小排量防反吐同心配水器的试制与应用

• 66 •PETROLEUM TUBULAR GOODS&INSTRUMENTS2018 年 2 月•仪器设备与应用•
小排量防反吐同心配水器的试制与应用
陈朋刚，赵亚杰，史鹏涛，董涛，王亚雄
(延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心陕西延安716000)
摘要：由于偏心注水测调系统在深井、大斜度井、多层分注井及采出水回注井中存在偏心水嘴打捞困难、对接成功率低、反复作业、易堵塞，偏心测调仪遇阻率高，测调成功率和工艺整体效率低等问题，不能满足油田高效、精细化注水要求。

小排量防反吐同心配水器是针对偏心注水工艺存在问题而推出的同心注水工艺中一种取代偏心配水器和偏心水嘴而设计的新一代配水器。

该配水
器具有较大的桥式过流通道满足多层注水要求，同心对接方式对接成功率高，一体化无级调节水嘴结构设计操作流程简单，防反吐结构功能设计可有效的改善油管内注水环境。

该配水器在长庆油田、克拉玛依油田、华北油田、大港油田进行了推广使用，使用效
果良好，实验对接成功率100%，一次测试调节成功率90%以上，平均单井测调时间为8 h，实践表明该配水器具有极大的市场推广价值。

关键词:桥式同心；配水器;无级调节；同心对接;防反吐
中图法分类号:TE934.1 文献标识码:A 文章编号:2096 -0077(2018)01 -0066 -04
D O I：10.19459/j. cnki. 61 - 1500/te. 2018.01.016
Trial Production and Application of Small Displacement
Anti-backflow Concentric Water Distributor
CHEN Penggang, ZHAO Yajie, SHI Pengtao, DONG Tao,WANG Yaxiong
{Exploration and Development Technology Research Center of Yanchang Oil Field Co. Ltd., Yanfan, Shaanxi 716000, China)
A bstract：In the deep wells, large gradient wells, multi-layer injection wells and recovery of water injection wells, the eccentric nozzle is difficult to salvage in the eccentric water injection system, and the docking success rate is low, the repeated operations are needed, it is easy to plug, the eccentric measuring instrument resistance is high, the measured success rate and the overall efficiency of the process are low, which can not meet the oil field efficiency and the fine water requirements. The small displacement anti-backflow concentric water dis­tributor is the new generation of water distributor designed to replace the eccentric water distributor and eccentric nozzle with concentric wa­ter injection technology. The water distributor has a large bridge eccentric water channel to meet the requirements of multi-layer water injec­tion. The water distributor adopts the concentric docking method, and the docking success rate is high. It is simple to design and operate the water nozzle structure without stage. Anti-backflow structure design can effectively improve the tubing water injection environment. The water distributors are used with good results in the Changqing Oilfield, Karamay Oilfield, North China Oilfield, Dagang Oilfield, the experi­mental docking success rate is 100% , a test adjustment success rate is more than 90% , the average single well measurement time is 8 hours. The practice shows that the water separator has a great market value.
Key words：bridge concentric；water distributor；stepless adjustment；concentric docking；anti-backflow
〇引言
随着国内油田分层注水采油技术不断发展完善，形 成了以桥式偏心分层配注工艺为代表的分层配注工艺，在国内各大油田得到大范围应用，满足了不同油藏类型 不同开发阶段的注水采油开发的需要，为油田精细化分层作业奠定了技术基础[1_3]。

由于偏心注水工艺系统 中偏心水嘴安装在偏心配水器内的偏心槽内，这种结构 形式在进行偏心分层流量配注测试调配时，无论采用钢 丝绳作业还是电缆投捞作业[4-6]，都需要精确的机械导 向、定位对接结构，对接是侧向传动结构复杂，传动效率 低。

正是由于这种偏心对接、调试方式，在大斜度井、深 井、多层分注井以及采出水回注井中作业时存在水嘴打
第一作者简介:陈朋刚，男，1980年生，工程师，2007年毕业于西安石油大学油气田开发工程专业，获学士学位，现主要从事油田注水开发 研究工作。

E-mail: chenpenggang369@ 163 • com
2018年第4卷第1期陈朋刚等:小排量防反吐同心配水器的试制与应用• 67 •
捞困难、投不进、反复作业、易堵塞等问题，测调仪遇阻、遇卡率高，测调成功率和工艺整体效率低问题。

同心注 水工艺技术是为解决偏心注水工艺所存在的问题发展 起来的。

同心注水工艺由同心配水器、同心测调仪组成 的同心分层精细化注水技术工艺系统[7_9]，大大提高大 斜度井、深井、多层分注井及采出水回注井中水嘴对接 成功率，提高了作业效率。

小排量防反吐同心配水器在 针对延长油田小注水量需求，在常规同心配水器的基础 上对水嘴结构进行优化，同时配水器还增加了防反吐功 能，以改善油管内注水环境。

1技术分析
小排量防反吐同心配水器是新一代注水工艺系统 中井下配水工具的重要组成部分之一。

它采用同心遇阻对接方式，水嘴配水器一体化设计方案，能提高测调 仪井下对接效率，简化井下操作工艺，提高作业效率。

特殊三角形水嘴开口满足小排量注水要求，防反吐结构 设计有效改善管柱环境。

1.1结构
小排量防反吐同心配水器主要由上接头、本体、外 护筒、调节套、活动水嘴、防反吐组件、固定水嘴、固定水 嘴座、螺环、下接头组成，结构图如图1所示。

1.2工作原理
该小排量防反吐同心配水器与与常规配水器使用 方法一样。

下井之前将之与分层注水管柱连接之前，将 配水器水嘴关死。

在管柱与配水器下放到井下预定位 置，向油管注水加压，使封隔器坐封。

在同心注水测调 时，使用电缆携带同心测调仪下放进油管内，在到达预
定测调层同心配水器上方3〜5 m处对同心测调仪进行 开臂操作，测调仪定位爪打开，然后再继续下放仪器，仪 器定位爪与配水器本体定位台对接。

测调仪调节头伸 缩块与配水器调节套调节槽对接，调节头继续旋转带动 测调仪防转块进入本体防转槽内，测调仪继续转动带动 活动水嘴组件(包括调节套和活动水嘴)做螺旋运动，改 变活动水嘴与固定水嘴上出水口的相对位置，进而改变 出水口节流面积大小，实现对注水量的调节。

由于桥式 过流通道的存在，当前层注水不会影响下层注水，从而 实现其它层段分层配注的需要。

该小排量配水器对固 定水嘴出水口结构进行优化改进为三角形结构，便于小 排量注水需求。

同时增加了防反吐功能设计，满足当地 层压力大于注水井油管内水压，防反吐组件结构发生作 用，防反吐组件金属球复位，阻止地层水或油进入油管 内。

同时停注或压力波动时，可有效防止污垢、沙砾等 堵塞配水器。

1.3主要技术要求
总长度640 mm，最大外径114 mm，最小内通径46 mm，水嘴调节行程40 mm，额定工作压差40 MPa,连接口型 2%inTBG(l in=25.4mm)。

2关键技术及特点
2.1定位对接防转机构
该同心配水器的定位方式采用遇阻式定位对接，该 定位结构主要包括定位平台、防转槽，结构图如图2所 示。

测调仪定位爪开臂下放与定位台接触，实现测调仪 与配水器的同心对接。

同时，井下仪器的防转块限于防 转槽内结构内，防止仪器工作时仪器自身转动，保证测 调仪与配水器调节套之间的相互运动。

此外与对接台 一体的支座上有过流通道设计，足够大的过流面积可以 保证当本层注水时，水还可以沿过流通道流向下层，以致不影响其它层的不影响对下层注水层段的注水作业。

2.2调节机构
调节机构是由活动水嘴组件和本体上的梯形螺纹 连接的传动机构，该调节机构图见图3所示。

测调仪与 配水器定位台对接后，测调仪调节头伸缩块卡进调节槽 1中，通过调节套与本体上的梯形螺纹做螺旋运动带动 活动水嘴4与固定水嘴发生相对位移，
实现活动水嘴相
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对固定水嘴的节流面积的变化，完成调配任务。

图3调节机构示意图
2.3固定水嘴组件结构
固定水嘴组件结构主要有固定水嘴座和固定水嘴 及固定环三部分组成，如图4所示。

固定水嘴座时安装 固定水嘴的基座，固定水嘴上出水口结构设计决定配水 器的注水排量的主要因素之一。

根据延长油田小排量 注水要求，设计适当的有效的出水口节流面积，同时满 足精细化注水的要求，以适用于小排量注水要求。

小排量固定水嘴结构示意图如图5所示。

图5固定水嘴结构示意图
根据固定水嘴出水口形状以及流体力学的关系，得 出不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量 大小见表1。

表1不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量 m3压差A P/水嘴开度大小
(MPa)12345678910111213141516 10.92 2.02 4.3 6.79.2111.715.118.622.226.331.035.341.146.351.257.0
2 1.65 3.78 6.359.4012.711.221.125.931.036.742.849.456.563.971.280.3
3 2.00 4.627.7511.415.620.425.731.738.045.052.560.669.878.588.198.4
4 2.33 5.318.9213.118.023.529.736.543.951.960.669.979.990.5101113
5 2.61 5.939.9811.720.226.333.240.749.058.167.878.289.3101113127
6 2.86 6.5010.916.122.128.836.444.753.763.674.285.797.8111124139
7 3.087.0211.817.423.831.239.348.258.168.780.292.5105119134150
8 3.327.5312.618.625.533.342.051.662.173.485.798.9113128144160
9 3.547.9613.419.727.035.444.554.765.877.990.9105120135152170
10 3.718.4214.120.828.537.247.057.769.482.195.9110126143160179
不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注 量曲线见图6所示。

2.4防反吐结构
防反吐结构是为防止地层压力大于管柱压力时防 止地层液体回流而设计的结构，其固定本体1出水口位置。

正常注水作业时，管柱压力大于地层压力，管柱内 的水推动金属球4向外挤压弹簧3，水从金属球4周围 的缝隙穿过从防反吐壳体2的孔中流进地层，当地层压力大 于管柱管柱压力时，弹簧3恢复变形，金属球4堵住孔板5 上的出水孔阻止地层液回流。

具体结构示意图如图7
所示。

2018年第4卷第1期陈朋刚等:小排量防反吐同心配水器的试制与应用• 69 •
一压羞2. MPa —压差3 MPa —压差4 MPa —压差5 MPa _压差6 MPa _压差7 MPa _压差8 MPa 一压差9 MPa -压差10 MPa
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 水嘴开度
图6
不同压差及不同出水口开度大小下
配水器的配注量曲线
防反吐 、
本体壳体 弹賛
金属球孔板
图7 防反吐结构
3
现场验证情况
小排量防反吐配水器在江苏油田、长庆油田、青海
油田、克拉玛依油田、华北油田、大港油田等进行了推广 使用，目前使用状况良好。

该类型配水器目前在不同井 深、井斜中得到使用和验证，其中江苏油田井深1 800〜2 000 m ，长庆油田深井2 000〜2 800 m ，青海油田井深3 000〜4 000 m ，克拉玛依油田井深3 000〜4 000 m ，华 北油田井深1 500〜2 000 m ，大港油田井深1 500〜2 000 m ，井斜从20°到55°不等的井中进行了实验验证。

注水 量从10 m 3到30 m 3不等注水要求进行注水作业，经实验 其注水合格率达到了 96%，一次对接成功率达到95%以 上，测调调试时间3〜8 h 。

实验结果表明，桥式同心配水 器在小排量、深井、大斜度井、多层分注及采出水回注井 中施工作业方便，成功率高，水嘴调节灵活，测调精度 高。

其在长庆油田实施作业的实验数据见表2。

通过上表可以看出，该型号配水器满足不同井斜的 注水要求，且满足小注水量注水井的注水要求，井下测 调注水注水合格率基本达到100%。

4
结论
1)配水器和可调水嘴一体化设计，无需钢丝投捞作
表2
长庆油田小排量同心配水器现场试验注水数据
井号
井深/m
井斜/(°)
层段
分层配水量
/m 3分层实注量
/m 3
分层注水 误差/%
合格率/%
测调时间/h
LI
1515.59 3.93100S03 -44 2 0384l.l 12
2019.860.70100 3.8LI
5 4.93 1.40100B2
6 -57
2 248
28.4
12
109.55 4.501008.4
L3
1010.54 5.40100LI
12l l.II 7.42100L 2
109.66 3.40100137 -10 2 59629.4
L31010.979.701009.3
L4
2525.32
1.28100
业，配水器与测调仪为同心对接，对接成率高，适用于大 斜度井作业使用。

2) 活动水嘴与配水器一体化设计，水嘴采用无级连 续调节方式，调节精度高。

3)
配水器固定水嘴出水口为窄长三角形结构，该形 状的出水口结构设计适合更小注水量要求的注水井使 用，同时可保证流量调节的高分辨率和精细化注水要求。

4)
水嘴调节套具有自动脱扣功能，可以有效防止水 嘴调节套在调节套在关死和完全打开时不会出现卡死
情况。

5)
配水器具有较大过流通道，本层作业不影响其它 层段的注水作业，层间抗干扰能力强。

6) 配水器长度短(640 mm )，可适用于小卡距分层注 水工艺。

7)
防反吐功能有效地阻止了地层压力大于管柱压
力时液体逆流的问题，减少了后期因井况脏堵塞而进行
的洗井作业次数，提高作业效率，节约了作业成本。

(下转第73页）
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2018年第4卷第1期张云:新型恒流配水堵塞器的研制与应用■ 73 ■
术，提高恒流堵塞器的工作性能和使用寿命[7]。

5结论
1)
新型恒流堵塞器有效克服了井口油压波动大的 问题，波动范围在o.l -0.3 MPa 之间，稳定时间由3 ~5 d 减少为2 ~3 min ，且压力、流量长期处于稳定状态。

2) 新型恒流堵塞器有效延长了测调稳定周期，使测 调周期由2 ~3个月延长至6 ~7个月，提高测调工作
效率。

参考文献
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(收稿日期
=2017 -05 -26
编辑:
马小芳）
(上接第65页）
5结论及建议
1) 保护套拉伸试验结果符合GB/T 4237标准要求。

2)
筛管油泥堵死导致保护套在过大内压作用下韧
性破裂。

3) 优化工艺避免防砂筛管堵死。

4) 根据防砂筛管现场受载特点优化保护套结构。

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(收稿日期:2017-06-02 编辑:马小芳）
(上接第69页）
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(收稿日期=2017-03 -21
编辑:
韩德林）。