耐刺損JKP空心配水器的研制與應(yīng)用

胡劍，謝文獻(xiàn)，劉全國，田冰

(中石化勝利油田分公司勝利采油廠，山東 東營 257200)

耐刺損JKP空心配水器的研制與應(yīng)用

胡劍，謝文獻(xiàn)，劉全國，田冰

(中石化勝利油田分公司勝利采油廠，山東 東營 257200)

針對(duì)SC空心配水器在井內(nèi)因凡爾刺損嚴(yán)重導(dǎo)致空心分層注水管柱失效和洗井短路的問題，對(duì)配水器凡爾等關(guān)鍵部件實(shí)施了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，成功研制了耐刺損JKP空心配水器，通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用，該空心配水器壽命提高，大大延長了空心分層注水管柱有效期。

空心配水器；分層注水；耐刺損；洗井

表1 2015年導(dǎo)致注水井空心配水器失效問題調(diào)查

圖1 SC空心配水器工作原理示意圖

勝坨油田含油層系多，井段長，非均質(zhì)性嚴(yán)重，因此分層注水是提高勝坨油田采收率的重要手段。目前勝利采油廠共有分層注水井682口，分注率高達(dá)50.1%，分層注水工藝有空心分注工藝、同心雙管分注工藝、測調(diào)一體化工藝，其中空心分層注水井439口，占分注井的65.2%。空心配水器是空心分注工藝的重要組成部分，因此提高空心配水器壽命，延長空心分注管柱有效期十分必要。

1 SC空心配水器的問題及工作原理

對(duì)2015年勝利采油廠空心配水器失效問題調(diào)查(表1)發(fā)現(xiàn)，造成注水井空心配水器失效的主要問題是凡爾刺損和芯子撈不出，其累計(jì)比例高達(dá)82.7%。

SC空心配水器的工作原理如圖1所示，當(dāng)分層注水管柱停注時(shí)，凡爾在彈簧作用下閉合，可以防止地層水進(jìn)入油管，形成層間竄流；當(dāng)分層注水管柱正常注水時(shí)，注入水通過配水器芯子將壓力作用在凡爾端面上，凡爾壓縮彈簧，上行開啟，此時(shí)可進(jìn)行正常注水。

隨著原油的采出量的不斷增大，水井的日注水量由平均60m3增加至150m3。由式(1)、(2)計(jì)算，配水器出水口水流速度達(dá)到0.013m3/s，是配水器設(shè)計(jì)流速的5倍，配水器結(jié)構(gòu)已經(jīng)不適宜當(dāng)前注水量，易發(fā)生刺損。

出水閥處水流速度計(jì)算公式：

(p1-p2)·S=κ·(χ0-χ)

(1)

(2)

圖 2 SC空心配水器出水凡爾結(jié)構(gòu)圖

SC空心配水器凡爾沒有將出水裝置和密封裝置分開(圖2)，凡爾罩既是出水通道同時(shí)又在停注時(shí)起密封作用。凡爾的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為面與面接觸，密封端面面積為1320mm2，這使得原本就容易刺損的出水處的損壞幾率進(jìn)一步增加，損壞后的凡爾嚴(yán)重影響正常注水，并在停注時(shí)導(dǎo)致配水器無法密封。

2 耐刺損JKP空心配水器的研制

圖3 改進(jìn)后配水器密封裝置示意圖

圖4 出水活塞各部件實(shí)物圖

圖5 出水活塞三級(jí)密封裝置圖

通過添加密封盤根，改進(jìn)凡爾套，形成專門的密封裝置(圖3)，將出水孔和密封裝置分開，減小出水阻力的同時(shí)，避免注水過程中密封裝置受水流沖刷而損壞。

活塞主要由出水孔保護(hù)罩、密封盤根、固定套、調(diào)節(jié)環(huán)以及凡爾套5部分組成(圖4)。工作時(shí)，凡爾套和固定環(huán)組成了由金屬和金屬接觸的第一級(jí)密封裝置，停注時(shí)保證配水器的密封性；同時(shí)密封盤根和凡爾套組成了由橡膠和金屬接觸形成的第二級(jí)密封裝置，由于膠圈的耐刺性能較金屬強(qiáng)，保證了在凡爾套或固定環(huán)刺損后配水器的密封性；另外凡爾套上部設(shè)計(jì)的2級(jí)密封圈通過和中心體接觸，在保證注水時(shí)注入水單向流動(dòng)的同時(shí)，保證配水器的密封性，這是改進(jìn)后配水器的第三級(jí)密封裝置(圖5)。

由保護(hù)罩、密封盤根、固定環(huán)、凡爾罩形成的三級(jí)密封裝置一起組成了出水活塞，實(shí)現(xiàn)了密封裝置和出水通道的分開設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)不僅避免注水時(shí)密封裝置受水流沖擊而損壞，減小了水流阻力，同時(shí)保證了受水流沖刷部分刺損后配水器的密封性能。

3 室內(nèi)驗(yàn)證及現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 室內(nèi)驗(yàn)證

首先出水瞬時(shí)流速控制在0.013m3/s以內(nèi)，試驗(yàn)時(shí)間120h(相當(dāng)于正常注水井單層6個(gè)月的注水量)，出水凡爾處刺痕低于0.01mm，未出現(xiàn)出水凡爾密封失效情況。再將出水凡爾制成有一深為0.2mm周缺口(缺口前沿圓角為0.3mm)的出水孔刺損樣品，測試其密封性能良好。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用

2015年4～12月累計(jì)在209口井中下入耐刺損JKP空心配水器，共計(jì)423套。2015年12月20日對(duì)在井內(nèi)置放半年以上的125套耐刺損JKP空心配水器進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)僅2口井失效，失效率為1.6%。

4 結(jié)論

1)針對(duì)SC空心配水器存在的問題，研制了耐刺損JKP空心配水器，該空心配水器改進(jìn)凡爾套，形成專門的密封裝置，將出水孔和密封裝置分開，減小出水阻力的同時(shí)，避免注水過程中密封裝置受水流沖刷而損壞。

2)通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，耐刺損JKP空心配水器密封性能良好，使用壽命高。

[編輯] 帥群

2016-10-10

胡劍(1988-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事油田注水工作，694318160@qq.com。

TE931

A

1673-1409(2017)11-0094-03

[引著格式]胡劍，謝文獻(xiàn)，劉全國，等.耐刺損JKP空心配水器的研制與應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(11):94～96.