CN1019036B - 双层自调配水器 - Google Patents

Abstract

本装置公开了一种用于油、气田注水井分层注水的井下双层自调配水器，该配水器由液力投捞装置、双层自调活塞结构的配水芯子和工作筒组成。其特征是采用了液力投捞方式，靠注水压力灵活可靠地进行配水芯子的投捞，同时，通过内、外、工作筒、进、出水孔和隔环、隔墙控制水流沿一定流道注入两个油层，并通过水嘴、弹簧和侧孔节流控制两层注水量恒定。结构合理、灵活可靠、功能多、操作方便、特别适用于一级两段的深井注水和高压分层注水井。

Description

该装置涉及一种用于油、气田分层注水的井下流量调节器。

分层注水工艺的研究，在我国始于六十年代初。井下配水器是油、气田注水井分层注水的重要工具，其结构设计的合理性，操作的方便可靠性将直接影响油、气田开发方案的有效实施。六十年代，我国研究并应用了745固定式配水器及分层注水工艺，虽已大面积推广应用，但由于工艺复杂，目前大部分已被淘汰。自七十年代到目前，我国各油田广泛使用的665-2偏心配水器和空心配水器，虽解决了地下配水的一些问题，但每层必须安装一个配水器进行配水。如果在地质方案改变、水嘴刺大或堵塞的情况下，需重新更换水嘴时，均用钢丝投捞配水芯子或起下管柱才能实现。由于投捞工艺复杂，需要占用较多人力、物力。如利用录井钢丝投捞时，需用工程车动力进行配水芯子的投放。在投放时，由于配水芯子小，重量轻，加上四道盘根，很难顺利地将其投入工作筒的偏心孔内;打捞时，由于配水器在井下工作时间较长，且处于高温高压条件下，再加上水质的腐蚀，经常由于严重的腐蚀和沉淀物的影响，使密封段摩擦力增大，加上录井钢丝承载能力有限，拉断钢丝的现象时有发生。这样就导致二次作业，不但影响了施工速度，浪费了人力物力，更重要的是使油气生产受到很大影响。如采用起下管柱调配水嘴，在完全顺利的情况下，起下一次管柱的费用就超过一万元，费时1-2天。

目前国外文献资料介绍了美国CAMCO，BAKER等公司的一些产品，他们的一些油田分层注水采用固定式、偏心式和同心式的井下流量调节器，虽利用了单层自调活塞结构，在地层压力变化或泵压变化的情况下自动调节注水量，使注水量保持恒定，但每层必须安装一个流量调节器，大部分是固定在管柱上，无法投捞起下更换水嘴。就投捞方式来说，也是采用钢丝投捞和起下管柱进行水嘴更换，同样存在上述缺点。

本双层自调配水器的目的就是鉴于以上配水器的缺点，设计一种新型结构的井下流量调节器，使其具有一套工具同时配注两层，并在一定压差波动范围内自动调节、稳定注水量;同时采用液力投捞，灵活可靠地进行配水芯子的投捞、水嘴更换，结果合理，操作方便等特点。

本双层自调配水器提供了一种新型结构的井下配水器。其特征在于：这种配水器是由液力投捞装置，配水芯子，密封件和工作筒组成，其液力投捞装置由打捞头，进水孔、提升阀芯、提升皮碗、出水孔、单流阀套及凡尔球、凡尔座组成。并与配水芯子以螺纹连接为一体，同时靠注水压力灵活可靠地进行投捞起下。其配水芯子是由上层自调活塞和下层自调活塞组成的双层自调活塞结构。该配水器芯子是由上层注水套，下层注水套和底部接头组装 而成的圆柱体、在上层注水套内装在上层自调活塞、弹簧、水嘴，并开有多个上层进水孔和侧孔;在下层注水套内装有下层自调活塞、弹簧、下层水嘴，并开有多个下层进水孔和侧孔。配水芯子圆柱面的上、中、下分布有多组每组两条的密封槽，并装有相应的密封圈，靠密封件与工作筒密封。所述的工作筒是由内、外工作筒，上、下层进水孔，上、下层注水孔及隔环，隔墙组合而成的双层通道结构。该工作筒由一个内工作筒，一个外工作筒，多个上层进水孔、两个下层进水孔，多个与内、外工作筒环空不能而直接与内工作筒的内通道相通的上层注水孔和一个下层注水孔，三个不同的隔环和两道隔墙及工作筒下接头组成。由隔环和隔墙将内外工作筒固定并组成双层通道。通过双层配水芯子，内、外工作筒，进、出水孔和隔环、隔墙控制水流沿一定流道注入两个油层，并通过水嘴、弹簧、活塞和侧孔节流控制两层注水量恒定，以满足采用一套配水器同时配注两个油层的目的。

由于本双层自调配水器采用了液力投捞装置、双层配水芯子和双层工作筒结构，使其具有如下主要优点。

1.由于采用了液力投捞装置，可以直接利用水井的注入水压力和液力投捞结构灵活可靠地进行配水芯子的投捞起下，水嘴调配。比以往使用钢丝绳投捞配水芯子方便可靠，节省了工程车、人力、时间、杜绝了因钢丝断脱事故的发生，同时节约了开资、提高了工作效率。

2.由于采用了双层自调活塞结构的配水芯子和配套的工作筒，实现了一套配水器可以解决两层的分层注水问题，克服了过去层层下配水器所造成的困难，由于自调活塞水嘴，侧孔的节流，克服了注水量受压力的影响，使二层注水量保持相对恒定。

3.使用双层自调配水器进行分注，可以方便可靠地进行水嘴更换。使用不同水嘴还可以不用专业测试仪器和设备，随时进行分层测试，检测地层吸水能力的变化，给地质方案的调整和增注工艺措施提供可靠的依据。使用不同水嘴，配合井口流程还可以对封隔器的密封情况和管柱漏失情况进行检查。利用双层自调配水器还可以不动管柱进行分层酸化。

4.使用双层自调配水器，操作方便，易于掌握，采油工人经短期培训即可掌握。

图1为双层自调配水器上部注水结构图。

图1a为双层自调配水器下部注水结构图。

图2为双层自调配水器工作筒结构图。

图2a为双层自调配水器工作筒A-A的剖视图。

图2b为双层自调配水器工作筒B-B的剖视图。

图2c为双层自调配水器工作筒C-C的剖视图。

下面结合附图详细说明双层自调配水器的结构。

如图1-2所示，是由液力投捞装置、配水芯子、密封件和工作筒组成。其液力投捞装置如图1所示是由打捞头1、进水孔2、提升阀芯3、阀芯接头4、拼帽5，提升皮碗6、皮碗支承接头7、出水孔8、单流阀套10、单流阀弹簧11、单流阀出水孔12、球帽13、凡尔球14、凡尔座15组成。在打捞头1的圆柱面上均布四个斜向进水孔2，其下端与阀芯接头4连接，内部装有提升阀芯3。阀芯接头下端与皮碗支承接头7连接，在皮碗支承接头7上装有拼帽5，和皮碗6。并留有4个斜向出水孔8，其下部与单流阀套10连接，在单流阀套内装有单流阀弹簧11、球帽13，凡尔球14、凡尔座15，在其圆柱面上有2个出水孔12。单流阀套10下端与配水芯子连接为一体。

双层自调配水器的配水芯子如图1所示，是由上注水套18、侧孔17、上层自调活塞20、上层自调活塞弹簧19、上层水嘴21、上层进水孔24、下注水套25、侧孔27、下层自调活塞29、下层自调活塞弹簧28、下层水嘴30、下层进水孔31、底部接头32和梯形密封槽36、38、39、42、43、组成。配水芯子总体为圆柱体，其总体由上注水套18、下注水套25和底部接头32三部分组装而成的双层自调活塞结构。其上注水套的上端与液力投捞装置连接。在与上注水孔16的对应位置处有3-6个侧孔17，在上注水套内装有上层自调活塞20、上层自调活塞弹簧19、上层水嘴21、水嘴可以根据配注要求任意更换，与下注水套25上部圆柱面上均布的4-6个上层进水孔24组成一个上层自调活塞结构。在下注水套25中部与下层注水孔26相对应的位置上有3-6个侧孔27，在下注水套内装有下层自调活塞29、下层自调活塞弹簧28， 下层水嘴30、水嘴同样可以更换，并与底部接头32圆柱面上均布的4个下层进水孔31′组成下层自调活塞结构。底部接头32为一丝堵，与下部不通。在配水芯子的圆柱面上侧孔17上部，上进水孔24的上、下和下层进水孔31′的上、下各有一组，每组两条的梯形密封槽36、38、39、42和43，并装有相应的密封圈，在注水时，配水芯子靠注水压力坐到工作筒的限位台阶50处，靠密封圈密封，使注入水沿着规定的流道注入两个油层。配水芯子在工作筒内投放灵活，投入工作筒的推力不大于40kg，拔出工作筒的拉力不大于50kg。本装置靠上、下两个水嘴节流后，在水嘴前后形成一个压差△P，△P作用于活塞面并施于弹簧，当水嘴前后压差在一定范围内变化时，弹簧在液力作用下伸长或缩短，并带动活塞上、下移动，以调节侧孔的过流面积，从而达到保持流量恒定的目的。一般启动压差为0.85-1MPa。

双层自调配水器的工作筒如图2所示，是由内、外工作筒的上接头44和9、外工作筒22、内工作筒23、上层注水孔16、上层进水孔24、下层注水孔26、下层进水孔31、隔环45、46和48、隔墙49和49′工作筒限位台阶50和内、外工作筒下接头51、52组成。在工作筒上部均布3-6个直径为φ18-24mm，且通过隔环45直接与内工作筒内径相通而与内、外工作筒环空不通的上层注水孔16。在内工作筒上部外圆柱面上均布3-6个上层进水孔24，在上层进水孔24下部内，外工作筒环空左边有一200°-230°的隔环46，在内、外工作筒的环空间右下方有一200°-230°的隔环46，在两隔环之间有两道隔墙49和49′将环形空间分成不相通的左、右两个半环。在内工作筒的左半圆柱面上有一直径为φ25-32mm的下层注水孔26，在右半环的圆柱面下方有两个直径为φ18-22mm的下层进水孔31。在内工作筒的下部有一限位台阶50限制配水芯子的位置，最下部有内、外工作筒的下接头51和52。工作筒的上接头9与油管或水力锚连接。内工作筒上接头44与配水芯子靠密封圈密封。外工作筒的下接头52与封隔器连接。内工作筒的下接头51与封隔器的中心管连接。

本工作筒由上、下注水孔，上、下进水孔、隔环、隔墙组合而成，和配水芯子配合，使注入水一部分沿着流道35进入上层进水孔24，经上层自调活塞，侧孔进入上层注水孔16注入上部油层;另一部分沿流道35下行，经下层进水孔31再经下层自调活塞，侧孔进入下层注水孔26，再经流道41和封隔器注入下层油层。

注水井作业时，根据地质要求组装分层配水管柱。分层配水管柱由油管、水力锚、双层自调配水器工作筒和封隔器组成，并下到预定深度座封。根据设计要求正、反洗井后，一般空注3-5天，然后测各层的吸水指数（用配水芯子即可测试）。根据吸水情况和地质要求确定上、下油层的配注水嘴，组装好配水芯子，投入正常注水。

一.投捞：

液力投放时，将组装好的液力投捞装置和配水芯子装入采油树的防喷管内，以正注方式，靠配水芯子的自重和注水压力将配水芯子送到双层自调配水器工作筒内即可进行正常注水。

在液力打捞时，将地面正注水流程倒成反注流程，注入水从油套环空经上层注水孔16进入单流阀，在注入水压力作用下，凡尔球14受压，并压缩单流阀弹簧11使单流阀打开。注入水一部分通过单流阀和出水孔12将提升皮碗6胀开，并将油管密封，另一部分经出水孔18进入上层流道34，继续上行作用在提升阀芯3上，提升阀芯3上行将进水流道33堵塞。这样在油套环空和油管内就产生一个压差，在压力的作用下，注入水将配水芯子上提，并脱离工作筒，在油管内随水向上运动到井口，进入采油树的防喷管内，取出后即可更换芯子或水嘴。

二、注水：

在注水时，注入水一部分经进水孔2进入进水流道33，并通过提升阀芯3进入上部流道34，再经出水孔8直接进入流道35，另一部分可以直接进入流道35。进入流道35的水一部分经上层进水孔24进入上层水嘴21，经水嘴节流后进入上层活塞内流道37。由于水嘴节流产生的压差作用于上层自调活塞20的端面上，并施于上层自调活塞弹簧19，使活塞弹簧压缩并带动活塞上移，从而减少了侧孔17的过流面积，控制了进入上层注水孔16的注水量，注入水通过上层注水孔16注入上部的油层。进入流道35的另一部分水流经下层进水孔31进入下层水嘴，同上层自调活塞相同，水流经下层自调活塞内流道40、侧孔27，下层注水孔 26进入下层流道41，经封隔器注入下部油层。上述为最佳实例，根据具体的技术条件本专业人员可以对双层自调配水器进行三层或四层的变化和改型。

为了减少因水质差对油层的污染，同时还设计了相配套的洗井芯子，可以同时洗两个油层。

Claims (2)

1、一种用于油、气田注水井分层注水的双层自调配水器，它是由打捞头、工作筒、配水芯子、水嘴和密封件组成，其特征在于，所述的双层自调配水器是由液力投捞装置，配水芯子，密封件和工作筒组装而成，液力投捞装置和配水芯子以螺纹连接，靠密封件与工作筒密封，该配水芯子是由上层自调活塞20和下层自调活塞29组成的双层自调活塞结构，所述的工作筒是由外工作筒22，内工作筒23，上、下层注水孔16和26、上下层进水孔24和31及隔环，隔墙组合而成的双层通道结构，配水芯子由上层注水套18、下层注水套25和底部接头32组装而成的圆柱体，在上层注水套18内装有上层自调活塞20，上层自调活塞弹簧19、上层水嘴21，并开有多个上层进水孔24和侧孔17在下层注水套25内装有下层自调活塞29，下层自调活塞弹簧28下层水嘴30，并开有多个下层进水孔31和侧孔27，配水芯子圆柱面的上、中、下分布有多组每组两条的密封槽，并装有相应的密封圈，工作筒是由一个外工作筒22、一个内工作筒23、多个与内、外工作筒环空不通而直接与内工作筒的内通道相通的上注水孔16、一个下层注水孔26、多个上层进水孔24、两个下层进水孔31、隔环45、46和48、两道隔墙49、49′和工作筒下接头51和52组成，隔环46在内、外工作筒环空的左边，隔环48在内、外工作筒的右边。

2、根据权利要求1所述的双层自调配水器，其特征在于所述的两道隔墙49和49′在隔环46和48之间，把内，外工作筒环空分成不相通的左、右两个半环，隔环46和48为200-230°。

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