同井采注水工藝及水處理裝置設計

王尊策，王 佳 (東北石油大學機械科學與工程學院，黑龍江 大慶 163318)

同井采注水工藝及水處理裝置設計

王尊策，王 佳 (東北石油大學機械科學與工程學院，黑龍江 大慶 163318)

同井采注水是在同一口井中實現水的產出及水的回注的工藝技術。由于井下液流會攜有固體顆粒，會對井下工具和動力設備過流部件造成不同程度的磨損，使其工作性能下降。在同井采注工藝管柱設計的基礎上，增加了水處理系統，并對水處理系統中可投撈過濾器、螺旋出砂器及沉降出砂裝置進行了設計。

同井；采注水；水處理系統

隨著老區油田可采儲量的下降，零散的低滲透區塊、小規模油田的開采顯得愈加重要。對于只有1口或2口注水井的小區塊、小油田，如果按著常規的注水方法進行注水開發時，需要修建水源、水處理系統、儲水罐、注水泵房、注水流程及輔助設施等，使得地面配套設施多，建站周期長，投資大[1-2]。因此，迫切需要新工藝、新設備，以簡化其工藝流程，節省地面建設的投資。同井采注水技術可實現在注水井內，選擇適合的水層作水源，射開水層，然后下封隔器將水層與油層隔開，再用泵增壓，將水層采出的水在井下直接注入油層。

圖1 同井采注水工藝管柱圖

目前所應用的同井采注水工藝技術，在泵的使用上有很大改進[3]，而在水質的處理方面研究和應用較少，一般采用在井下直接采水后回注。顯然，水里所含的機械雜質將會使井下動力設備和井下工具的工作性能及地層的吸水能力下降。因此，這不但需要對注水工藝進一步改進，還需對井下水處理方式和方法開展研究。

1 同井采注水工藝管柱結構及工作原理

同井采注水工藝管柱圖如圖1所示，其工藝原理為：在倒置潛油電泵抽汲作用下，上層的水首先進入投撈過濾器，濾除較大顆粒的機械雜質后，進入螺旋除砂裝置，經離心除砂和沉降除砂后，達標的水進入泵的入口，經倒置潛油電泵增壓后回注到相應的層段，實現同井采注和水處理的過程，同時進行壓力及溫度的測試。插接接頭的作用是當井下出現砂埋時，可以使主要管柱和井下管柱安全脫開，防止井下事故發生。注水球閥是為了防止過濾器投撈或停泵檢修時注入層的水返吐的裝置。

2 水處理系統設計

可投撈過濾器、螺旋除砂裝置和沉降除砂段組成本工藝的水處理系統。同井采注水技術的關鍵在于水質的保障，如果水質不能保障將會對工藝實施產生嚴重的影響。由于工藝管柱中應用的可投撈過濾器在結構和性能上并不能實現對井下液體中所有尺寸的固體顆粒的濾清，一方面濾清所有的固體顆粒勢必加快投撈的周期；另一方面要想濾清所有介質，其篩網必定很小，將會增大流經過濾器介質的壓力，這不利于增壓回注。因此，該工藝首先通過可投撈除砂器濾除對設備影響較大的固體顆粒，再通過除砂分離裝置和沉降除砂段進一步分離液體中粒徑較小的固體顆粒。

2.1可投撈過濾器

過濾器擬采用不銹鋼編織網，內外有不銹鋼篩管保護器等組成，可直接在井口投入，采用插入式密封在井下直接與配套部件連接。濾網要定期清洗或更換，因此，采用鋼絲投撈更換或清洗過濾網，并考慮在電潛泵上部安裝封隔器，使水層出砂落在封隔器上，避免砂沉積在油套環空內發生起下管柱砂卡。

圖2 可投撈過濾器的結構示意圖

1)過濾器的基本結構 可投撈注水過濾裝置如圖2所示。主要包括防反串結構和過濾結構。防反串結構由拉桿、壓帽、防反串連接體、壓縮彈簧、扭簧、小軸以及凸輪構成，其中防反串連接體上開有供凸輪的凸出端轉動的孔槽、供小軸穿入的軸孔以及位于首尾兩端的聯接螺紋；拉桿底端有凸臺端面，壓縮彈簧串入拉桿外，通過壓帽上的卡槽與拉桿底端的上凸臺限位；小軸與防反串連接體之間為固定聯接，凸輪和扭簧安裝于小軸上，拉桿上帶有凸臺端面的一端與凸輪相接觸，另一端穿過與防反串連接體連接后的壓帽的中心與提撈接頭聯接；過濾結構由上連接體、下連接體、開有進液孔道的濾罩、開有出液孔道的過濾內管以及粗濾網、細濾網組成；其中上連接體、下連接體的上下兩端的內外壁均有供聯接用的內、外螺紋，過濾內管固定聯接于上連接體、下連接體的內壁，濾罩則固定聯接于兩者的外壁，粗濾網與細濾網則依次分布在濾罩與過濾內管之間；上連接體與防反串連接體的下端通過螺紋連接。

2)過濾器的工作原理 投井時，凸輪的狀態如圖2所示，凸輪突出部位與投撈過濾器的軸線保持垂直。當過濾器到達井下位置時，密封管柱插入油管中配套插接管柱中，密封管柱上的密封可防止上下液體串通。此時過濾結構到達配套篩管，凸輪的凸起端與配套篩管的上接頭卡住，過濾裝置不能向上串動。工作時，套管內的水經篩管進入過濾器過濾后，經中心管流出。清洗時，打撈器的打撈接頭與投撈接頭相聯接，向上提拉時，投撈接頭拉動拉桿向上運動，由于凸輪的凸起端被配套篩管卡住，此時，過濾器與井下管柱相對靜止，而只有投撈接頭和拉桿向上運動，當拉桿的凸臺端面與平面完全分離時，凸輪由于扭簧的作用力而回彈，凸輪將向下轉動，凸輪的突出部位收回到防反串連接體內。過濾裝置將會被提撈到地面進行清洗或更換濾網。

2.2螺旋除砂裝置結構

圖3 螺旋除砂裝置示意圖

圖4 沉降除砂裝置

所設計的螺旋除砂裝置如圖3所示。螺旋除砂裝置主要由入液口、旋流分離段、出砂口及出液口組成。其工作原理是利用離心分離的原理，液砂混合物進入螺旋除砂器后，在旋流分離段一起繞螺旋旋轉，在離心場中，重介質砂沿徑向邊壁運動，最后從出砂口排出，輕介質水向中心運動，最后從出液口流走，從而使液砂在離心力的作用下發生相對運動而實現分離。

2.3沉降除砂段的結構

所設計的沉降除砂裝置如圖4所示。沉降除砂段是油管管柱的一段，可根據采出水含砂量的大小確定沉降段的長度尺寸，其結構主要由入口、出液口和沉砂段組成。其工作原理：利用砂的密度大于液體的密度，混合流流動中流向突然發生轉變，固體顆粒慣性效應較大，因此保持原有的運動方向，從而使液固兩相實現分離。

3 結 語

結合目前同井采注水技術現狀，完成同井采注水工藝管柱改進設計，從方案的各個技術環節入手，介紹了工藝管柱的結構特點和工作原理。工藝中增加可投撈過濾器、螺旋除砂器及慣性沉砂段，既能提高了注入水水質，又能降低管線、動力泵等設備磨損，延長泵的使用壽命，為工藝系統高效運行提供了可靠保障。

[1]李杰，史敬華，李如元.小斷塊油藏同井采注水工藝技術研究[J].石油機械，2009，37 (12)：89-91.

[2]宋開利，金有海，辛林濤.勝利油區邊緣區塊同井井下采水注水工藝[J].油氣地質與采收率，2004，11 (5)：71-72.

[3]劉衛紅，李鷹峰，劉現江，等.同井采注電泵機組中倒置泵的研究[J].石油機械，2010，38(6)：76-77.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.027

TE931

A

1673-1409(2012)01-N083-02