CN104847318A - 定量分配一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明记载了定量分配一体化装置，包括工作筒、设置在工作筒内的配水芯子，配水芯子由两个相同的配水装置组成，配水装置上开设的出水口A与工作筒上开设的出水口B相对应；所述工作筒由上筒体、下筒体以及设置在上筒体、下筒体之间的封隔装置组成。本发明更换水嘴方便，可方便快捷地投捞水嘴。其采用液力冲捞，从井口直接投入，无须钢丝绳和泵车，并一次可检查两个水嘴，可用于斜井细分注水。

Description

定量分配一体化装置

技术领域

本发明涉及一种一体化装置，尤其涉及一种油田分层注水技术使用的定量分配一体化装置。

背景技术

目前油田分层注水井存在投捞调配水嘴及分层测试工作量大、成本高的特点，在油田成本日益紧张的现状下，如何提高分层注水效果，降低油田的生产成本，是油田决策者遇到的一个难题。在这种情况下，使用和推广新型的分层注水技术是提高油田注水效果，降低生产成本的一种好途径。

    众所周知，分层注水配套工具主要是由配水装置与封隔器这两部分井下工具组成。

1、配水装置

配水装置作为细分注水工艺的核心工具，水嘴是整个分层注水工艺的核心，由它来决定在统一的注水系统下每个井段的注入水量。它的性能好坏和投捞调配成功率是影响分注井层段合格率的重要因素。无论是偏心还是空心，从配水装置的设计上，这两种类型配水装置均采用分级配水，单个使用（即一层一个配水装置），钢丝绳带打捞器逐级打捞与投送的方式。在应用中出现以下不足：

1.1捞调配工艺繁琐、复杂。

    水质不稳定容易对水嘴造成堵塞，地层注入压力的变化、水嘴的刺大、地质配注量的调整、堵塞器（或配水芯子）上密封圈的老化等都需要及时对其进行投捞与调配。目前常规配水装置（空心与偏心）的投捞方式均采用钢丝绳带打捞器，据统计资料表明，偏心堵塞器的投捞调配成功率仅为30%，空心配水芯子的投捞调配成功率仅为40%。分注井况按深度分，可分为中深井（小于2500m）、深井（大于2500m小于4000m）、斜井。钢丝绳带打捞器的打捞与投送方式在深井与斜井中实现起来难度是相当大的。即使在中深井中，这种打捞与投送过程也相当繁琐，处理完成一口井（以2-3层）大约需要5d时间。一部打捞车全年满负荷运转也最多处理50多井次。随着开发的需要，分注井的增多，这种投捞方式显然不能满足投捞调配的要求，是制约层段合格率提高的关键因素。

1.2控水水嘴尺寸设定的难度较大。

 注水层段要符合其配注量就需要对配水装置的控水水嘴尺寸进行设计。水嘴设计方法存在以下问题：涉及到堵塞器、配水芯子（装水嘴的部件）的投入或取出，测试、投捞调配的工作量较大；压力、流量等资料的录取影响因素较多；计算水嘴工序繁杂，目前，油田的水嘴调配仍需操作者查有关图版、曲线，手工操作的成分很大，不但所需时间较长，而且误差较大。

2、封隔器：水井封隔器主要有扩张式和压缩式两种，即Y341-115压缩式封隔器和K344型扩张式封隔器。封隔器承压能力低于15Mpa，验封复杂，有效期短。Y341-115压缩式封隔器存在胶筒耐压差、封隔器验封工艺复杂、坐封需要泵车、施工工序复杂等缺点，另外Y341-115压缩式封隔器，由于卡瓦片的生锈、结垢，造成不能解封，导致水井大修，另外，反洗井阀容易结垢或砂卡造成封闭不严，使分注失效。

现场使用的细分注水工艺管柱逐渐暴露出许多问题：为保证封隔器坐封，必须逐层投捞带死嘴子的堵塞器，然后逐层投入带相应大小水嘴的堵塞器后进行注水；各注水层的注水量要达到地质配注要求，必须逐层投捞调换堵塞器的水嘴；设定水嘴尺寸复杂；另外封隔器能否完全封住油套环形空间也无法验证；管柱蠕动造成自锁式封隔器（Y型号封隔器）的有效期短。

发明内容

为解决现有分层注水配套工具中配水装置投捞配工艺繁琐、控制水嘴尺寸设定难度大以及封隔器承压能力差、验封复杂等缺陷，本发明特提供一种在油田分层注水技术使用的定量分配一体化装置。

本发明的技术方案如下：

    定量分配一体化装置，包括工作筒、设置在工作筒内的配水芯子，配水芯子由两个相同的配水装置组成，配水装置上开设的出水口A与工作筒上开设的出水口B相对应；所述工作筒由上筒体、下筒体以及设置在上筒体、下筒体之间的封隔装置组成。

进一步，所述配水装置包括外筒、设置在外筒内的水嘴；外筒的前端侧壁上开设有供水流进入的进水口，外筒的内壁上开设有凸环，凸环上设置有贯穿凸环前后端面的第二进水口，凸环上开设有径向贯穿外筒的出水口A，出水口A与第二进水口不相通；外筒底部开设有第三进水口，第三进水口与第二进水口相通；所述水嘴包括柱塞，柱塞由大直径段和小直径段组成，大直径段滑动设置在凸环上，大直径段外表面与凸环内表面接触；柱塞与凸环间形成容纳腔；水嘴还包括分别固定在凸环上的上喷嘴、下喷嘴，上喷嘴、下喷嘴间存在与出水口A相对应的间隙；还包括一端连接大直径段，另一端连接上喷嘴的弹簧；所述下喷嘴的内径从上至下逐渐减小。

进一步，还包括连接柱，连接柱两端分别与上方配水装置的底部、下方配水装置的顶部相连；连接柱外表面与工作筒内表面形成流行通道。

进一步，所述上筒体上开设有一端贯穿上筒体前端面，另一端与流行通道相通的上通道；所述下筒体上开设有与下方配水装置出水口相通的下通道。

进一步，还包括与上方配水装置连接的打捞头以及套设在打捞头上的皮碗压帽以及皮碗。

进一步，所述封隔装置包括封隔器本体以及套设在封隔器本体上的胶筒。

综上所述，本发明的有益技术效果如下：

1、更换水嘴方便，可方便快捷地投捞水嘴。其采用液力冲捞，从井口直接投入，无须钢丝绳和泵车，并一次可检查两个水嘴，可用于斜井细分注水。

2、配水芯子和封隔装置一体化可实现最小夹层为1m的小夹层的细分注水，解决了目前井下工具配件要求距离大于8m的问题。

3、具有作业管柱自检功能，可方便检查工作筒与封隔装置的密封性。，并可逐层录取分层吸水资料和在地层允许的条件下实现合格注水的功能。

4、不用测试，按照地质配注要求，安装不用定流量的水嘴即可投注。

5、坐封无须泵车，采用扩张胶筒，在0.6~0.8Mpa压差下就可以密封油套环空，密封压差30Mpa。

6、洗井不设专用通道，停注时，胶筒自动收回，即可洗井，避免了停注时因管柱蠕动而造成的封隔装置失效，使用寿命长，也可用于出砂井的细分注水，不易卡管柱。

7、结构简单，设计合理，使用方便，切合现场实际。

附图说明

图1为定量分配一体化装置的结构示意图；

图2为配水芯子的结构示意图；

图3为水嘴的结构示意图；

图4为工作筒的结构示意图；

其中附图标记所对应的零部件名称如下：

1-工作筒，2-配水芯子，3-配水装置，4-出水口A，5-出水口B，6-上筒体，7-下筒体，8-封隔装置，9-外筒，10-水嘴，11-进水口，12-凸环，13-第二进水口，14-第三进水口，15-柱塞，16-上喷嘴，17-下喷嘴，18-弹簧，19-连接柱，20-流行通道，21-上通道，22-下通道，23-打捞头，24-皮碗压帽，25-皮碗，26-封隔器本体，27-胶筒，151-大直径段，152-小直径段。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细地说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例1

如图1、图2、图4所示，定量分配一体化装置，包括工作筒1、设置在工作筒1内的配水芯子2，配水芯子2由两个相同的配水装置3组成，配水装置3上开设的出水口A4与工作筒1上开设的出水口B5相对应；所述工作筒1由上筒体6、下筒体7以及设置在上筒体6、下筒体7之间的封隔装置8组成。

传统的注水工艺采用分级配水、单独使用的工作原理，即一层配置一个配水芯子2，此种配水工艺中的配水芯子2（空心与偏心）的投捞方式均采用钢丝绳带打捞器，捞调配成功率较低。此外，为保证封隔器坐封，必须逐层投捞带死嘴子的配水芯子2，然后逐层投入带相应大小水嘴的配水芯子2后进行注水；各注水层的注水量要达到地质配注要求，必须逐层投捞调换配水芯子2中的水嘴；设定水嘴尺寸复杂；另外封隔器能否完全封住油套环形空间也无法验证；管柱蠕动造成自锁式封隔器（Y型号封隔器）的有效期也较短。

为解决现有分层注水工艺中所存在的问题，本方案特简化管柱结构，把每层的配水装置3连接组成一个配水芯子2并与封隔装置8为一体形成定量分配一体化装置。当分层注水时，往工作筒1中注水，待封隔装置8在注水压力的作用下开始座封并完成分层以后即可实现进行分层注水。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，如图3所示，所述配水装置3包括外筒9、设置在外筒9内的水嘴10；外筒9的前端侧壁上开设有供水流进入的进水口11，外筒9的内壁上开设有凸环12，凸环12上设置有贯穿凸环12前后端面的第二进水口13，凸环12上开设有径向贯穿外筒9的出水口A4，出水口A4与第二进水口13不相通；外筒底部开设有第三进水口14，第三进水口14与第二进水口13相通；所述水嘴10包括柱塞15，柱塞15由大直径段151和小直径段152组成，大直径段151滑动设置在凸环12上，大直径段151外表面与凸环12内表面接触；柱塞15与凸环12间形成容纳腔；水嘴10还包括分别固定在凸环12上的上喷嘴16、下喷嘴17，上喷嘴16、下喷嘴17间存在与出水口A4相对应的间隙；还包括一端连接大直径段151，另一端连接上喷嘴16的弹簧18；所述下喷嘴17的内径从上至下逐渐减小。

本发明分层注水的操作如下：

工作筒1通过注水管柱下入到设计位置，按照单层地质配水量的要求，针对不同的注水层，在配水芯子2中装上相应的水嘴10。然后，将配水芯子2直接从井口投入，在液体和重力的作用下，配水芯子2将达到工作筒1中指定的位置。水流将分别通过配水装置3中的水嘴10开始分层注水。当需要调换或检查配水装置3中的水嘴10时，通过反洗井将配水芯子2从井底洗出，在地面就可以完成对水嘴10的检查与更换。因此，本方案更换水嘴10方便，采用液体作用、把配水芯子2冲到井口，一次更换两个水嘴10，节省了大量的投捞调配的工作量。配水芯子2和封隔装置8一体化可实现最小夹层为1m的小夹层的细分注水，解决了目前井下工具配件要求距离大于8m的问题。且在分层注水过程中，按照地质配注量的要求，装上相应配量的水嘴10，即可直接投注，节省了大量的测试费用和投捞调配费用。

   与原有技术相比，该技术的经济效益如下：

1）初始投资：

  原分层注水系统

Y341-115封隔器：6000元/台

配水器2台：5000元/台

合计：1.1万元

  定量封配一体化系统

   定量封配一体装置：8000元/套

   合计：0.8万元

      从上述对比可以看出，一次性投入节省0.3万元。

2）运行费用：

 主要包括两部分：投捞调配费用与测试费用

投捞调配费用：例如一口2500m的中深井中，处理完成一口井（以2-3层）大约需要5d时间。一年平均需要调配3次。

所需一部打捞车及4-6人，费用7000元/4小时（一个台班）。每天需要1.4万元，5天需要7万元。一年单井费用21万元

利用本发明中的分层注水技术，一个采油工1个小以内就可以完成水嘴的投捞与调配。

    从上述对比可以看出，投捞调配费一年节省21万元。

测试费用：一口井平均需要测试4次/年。每次费用7000元/4小时（一个台班）。

从上述对比可以看出，投捞调配费一年节省2.8万元。因此，无论在初始投资还是后期运行，定量封配一体化分层注水技术具有无比的优势,平均一口井单井节约费用24.1万元。

此外，该定量分配一体化装置具有作业管柱自检功能：可以方便检查工作筒1的密封性与封隔装置8的密封性。确保了施工井的作业质量：避免出现测试遇阻、工作筒1漏失及封隔装置8失效。具体做法：将配水芯子2中都装上死嘴，从井口投入，正常注水，打开套管阀门，当套管不返水时，观察配水间有无流量，无流量证明工作筒1密封。通过分层试注，各层启动压力的不同来证明封隔装置8密封。

在本方案中，上注水层的注水方式如下：往工作筒1中注水，水依次通过进水口11、第二进水口13、第三进水口14进入柱塞15与凸环12间形成的容纳腔中，再从上喷嘴16、下喷嘴17间存在的间隙流出经出水口A4、出水口B5流到上注水层。

    本方案中水嘴3控制水流的工作原理如下：

如附图3所示，P1为注水压力，P2为容纳腔压力，P3为地层压力，ΔP=P1-P3。当P1＜P3或P1＝P3时，水流将不会进入到水嘴10中；当P1＞P3 时，水流将依次通过进水口11、第二进水口13、第三进水口14进入柱塞15与凸环12间形成的容纳腔中，再从上喷嘴16、下喷嘴17间存在的间隙流出经出水口A4、出水口B5流到上注水层。

当P1增加（或P3减小）时，ΔP增加，流量上升，这时作用在大直径段151上的P1也同时增加，推动大直径段151向上喷嘴16靠近，上喷嘴16与下喷嘴17之间的间隙减小，导致流量下降，使得ΔP减至原来的数值，因而流量也回到原来的数值。同理当P3增加（或P1减小）时，ΔP减小，大直径段151也将做出相应的动作，来维持ΔP不变，流量恒定。

本方案中的水嘴10利用注水压力P1和地层压力P3的压差来实现注水稳定。且本方案中的水嘴10不用测试，根据地质配注要求，通过安装不用定流量的水嘴10即可投注。解决了以往计算水嘴10尺寸工序繁杂、水嘴10调配需操作者查有关图版、曲线等缺陷。

本方案中水嘴10的确定方法如下：

作业管柱合格以后，采油队注水技术员配合测试队对该水井各层的吸水状况进行了解。将配水芯子2其中一层装上死嘴，第二层放大，从井口投入，正常注水，实现单注一层，一般要注0.5-1h，在压力稳定以后，调配水间注水量等于其单层配注时，记录其油压，压力波动±0.5Mpa，同理，了解另一层的注水情况。最终确定该井的层间吸水压差，启动压力及各层的吸水指示曲线。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上，还包括连接柱19，连接柱19两端分别与上方配水装置3的底部、下方配水装置3的顶部相连；连接柱19外表面与工作筒1内表面形成流行通道20。所述上筒体6上开设有一端贯穿上筒体6前端面，另一端与流行通道20相通的上通道21；所述下筒体7上开设有与下方配水装置3出水口A4相通的下通道22。

本实施例可实现对下注水层的注水，具体如下：往工作筒1中注水，注入的水经上通道21、流行通道20、下方配水装置3上的进水口11进入下方配水装置3中，进入下方配水装置3中的水再经第二进水口13、第三进水口14进入柱塞15与凸环12间形成的容纳腔中，再从上喷嘴16、下喷嘴17间存在的间隙流出经出水口A4、下通道22流到下注水层。

实施例4

本实施例在实施例1或实施例2或实施例3的基础上，还包括与上方配水装置3连接的打捞头23以及套设在打捞头23上的皮碗压帽24以及皮碗25。

在反洗井过程中，洗井水将分别从油套环形空间以及油管底部进入工作筒1中，进入工作筒1内的洗井水将与注水的反方向通过上方配水装置3上的进水口11流出作用在皮碗25上，皮碗25在液力的作用下打开，驱动配水芯子2脱离工作筒1，随水流上行进入防喷管，由井口的捕捞器捉住。且一旦携带不出来,可以使用打捞器作用在打捞头23上进行打捞。

实施例5

本实施例在实施例1或实施例2或实施例3或实施例4的基础上，所述封隔装置8包括封隔器本体26以及套设在封隔器本体26上的胶筒27。

当油套压差在0.6~0.8Mpa压差下时，注入水进入工作筒1内作用在封隔器本体24的内壁上，胶筒34向外扩张，直到胶筒1外表面与套管内壁接触，将油套环形空间上下隔开，达到分层的目的。本方案较传统的座封器，在在0.6~0.8Mpa压差下就可以密封油套环空，密封压差30Mpa。且只需要停注，胶筒27即可自动收回，解除座封，操作简单，避免了停注时因管柱蠕动而造成的封隔器失效，使用寿命长，也可用于出砂井的细分注水，不易卡管柱。

如上所述，可较好的实现本发明。

Claims (6)

1.定量分配一体化装置，其特征在于：

包括工作筒（1）、设置在工作筒（1）内的配水芯子（2），配水芯子（2）由两个相同的配水装置（3）组成，配水装置（3）上开设的出水口A（4）与工作筒（1）上开设的出水口B（5）相对应；所述工作筒（1）由上筒体（6）、下筒体（7）以及设置在上筒体（6）、下筒体（7）之间的封隔装置（8）组成。

2.根据权利要求1所述的一种定量分配一体化装置，其特征在于：

所述配水装置（3）包括外筒（9）、设置在外筒（9）内的水嘴（10）；外筒（9）的前端侧壁上开设有供水流进入的进水口（11），外筒（9）的内壁上开设有凸环（12），凸环（12）上设置有贯穿凸环（12）前后端面的第二进水口（13），凸环（12）上开设有径向贯穿外筒（9）的出水口A（4），出水口A（4）与第二进水口（13）不相通；外筒底部开设有第三进水口（14），第三进水口（14）与第二进水口（13）相通；所述水嘴（10）包括柱塞（15），柱塞（15）由大直径段（151）和小直径段（152）组成，大直径段（151）滑动设置在凸环（12）上，大直径段（151）外表面与凸环（12）内表面接触；柱塞（15）与凸环（12）间形成容纳腔；水嘴（10）还包括分别固定在凸环（12）上的上喷嘴（16）、下喷嘴（17），上喷嘴（16）、下喷嘴（17）间存在与出水口A（4）相对应的间隙；还包括一端连接大直径段（151），另一端连接上喷嘴（16）的弹簧（18）；所述下喷嘴（17）的内径从上至下逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的一种定量分配一体化装置，其特征在于：

还包括连接柱（19），连接柱（19）两端分别与上方配水装置（3）的底部、下方配水装置（3）的顶部相连；连接柱（19）外表面与工作筒（1）内表面形成流行通道（20）。

4.根据权利要求3所述的一种定量分配一体化装置，其特征在于：

所述上筒体（6）上开设有一端贯穿上筒体（6）前端面，另一端与流行通道（20）相通的上通道（21）；所述下筒体（7）上开设有与下方配水装置（3）出水口A（4）相通的下通道（22）。

5.根据权利要求1所述的定量分配一体化装置，其特征在于：

还包括与上方配水装置（3）连接的打捞头（23）以及套设在打捞头（23）上的皮碗压帽（24）以及皮碗（25）。

6.根据权利要求1所述的定量分配一体化装置，其特征在于：

所述封隔装置（8）包括封隔器本体（26）以及套设在封隔器本体（26）上的胶筒（27）。