免投撈式空心配水器的研制與應(yīng)用

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1、免投撈式空心配水器的研制與應(yīng)用摘要:目前勝利油田軌道式空心配水器年用量在800套以上。這種配水器在現(xiàn)場應(yīng)用過程中,由于井臟、負壓等原因,經(jīng)常出現(xiàn)換向不靈、無法正常注水,以至最后起出管柱重新作業(yè)等問題,增加了作業(yè)成本,延長了作業(yè)占井時間。通過分析,認為造成這種現(xiàn)象的主要原因是機械結(jié)構(gòu)在井下工作可靠性較差。將機械控制式結(jié)構(gòu)改為液壓控制式結(jié)構(gòu),利用坐封過程中控制活塞暫時不越過注水孔,泄壓后彈簧的彈力將注水活塞自動推到注水狀態(tài)的設(shè)計思路,研制成功了免投撈式ZKP型空心配水器,封隔器坐封過程中不用投撈死芯子,簡化了壓縮封隔器管柱完井施工工序,降低了作業(yè)成本,提高了作業(yè)效率和質(zhì)量。到目前為

2、止,現(xiàn)場共應(yīng)用354井次,一次作業(yè)成功率98.7%,注水層段合格率87.2%。關(guān)鍵詞:空心配水器;注水井;芯子;免投撈注水開發(fā)是國內(nèi)油田提高原油采收率的主要方式。由于油層各層系的非均質(zhì)性以及層間差異,只有采取分層注水方式才能有效提高注水效率和油田采收率。配水器就是利用節(jié)流原理調(diào)節(jié)層間矛盾,實現(xiàn)各層的配水作用,是分層注水管柱中的關(guān)鍵設(shè)備,空心配水器的發(fā)展經(jīng)歷了3個主要階段:固定式、活動式和軌道控制式ZJK型。固定式配水器已基本被淘汰,活動式配水器與Y341型封隔器配套使用時,需攜帶死芯子下井,封隔器坐封后,撈出死芯子,投入帶水嘴的配水芯子,轉(zhuǎn)入正常注水,作業(yè)工藝比較復(fù)雜。ZJK型

3、配水器采用了軌道換向機構(gòu),坐封時處于關(guān)閉狀態(tài),封隔器坐封完成后注水通道才能打開,因此可直接攜帶所需水嘴下井。坐封后自動換向,轉(zhuǎn)入正常注水,減少了投撈死芯子的作業(yè)工序。由于井筒處理不徹底,井內(nèi)雜質(zhì)較多以及地層虧空現(xiàn)象嚴重,ZJK型配水器經(jīng)過幾年的現(xiàn)場應(yīng)用,也發(fā)現(xiàn)了一些問題:(1)由于各種原因,ZJK型配水器有時在井下軌道換向不靈活;、(2)由于其外徑較大,不適宜在縮徑井中應(yīng)用;(3)配水器芯子密封件在投撈過程中經(jīng)常脫落,造成再次投送芯子不到位,調(diào)配不成功。為此研制出ZKP型配水器替代ZJK型配水器,較好地滿足了現(xiàn)場需要,提高了作業(yè)效率,同時對注水芯子密封結(jié)構(gòu)進行改進,提高了投撈成

4、功率和配水可靠性。1、結(jié)構(gòu)組成ZKP配水器主要由上接頭、調(diào)節(jié)環(huán)、墊環(huán)、壓簧、中心管、閥體、閥套、控制活塞、擋環(huán)、下接頭、密封圈及芯子總成等零部件組成,見圖1。芯子總成由上壓帽、下壓帽、中心管、壓環(huán)及連體密封圈組成,見圖2。1-上接頭;2一調(diào)節(jié)環(huán);3一墊環(huán);4一壓簧;5一中心管;6一閥體;7一閥套;8一控制活塞;9一擋環(huán):lO一下接頭圖1ZKP配水器結(jié)構(gòu)2工作原理配水器按設(shè)計要求連接在油管上與封隔器一起壓帽連體密封圈中心管壓環(huán)上壓帽圖2芯子總成結(jié)構(gòu)下至設(shè)計位置。封隔器坐封時,從油管內(nèi)加液壓,液壓通過下接頭上的傳壓孔作用到控制活塞上,當(dāng)壓力達到一定值時,剪釘剪斷,控制活塞下行。同時

5、液壓通過配水器中心管上的注水孔作用在閥套上,其有上行的趨勢,但在限位臺階作用下保持不動,在密封圈作用下配水器仍保持密封,從而保證整個管柱的密封性,封隔器坐封完成后,卸掉油管壓力,閥體與閥套在壓縮彈簧作用下下行(無負壓情況下),注水孔與注水通道連通。再次油管加壓,壓力推動閥體,壓縮彈簧上行,實現(xiàn)注水。至此,整個管柱坐封注水一次完成。注水過程中,因測試、反洗井等原因停注時,閥體在彈簧力作用下下行,與閥套形成密封,防止層間串通。3技術(shù)參數(shù)及特點3.1技術(shù)參數(shù)配水器鋼體最大外徑100mm,總長度621mm,控制活塞動作壓力7MPa,開啟壓差0.9MPa,最大工作壓差35MPa,工作溫度

6、≤160qC,兩端聯(lián)接螺紋073mmTBG。芯子通徑見表1。表1ZKP配水器芯子通徑3.2技術(shù)特點3.2.1無軌道,免投撈設(shè)計與ZJK配水器相比,ZKP配水器去掉了軌道,增加了控制活塞,完全能夠?qū)崿F(xiàn)原有配水器的功能,且不存在換向問題,使配水器順利打開,做到坐封時保證整個管柱的密封性,坐封完成后實現(xiàn)注水,從而提高了配水器的工作可靠性。3.2.2配水芯子密封件防脫落設(shè)計目前配水芯子是在整體式本體上開有梯形燕尾槽,安裝三角圈,通過過盈與配水器內(nèi)工作筒形成密封,但其過盈量是固定的,不可調(diào)。投撈過程中,在摩擦及水流的沖刷作用下,芯子膠圈大量脫落,影響了配水準(zhǔn)確性。改進后的配水芯子采用分體

7、式,由螺紋連接,芯子膠圈采用雙聯(lián)異型結(jié)構(gòu),由壓帽、壓環(huán)固定在芯子本體上,完全限制了密封膠圈的自由動作,不但較好地防止了密封圈的脫落,而且其過盈量可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié),確保了水嘴控制注水量的可靠性。配水芯子結(jié)構(gòu)改進后,完全解決了芯子膠圈脫落問題,提高了投撈測試成功率。其結(jié)構(gòu)對比見圖3。圖3改進前后配水芯子結(jié)構(gòu)對比圖4現(xiàn)場應(yīng)用ZKP配水器研制成功以后,共進行了354口井的現(xiàn)場試驗,不用投撈死芯子實現(xiàn)了封隔器的一次坐封,坐封完成后直接轉(zhuǎn)入正常注水,一次完井成功率98.7%,配注合格率87.2%,取

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