橋式同心配水器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其在南堡油田的應(yīng)用

魏玲

中國石油冀東油田分公司南堡作業(yè)區(qū)（河北 唐山 063200）

南堡油田注水井井型主要以定向井為主，平均井斜40.9°。隨著油田注水開發(fā)的不斷深入，大斜度井不斷增多，大斜度井分層注水技術(shù)面臨難題[1-3]。常規(guī)偏心定量分層注水技術(shù)由于受井斜因素影響，其投撈測試成功率低[3]。為進(jìn)一步探索大斜度井井下分層注水新途徑[4-8]，形成適應(yīng)性強的分層注水工藝配套技術(shù)[9-14]，滿足油田精細(xì)注水開發(fā)需求，調(diào)研同心分層注水工藝技術(shù)[15-22]，該技術(shù)具有同心對接成功率高等優(yōu)勢，但在現(xiàn)場應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)其存在小配注量測調(diào)不準(zhǔn)確、全關(guān)狀態(tài)下漏失量大和水嘴調(diào)不動等問題。因此，開展了橋式同心分層注水工藝技術(shù)研究，對同心配水器進(jìn)行改進(jìn)，開展室內(nèi)評價實驗并應(yīng)用于礦場，研究形成了一套針對大斜度井的橋式同心分層注水工藝技術(shù)，有力推進(jìn)了南堡油田大斜度井分層注水工藝技術(shù)與應(yīng)用水平的提升。

1 橋式同心配水器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

該技術(shù)的核心是橋式同心配水器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與應(yīng)用實踐，采用“V”字形水嘴設(shè)計和偏心閥設(shè)計，漏失量小，極大地提高了小配注量的測配精度，并且調(diào)節(jié)扭矩小，配水更加容易。

該技術(shù)主要針對同心分層注水工藝技術(shù)存在漏失量大的問題，對水嘴形狀進(jìn)行了改進(jìn)，將“□”字形水嘴設(shè)計為“V”字形水嘴，減小水嘴閥芯和閥套間隙漏失面積，極大地減小了全關(guān)狀態(tài)下的漏失量，且“V”字形水嘴的過流面積增強了小配注量測調(diào)適應(yīng)性。

同時，該技術(shù)解決了測調(diào)扭矩大、調(diào)不動的問題。設(shè)計采用了偏心閥的布局結(jié)構(gòu)，縮小水嘴體積，減小水嘴閥芯和閥套的配合面，密封件摩擦阻力變小；測調(diào)時配水器中心調(diào)節(jié)機構(gòu)連通大齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動位于偏心位置的井下可調(diào)水嘴的閥芯作直線運動，通過閥芯和閥套的相對開度來調(diào)整注水量，在同等壓差條件下，測調(diào)摩擦阻力和調(diào)節(jié)扭矩減小，配水器水嘴更易調(diào)動，測調(diào)成功率高，如圖1所示。

2 橋式同心配水器室內(nèi)實驗

2.1 實驗?zāi)康募皩嶒炘O(shè)備

實驗?zāi)康模簷z測橋式同心配水器的密封性及調(diào)配可靠性。

2.2 密封性實驗數(shù)據(jù)及分析

如圖2所示，關(guān)閉橋式同心配水器可調(diào)水嘴，連接好絲堵和管串，下入模擬井內(nèi)。啟動試壓泵，正打壓逐步升壓至30 MPa 時，穩(wěn)壓30 min，壓降小于1 MPa，符合設(shè)計要求。繼續(xù)提高壓力并進(jìn)行配水器強度實驗，在1.5 倍額定工作壓力下，鋼體無裂紋、無損傷。

圖2 實驗裝置示意圖

2.3 調(diào)節(jié)性能實驗數(shù)據(jù)及分析

2.3.1 調(diào)節(jié)電流及扭矩實驗

檢驗裝置示意圖如圖2 所示，關(guān)閉橋式同心配水器可調(diào)水嘴，連接好絲堵和管串，下入模擬井內(nèi)。在25 MPa 壓差下，啟動測調(diào)儀器，測試其調(diào)節(jié)性能，調(diào)節(jié)電流和扭矩測試結(jié)果分別見表1和表2。

表1 調(diào)節(jié)電流測試數(shù)據(jù)mA

表2 扭矩測試數(shù)據(jù)

通過實驗數(shù)據(jù)可以看出，改進(jìn)后的橋式同心配水器與改進(jìn)前的相比，空載下調(diào)節(jié)扭矩最高降低了54.45%，25 MPa 下調(diào)節(jié)扭矩最高降低了67.95%，有效降低了調(diào)節(jié)扭矩，水嘴更易調(diào)動。

2.3.2 流量調(diào)節(jié)性能實驗

在不同注水壓差下，調(diào)節(jié)橋式同心配水器水嘴開度直至水嘴全開狀態(tài)，根據(jù)水嘴位移與流量壓差計算公式，得出流量-壓差-水嘴位移曲線，如圖3所示。

圖3 流量-壓差-水嘴位移曲線圖

按照圖2要求，在注水壓差10 MPa 下調(diào)節(jié)水嘴開度和注水泵流量，記錄水嘴開度，調(diào)節(jié)到此開度下所用時間及旋轉(zhuǎn)圈數(shù)見表3。

表3 水嘴位移與旋轉(zhuǎn)圈數(shù)關(guān)系

由圖3可知，在注水壓差10 MPa下，調(diào)節(jié)位移從3 mm到10 mm，流量從0到35 m3/d。根據(jù)水嘴位移與旋轉(zhuǎn)圈數(shù)關(guān)系表（表3）可知，水嘴位移從3 mm到10 mm所需調(diào)節(jié)時間為70 s，僅需旋轉(zhuǎn)0.88圈，能夠滿足小流量調(diào)配要求。

2.4 配水穩(wěn)定性能評價實驗數(shù)據(jù)及分析

按照圖2要求，在某一固定開度下，通過改變注入流量，開展10～30 m3/d 配水穩(wěn)定性實驗。表4 為開度2 mm時測得的流量-壓力變化數(shù)據(jù)。

表4 開度2 mm時的流量-壓力變化數(shù)據(jù)

根據(jù)冀東油田注水井資料錄取規(guī)范要求，配水誤差30%以內(nèi)為合格，實驗結(jié)果表明：配注為10 m3/d時，壓差變化0.9 MPa以內(nèi)，流量變化仍可滿足配注要求；配注為20 m3/d 時，壓差變化2.9 MPa 以內(nèi)，流量變化仍可滿足配注要求；配注為30 m3/d 時，壓差變化4.4 MPa以內(nèi)，流量變化仍可滿足配注要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及典型實例

NP11-237 井位于南堡1 號構(gòu)造1-1 區(qū)101X20斷塊構(gòu)造較低部位，人工井底3 731.77 m，最大井斜62.08°，兩級三段橋式同心分層注水管柱。封隔器座封后進(jìn)行驗封測試，驗封儀皮囊座封在第二個配水器處，井口打壓15 MPa，穩(wěn)壓10 min，壓降小于2 MPa判斷封隔器座封合格。驗封合格后下入同心測調(diào)儀工具串進(jìn)行測試調(diào)配。層段配注10、20、20 m3/d，測試調(diào)配后，地面泵壓為22.8 MPa，油壓為13.57 MPa，地面流量調(diào)到50.8 m3/d，實測流量50.8 m3/d時，各段流量分別為12.6、15.4、22.8 m3/d，同Ⅰ、同Ⅱ、同Ⅲ均達(dá)到配注要求。整套工藝從管柱下入、封隔器坐封、試注到封隔器電纜直讀驗封、單層直讀測調(diào)全過程施工順利。

現(xiàn)場還跟蹤了2 口井初次、二次、三次調(diào)配和復(fù)測結(jié)果，見表5，調(diào)配成功率100%；水量穩(wěn)定，經(jīng)過7 個月的注水，3 次測調(diào)之間的流量變化低于15%；測調(diào)順暢、測調(diào)電流為50～80 mA（遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同心配注的150～200 mA），取得了較好的測試調(diào)配試驗效果。

表5 現(xiàn)場試驗井調(diào)配情況表

目前該技術(shù)已在南堡油田作業(yè)區(qū)應(yīng)用58井次，其中最大井斜62.08°，分注段最大井斜49.5°，施工成功率100%，初次測調(diào)成功率100%，測調(diào)成功率89.6%，測調(diào)效率提升2 倍，測試效率相對偏心分注技術(shù)有大幅提高，取得的技術(shù)經(jīng)驗將為該技術(shù)的實施和推廣應(yīng)用提供強有力的借鑒和支撐，為規(guī)模推廣奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

針對常規(guī)同心分注工藝技術(shù)存在的問題，開展了橋式同心分層注水工藝技術(shù)研究與攻關(guān)，對配水器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，室內(nèi)實驗取得良好效果。

1）測調(diào)實驗表明：改進(jìn)后的調(diào)節(jié)電流降至原電流的50%～70%；同等壓差條件下水嘴更易調(diào)動，完全符合測調(diào)需求。

2）現(xiàn)場實踐表明，改進(jìn)后的分層注水工藝技術(shù)3 個月復(fù)測檢配均合格；7 個月后復(fù)測檢配合格率高，配水穩(wěn)定，現(xiàn)場應(yīng)用效果好。

3）橋式同心分層注水工藝技術(shù)擴大了同心分注井的應(yīng)用范圍，解決了調(diào)配精度低的問題，較大限度地發(fā)揮了注水井的高效注水、精細(xì)注水優(yōu)勢，為油田的穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。