清砂解堵反洗裝置研制與應用

(中國石化勝利油田分公司 石油工程技術研究院，山東 東營 257000)

勝利海上油田開發初期，以海水為主要注水水源，注入水質礦化度高，泥質含量較高，長期注入過程中，反洗閥底部不斷沉積雜質，最終導致反洗井不通，影響了注水開發效果。同時，反洗閥存在不同程度的腐蝕結垢，底球存在一定的漏失，極大地影響了注水井的分層合格率[1-3]。通過對2013—2017勝利海上油田檢修作業的198口注水井進行統計，因反洗閥漏失、反洗不通原因檢修的注水井39口，占檢修總井數的21%[4-6]。為提高反洗閥密封可靠、實現長期反洗暢通，研發了一種新型清砂解堵沉砂式反洗裝置。

1 反洗裝置結構及工作原理

1.1 結構組成

該反洗裝置主要由外筒、沉砂頂蓋、鉸鏈、彈簧座、彈簧、滾珠、密封球、清潔管、導流管、螺旋葉片、反洗變扣等組成，如圖1所示。

1—外筒；2—沉砂頂蓋；3—鉸鏈；4—彈簧座；5—彈簧；6—滾珠；7—密封球；8—清潔管；9—導流管；10—螺旋葉片；11—反洗變扣。

1.2 工作原理

正常注水時，注入水中的雜質在沉砂頂蓋作用下，能夠在沉積到下端的環空中，有效降低出砂雜質對密封球密封的影響。反洗井作業時，洗井液從反洗變扣錐面孔進入導流管內，頂開密封球，水流通過導流孔流出沖擊清潔管內部的導流葉片，驅動清潔管逆時針旋轉，此時螺旋葉片攪動外環空中結存的砂垢，砂垢受水力虹吸作用，沿流道向上排出。同時，一部分水流沖擊導流葉片后，沖開沉砂頂蓋，向上流動沖洗上部油管等流道。反洗井結束時，沉砂頂蓋在重力作用下慢慢落下，封閉清潔管內腔。密封球在彈簧的作用下，緊緊地置于導流管上端的密封座內，避免井斜或注入雜質的影響，確保注水管柱的整體密封。與目前常用的反洗類工具或者單流閥相比，該反洗裝置不僅能夠沉積注水過程中的雜質，更能夠起到徹底清洗完井油管的作用，解決了閥球被埋、洗井不通以及底球漏失的問題[7]。

2 技術特點及參數

2.1 關鍵技術

1) 定壓密封機構。主要由彈簧座、彈簧、密封球以及清潔管組成，清潔管上端設置與密封球匹配的球座，球座置于沉砂機構的內部，沉砂等雜質不會沉積于球座上邊，保障了密封球與球座之間的密封。經過大量的室內試驗及優選，密封球采用耐酸抗腐蝕性能好、強度高的硬質合金，球座采用超級不銹鋼，表面鍍鉻處理，能夠抵抗強酸腐蝕和大排量反洗液沖蝕，確保水井酸化后反洗裝置密封可靠。

2) 沉砂機構。主要由沉砂頂蓋、鉸鏈、清潔管以及外筒組成，沉砂頂蓋包括兩組半圓錐頂蓋，共同鉸接于清潔管上端，清潔管與外筒組成該裝置的沉砂環空。注水過程中，在沉砂頂蓋作用下，注入水雜質會不斷地下沉，最終積存在沉砂環空中，避免了底球被砂埋，造成反洗井不通的問題。

3) 刮垢清洗機構。主要由清潔管和導流管組成，導流管插在清潔管內，中間通過滾珠活動鏈接。當反洗井時，反洗液能夠沖擊清洗管上端內側的導流葉片，帶動清洗管逆時針旋轉，此時清潔管外側的螺旋葉片攪動裝置環空中結存的砂垢，水力虹吸清砂，砂垢隨水流沿油管排出，達到清砂除垢的目的。

2.2 技術參數

正向密封 30 MPa

反洗開啟壓力 1.2 MPa

適用套管內徑 ≥139.7 mm

3 室內試驗

為驗證清砂解堵反洗裝置清洗除垢、耐酸抗蝕能力，進行了室內試驗，試驗流程如圖2所示。

圖2 室內試驗流程

3.1 清洗除砂性能試驗

將套管置于與地面夾角為45°，關閉套管閘閥，打開油管閘閥，向油管內注入泥質含量為5%的污水，靜置10 min。將電泵連接套管閘閥，向套管內注入油田處理的污水，當油管返水時，記錄反洗裝置的開啟壓力，同時觀察此注入狀態下沉淀池中的泥質含量。然后向油管內注入泥質含量為10%、20%、30%的污水，重復上述試驗過程。試驗表明：該裝置在不同泥質含量下，都能將注入的泥質排出井筒，裝置對注入水質適應性良好。

3.2 耐酸及沖蝕性能試驗

將套管置于與地面夾角為45°，打開油管閘閥及套管閘閥，向套管內注入淡水+12%HCl+2%HF+2%粘土穩定劑+2%緩蝕劑+2%鐵離子穩定劑的土酸溶液，連續反洗10 h以上。停泵后取出反洗裝置內的密封球，觀察密封球的表面是否完好。然后向套管內注入HCl含量為15%、17%、20%的土酸溶液(其他主體含量不變)，重復上述試驗過程。試驗表明：該裝置在不同質量分數的酸液反洗下，密封球表面未發現腐蝕及沖蝕坑點，裝置對耐酸及耐沖蝕適應性較好。

4 現場應用

2016-02，該裝置在勝利油田海洋采油廠CACB11E-6注水井首次試驗并成功應用。截至2018-03，該清砂解堵裝置在勝利油田海洋、現河、孤島等采油廠規模化應用，應用注水井318井次，現場施工一次成功率100%，完井后部分注水井利用電磁式一體化測調儀進行現場測試與驗證，底球不存在漏失，反洗裝置密封性較好。目前，該裝置平均有效期已達300 d以上，井下最長運行時間600 d以上，反洗井狀態正常。解決了疏松砂巖、注聚等各種因素造成底球漏失、反洗井不通的問題，最大程度保障注水井的使用壽命，達到了預期效果[8-10]。

5 結論

1) 清砂解堵裝置設計了沉砂機構，注入雜質能夠不斷沉積在裝置的環空，有效屏蔽了密封球處的雜質，提高了反洗裝置的密封效果。

2) 刮垢清洗機構能夠有效處理環空中結存的砂垢，防止雜質堵塞反洗裝置，確保了反洗井的長期有效暢通。