后，位于上筒體內限位拉桿即發生了作用，穿過外筒上部頂蓋對內筒進行限位。此時再次旋轉手輪時，內筒在限位拉桿的作用下實現了定位，而外筒在絲杠的軸向壓力的作用下繼續向下運行。而外筒繼續下行的結果導致其下部的膠筒在內外筒的相對位移壓縮下，產生徑向膨脹。同理，在逆時針轉動手輪時，在銅套的帶動下，絲杠向上運行，首先帶動外筒上行，使內外筒之間的壓縮間隙變大，膠筒恢復原來長度，同時徑向收縮回位。繼續逆時針轉動手輪，內外筒及膠筒保持上行，直至回到初始位置。

在現場使用時，先將注水井關井降壓，關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、外筒下入井內，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，此時總閘門內部65mm通道完全打開。順時針旋轉裝置手輪，裝置內外筒隨絲杠整體下行。當下行至總閘門閘板以下位置后，內筒在內部限位拉桿的作用下停止下行，而外筒隨絲杠繼續下行，內外筒之間的相對位移壓縮膠套產生徑向膨脹，當膨脹直徑達到總閘門內徑時，即對筒下空間實現了封閉。此時井液通過外筒、內筒經外連接管線油壬接頭、排污管線進入罐車，而膠筒所封閉的上部空間內則不會有井液經過。此時即可對總閘門的大壓蓋進行拆卸，而當大壓蓋拆除后，其開口部位由于下部井液來源被切斷并繞道通過，因此整個過程實現了密閉操作，不會產生井液泄露的現象發生，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，在避免污染的同時提高工作效率。

4、結論

通過裝置膠筒的壓縮膨脹功能，對250閘門的內部實現了分隔導流功能，安全有效地將井液導流至地面，規避了維修操作中污水外排的環境風險及帶壓操作的安全風險，解決了生產中的技術難題。

參考文獻：

[1]鄒艷霞.采油工藝技術.石油工業出版社，2006.