CN104847319B - 三位一体定量注水装置 - Google Patents

Abstract

本发明记载了三位一体定量注水装置，包括工作筒、设置在工作筒内的配水芯子，配水芯子由三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、中筒体、下筒体以及两个封隔装置组成；其中一个封隔装置设置在上筒体与中筒体之间，另一个封隔装置设置在中筒体与下筒体之间。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

三位一体定量注水装置

技术领域

本发明涉及一种注水装置，尤其涉及一种油田分层注水技术使用的三位一体定量注水装置。

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三位一体定量注水装置。

本发明的技术方案如下：

三位一体定量注水装置，包括工作筒、设置在工作筒内的配水芯子，配水芯子由三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、中筒体、下筒体以及两个封隔装置组成；其中一个封隔装置设置在上筒体与中筒体之间，另一个封隔装置设置在中筒体与下筒体之间。

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A、连接柱B，连接柱A两端分别与上方配水装置的底部、中方配水装置的顶部相连，连接柱B两端分别与中方配水装置的底部、下方配水装置的顶部相连；连接柱A外表面与工作筒内表面形成流行通道A，连接柱B外表面与工作筒内表面形成流行通道B。

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A相通的上通道。

进一步，所述中筒体上开设有一端与流行通道A相通，另一端与流行通道B相通的中通道，所述下筒体上开设有与下方配水装置出水口A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为水嘴的结构示意图；

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-中筒体，8-下筒体，9-封隔装置，10-外筒，11-水嘴，12-进水口，13-凸环，14-第二进水口，15-第三进水口，16-柱塞，17-上喷嘴，18-下喷嘴，19-弹簧，20-连接柱A，21-连接柱B，22-流行通道A，23-流行通道B，24-上通道，25-中通道，26-下通道，27-打捞头，28-皮碗压帽，29-皮碗，30-封隔器本体，31-胶筒，161-大直径段，162-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所示，三位一体定量注水装置，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由三个相同的配水装置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、中筒体7、下筒体8以及两个封隔装置9组成；其中一个封隔装置9设置在上筒体6与中筒体7之间，另一个封隔装置9设置在中筒体7与下筒体8之间。

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1，此种配水工艺中的配水芯子1（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，为保证封隔装置9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9为一体形成三位一体定量注水装置。当分层注水时，往工作筒1中注水，待封隔装置9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2所示，所述配水装置3包括外筒10、设置在外筒10内的水嘴11；外筒10的前端侧壁上开设有供水流进入的进水口12，外筒10的内壁上开设有凸环13，凸环13上设置有贯穿凸环13前后端面的第二进水口14，凸环13上开设有径向贯穿外筒10的出水口A4，出水口A4与第二进水口14不相通；外筒底部开设有第三进水口15，第三进水口15与第二进水口14相通；所述水嘴11包括柱塞16，柱塞16由大直径段161和小直径段162组成，大直径段161滑动设置在凸环13上，大直径段161外表面与凸环13内表面接触；柱塞16与凸环13间形成容纳腔；水嘴11还包括分别固定在凸环13上的上喷嘴17、下喷嘴18，上喷嘴17、下喷嘴18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161，另一端连接上喷嘴17的弹簧19；所述下喷嘴18的内径从上至下逐渐减小。

本发明分层注水的具体操作如下：

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11。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11开始分层注水。当需要调换或检查配水装置3中的水嘴11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11的检查与更换。因此，本方案更换水嘴11方便，采用液体作用、把配水芯子2冲到井口，一次更换三个水嘴11，节省了大量的投捞调配的工作量。配水芯子2和封隔装置9一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11，即可直接投注，节省了大量的测试费用和投捞调配费用。

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9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9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9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12、第二进水口14、第三进水口15进入柱塞16与凸环13间形成的容纳腔中，再从上喷嘴17、下喷嘴18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11控制水流的工作原理如下：

如附图2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11中；当P1＞P3 时，水流将依次通过进水口12、第二进水口14、第三进水口15进入柱塞16与凸环13间形成的容纳腔中，再从上喷嘴17、下喷嘴18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161上的P1也同时增加，推动大直径段161向上喷嘴17靠近，上喷嘴17与下喷嘴18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161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11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11不用测试，根据地质配注要求，通过安装不用定流量的水嘴11即可投注。解决了以往计算水嘴11尺寸工序繁杂、水嘴11调配需操作者查有关图版、曲线等缺陷。

本方案中水嘴11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。将上配水装置、中配水装置装上死嘴，下配水装置3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A20、连接柱B21，连接柱A20两端分别与上方配水装置3的底部、中方配水装置3的顶部相连，连接柱B21两端分别与中方配水装置3的底部、下方配水装置3的顶部相连；连接柱A20外表面与工作筒1内表面形成流行通道A22，连接柱B21外表面与工作筒1内表面形成流行通道B23。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A相通的上通道24。

本实施例可实现对中间注水层的注水，具体如下：往工作筒1中注水，注入的水经上通道24、流行通道A22、中方配水装置3上的进水口12进入中方配水装置3中，进入中方配水装置3中的水再经第二进水口14、第三进水口15进入柱塞16与凸环13间形成的容纳腔中，再从上喷嘴17、下喷嘴18间存在的间隙流出经出水口A4、出水口B5流到中间注水层。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上，所述中筒体7上开设有一端与流行通道A22相通，另一端与流行通道B23相通的中通道25，所述下筒体8上开设有与下方配水装置3出水口A4相通的下通道26。

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24、流行通道A22、中通道25、流行通道B23进入下方配水装置3上的进水口12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14、第三进水口15进入柱塞16与凸环13间形成的容纳腔中，再从上喷嘴17、下喷嘴18间存在的间隙流出经出水口A4、下通道26流到下注水层。

实施例5

本实施例在实施1或实施例2或实施例3或实施例4的基础上，还包括与上方配水装置3连接的打捞头27以及套设在打捞头27上的皮碗压帽28以及皮碗29。

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12流出作用在皮碗29上，皮碗29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27上进行打捞。

实施例6

本实施例在实施例1或实施例2或实施例3或实施例4或实施例5的基础上，所述封隔装置9包括封隔器本体30以及套设在封隔器本体30上的胶筒31。

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30的内壁上，胶筒31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31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 (4)

1.三位一体定量注水装置，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)由三个相同的配水装置(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)、中筒体(7)、下筒体(8)以及两个封隔装置(9)组成；其中一个封隔装置(9)设置在上筒体(6)与中筒体(7)之间，另一个封隔装置(9)设置在中筒体(7)与下筒体(8)之间；所述配水装置(3)包括外筒(10)、设置在外筒(10)内的水嘴(11)；外筒(10)的前端侧壁上开设有供水流进入的进水口(12)，外筒(10)的内壁上开设有凸环(13)，凸环(13)上设置有贯穿凸环(13)前后端面的第二进水口(14)，凸环(13)上开设有径向贯穿外筒(10)的出水口A(4)，出水口A(4)与第二进水口(14)不相通；外筒底部开设有第三进水口(15)，第三进水口(15)与第二进水口(14)相通；所述水嘴(11)包括柱塞(16)，柱塞(16)由大直径段(161)和小直径段(162)组成，大直径段(161)滑动设置在凸环(13)上，大直径段(161)外表面与凸环(13)内表面接触；柱塞(16)与凸环(13)间形成容纳腔；水嘴(11)还包括分别固定在凸环(13)上的上喷嘴(17)、下喷嘴(18)，上喷嘴(17)、下喷嘴(18)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(161)，另一端连接上喷嘴(17)的弹簧(19)；所述下喷嘴(18)的内径从上至下逐渐减小；所述配水芯子2与封隔装置9为一体结构；还包括连接柱A(20)、连接柱B(21)，连接柱A(20)两端分别与上方配水装置(3)的底部、中方配水装置(3)的顶部相连，连接柱B(21)两端分别与中方配水装置(3)的底部、下方配水装置(3)的顶部相连；连接柱A(20)外表面与工作筒(1)内表面形成流行通道A(22)，连接柱B(21)外表面与工作筒(1)内表面形成流行通道B(23)；还包括与上方配水装置(3)连接的打捞头(27)以及套设在打捞头(27)上的皮碗压帽(28)以及皮碗(29)。

2.根据权利要求1所述的三位一体定量注水装置，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A(22)相通的上通道(24)。

3.根据权利要求2所述的三位一体定量注水装置，其特征在于：

所述中筒体(7)上开设有一端与流行通道A(22)相通，另一端与流行通道B(23)相通的中通道(25)，所述下筒体(8)上开设有与下方配水装置(3)出水口A(4)相通的下通道(26)。

4.根据权利要求1所述的三位一体定量注水装置，其特征在于：

所述封隔装置(9)包括封隔器本体(30)以及套设在封隔器本体(30)上的胶筒(31)。