恒流偏心配水堵塞器在油田的適用性分析

王連波（大慶油田測試技術服務分公司）

油田開發(fā)進入中后期，穩(wěn)油控水是核心。由于地質(zhì)條件各異，調(diào)配常規(guī)配水堵塞器時，其中每一級水嘴的縮放，都會對其它層段產(chǎn)生影響，要經(jīng)過數(shù)次投撈、調(diào)配，才能完成調(diào)配任務。同時，注入壓力和油層壓力都會對影響注入水量，引起其波動，注水效果差。恒流偏心配水堵塞器是一種新型配水工具，為了響應油田“精確注水要求”而研發(fā)的，它有成本低、使用方便、井下工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點，經(jīng)過數(shù)次優(yōu)化改進，已適于大面積推廣。

1 恒流堵塞器工作原理

恒流堵塞器外型尺寸與常規(guī)堵塞器一致。它的結構是由閥套、閥芯、護帽、彈簧、打撈裝置組成。圖1為工作原理圖，其基本原理就是液壓調(diào)速閥的原理[1]，使分層注水量不受注入壓力和地層壓力變化的影響。設F為一定預壓縮量的定壓彈簧對閥芯的彈力，Pa為注水調(diào)速器進口處的壓力，Pb為閥芯與閥套內(nèi)腔的壓力，Pc為注水調(diào)速器出口處的壓力，其中ΔР=Pa-Pb，當注水調(diào)速器進出口壓力變化時，靠閥芯的左右滑動能使ΔР始終與彈簧預壓縮力F所產(chǎn)生的壓強相同。

圖1 恒流偏心配水堵塞器工作原理圖

式中：Q——層段注入量，m3/d；

μ——流量系數(shù)；

A——孔口面積，m2；

ΔP——孔口前后壓差，MPa；

ρ——流體密度，kg/m3。

如果忽略彈簧力F在這期間的變化，即認為ΔP不變，則流經(jīng)薄壁小孔的流量不變，從而達到恒流配注的目的。以下為恒流堵塞器的常用技術指標：額定配注10 m3/d、流量誤差±15%、啟動壓差0.4 MPa、承壓能力35 MPa、最大壓差10 MPa，其中井下有效工作時間大于6個月，外型尺寸與665-2偏心配水器配套使用。

閥芯上的過流孔設計成薄壁小孔，流體流經(jīng)薄壁小孔滿足如下公式[2]：

2 恒流堵塞器適用性分析

恒流偏心配水堵塞器有很好的適應性，但由于油田區(qū)塊不同，地層、層間和滲透率的各向異性，注水井的層間和單層吸水能力也不相同[3]。另外不同類型的恒流堵塞器啟動壓力也相同，在0.4～1.2 MPa，不同類型的堵塞器在區(qū)塊的適用性也不同。因此，找出一種方法確定堵塞器在區(qū)塊的適用性很有必要，能給現(xiàn)場操作人員與指導，會大大節(jié)省人力、物力。

假定一注水層段的注水指示曲線為線性規(guī)律，其注入動態(tài)公式為：

式中：ΔΡ1——注入壓差即堵塞器水咀出口壓，MPa；

K——為吸水指數(shù)的倒數(shù)。

在注水井應用恒心配水堵塞器之前，先對該井測試一次分層水量。記錄測試時油壓、測試層段的水咀直徑和關井時油壓，則測試時不計管線流程損失有如下公式：

式中：Py——測試時油壓，MPa；

Pg——關井時油壓，MPa。

假設在該注水層段投入啟動壓力為Pq的自動水咀，設其達到設計啟動排量q時的油壓為Pt，由公式（1）、（2）、（3）可以得到如下經(jīng)驗公式，公式（1）中流量系數(shù) μ取0.8。

式中：q——設計啟動排量，m3/d；

Pt——設計啟動時油壓，MPa；

d——層段水咀直徑，m；

Pq——水咀啟動壓力，MPa。

在計劃投入恒流堵塞器的注水井先測一次檢測水量，要準確錄取記錄井口的油、泵壓和水表水量，測試完成后關井，同時準確記錄關井油壓。根據(jù)第一次測試的檢測水量，計算出各層段視吸水量，再根據(jù)水表水量算出各層段實際吸水量，記錄在數(shù)據(jù)樣表中。

根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，按照公式（4）計算出投完水咀后，全井正常注水時的每個層段所對應的油壓值。如果每個層段所求得的油壓值均小于測試井的泵壓，則該井適用于該型號的恒流堵塞器，如若不能，即按常規(guī)方法進行流量調(diào)配。

統(tǒng)計已應用自動水咀的13口井，52個層段，累計應用59井次，151個層段，恒流注水效果較好，在各井油壓范圍內(nèi)能滿足其±15%的產(chǎn)品精度要求，也能滿足油田分層注水20 m3/d以下的精度要求（±15%）和20m3/d以上的精度要求（±20%）。

3 現(xiàn)場應用情況

恒流偏心配水堵塞器在大慶油田進行了大范圍的現(xiàn)場試驗。下面以在大慶油田某采油廠所選2口試驗井為例。

表1為對2口投入恒流偏心配水堵塞器的試驗井進行的測調(diào)周期統(tǒng)計情況，從表中可以看出，2口井在使用普通堵塞器時，平均測調(diào)周期為4個月左右，而使用恒流堵塞器后，測調(diào)周期延長至6個月左右，延長50%。

表1 普通堵塞器與恒流堵塞器測調(diào)周期統(tǒng)計

表2為1口試驗井T48井分層測試效果。從表中可以看出，該井投入的堵塞器為恒流偏心堵塞器，測調(diào)日期為兩個工作日約16 h，調(diào)后各小層檢配水量均復合設計方案要求，是一份合格的測調(diào)資料。經(jīng)統(tǒng)計，大慶油田使用普通偏心配水器的注水井測調(diào)用時約為32 h，該井測調(diào)用時比地區(qū)平均值降低50%。

表2 T48井分層測試（落實）效果

由此可見，應用恒流偏心配水堵塞器可大幅縮短注水井測調(diào)時間，并延長注水井測調(diào)周期。

4 應用存在的主要問題

4.1 井口油壓波動問題

在投入恒流堵塞器的13口井中有6口井注水合格，但壓力波動較大，有的井甚至每天的壓力波動在3～5 MPa，不符合油田公司注水管理標準（每天油壓波動不超過±0.2 MPa）。

解決方法一：將流量精度從原來15%放寬到20%，能很大程度地減小壓力波動，使得壓力波動從每天原來的3～5 MPa，幾天內(nèi)控制在2 MPa以內(nèi)，同時能滿足配注要求。但這樣的壓力波動仍然不符合要求。同時這樣改進后，井口油壓每隔一段時間就要發(fā)生一次較大的變化，需要更長的時間來穩(wěn)定。

解決方法二：將壓差范圍從原來的0～10 MPa（不考慮啟動壓力）變?yōu)?～4 MPa，流量誤差范圍為±15%。以2口井進行了改進后的現(xiàn)場試驗，經(jīng)過一個多月的注水井日報數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，壓力波動情況得到根本性控制，完全能夠滿足油田注水標準的要求，并且所需的穩(wěn)定時間從原來的幾個月縮短到3天左右時間。

4.2 井間干擾問題

由于恒流堵塞器的工作原理所致[4]，使得投入堵塞器的井壓力會發(fā)生波動，會對處在同一井網(wǎng)的其它井產(chǎn)生影響，如果會，那么會產(chǎn)生怎樣的影響，基于這一考慮，制定了相應的現(xiàn)場試驗計劃。

通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理發(fā)現(xiàn)，其中一組試驗井組的壓力波動有很大的相關性，也就是說這兩口井之間的壓力波動具有很大的相似性，而另外幾組試驗井組的監(jiān)測數(shù)據(jù)上并沒有太大的相關性。通過分析初步得出結論，那就是投入恒流堵塞器的井自身的壓力波動并不會引起同一井網(wǎng)中其它井的壓力波動，產(chǎn)生壓力波動相關這一井組，很有可能是因為配注層段相同，由于地層間的連通性造成的。

4.3 閥芯耐用性問題

井下工作環(huán)境惡劣，溫度高，水質(zhì)差，腐蝕性強[5]。這樣就對自動水咀尤其是閥芯的性能提出了很高的要求，即要滿足高硬度、耐高溫、耐腐蝕的要求。通過一段時間的查閱資料，現(xiàn)場調(diào)研，認真分析，初步確定了采用40Cr進行滲氮處理。滲氮處理同滲碳比較有很多優(yōu)點，它可以達到甚至超過滲碳所能達到的硬度，同時又可以提高材料耐腐蝕性。

5 結論

通過以上總結可以得出以下幾點結論：

沙漠綠島石西油田

1）恒流偏心配水器理論扎實、性能良好、操作方便、投資小[6]，不僅能提高油田管理水平，也對油田開發(fā)中后期的穩(wěn)油控水有重要意義。

2）恒流偏心配水堵塞器有很好的適用性，但要根據(jù)適應性公式和現(xiàn)場情況選擇合適的精度，在一定壓力范圍內(nèi)保證恒流注水要求的同時，又要滿足注水井管理要求。

3）技術改進后，壓差指標為0～4 MPa（不考慮啟動壓力），流量誤差為±20%，井口油壓波動問題得到根本性解決。即通過降低壓差范圍可以很好地控制井口油壓波動，并且根據(jù)現(xiàn)場試驗情況表明，經(jīng)過改進的恒流堵塞器已經(jīng)完全可以滿足油田注水的需要，并且僅需幾天時間就可以穩(wěn)定。

4）通過現(xiàn)場試驗證明投入恒流堵塞器后并不會造成管網(wǎng)壓力波動，并進一步引起到同一管網(wǎng)中的其它井產(chǎn)生壓力波動。