王尊策，王 佳 (東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

同井采注水工藝及水處理裝置設(shè)計(jì)

王尊策，王 佳 (東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

同井采注水是在同一口井中實(shí)現(xiàn)水的產(chǎn)出及水的回注的工藝技術(shù)。由于井下液流會(huì)攜有固體顆粒，會(huì)對(duì)井下工具和動(dòng)力設(shè)備過流部件造成不同程度的磨損，使其工作性能下降。在同井采注工藝管柱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加了水處理系統(tǒng)，并對(duì)水處理系統(tǒng)中可投撈過濾器、螺旋出砂器及沉降出砂裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

同井；采注水；水處理系統(tǒng)

隨著老區(qū)油田可采儲(chǔ)量的下降，零散的低滲透區(qū)塊、小規(guī)模油田的開采顯得愈加重要。對(duì)于只有1口或2口注水井的小區(qū)塊、小油田，如果按著常規(guī)的注水方法進(jìn)行注水開發(fā)時(shí)，需要修建水源、水處理系統(tǒng)、儲(chǔ)水罐、注水泵房、注水流程及輔助設(shè)施等，使得地面配套設(shè)施多，建站周期長(zhǎng)，投資大[1-2]。因此，迫切需要新工藝、新設(shè)備，以簡(jiǎn)化其工藝流程，節(jié)省地面建設(shè)的投資。同井采注水技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在注水井內(nèi)，選擇適合的水層作水源，射開水層，然后下封隔器將水層與油層隔開，再用泵增壓，將水層采出的水在井下直接注入油層。

圖1 同井采注水工藝管柱圖

目前所應(yīng)用的同井采注水工藝技術(shù)，在泵的使用上有很大改進(jìn)[3]，而在水質(zhì)的處理方面研究和應(yīng)用較少，一般采用在井下直接采水后回注。顯然，水里所含的機(jī)械雜質(zhì)將會(huì)使井下動(dòng)力設(shè)備和井下工具的工作性能及地層的吸水能力下降。因此，這不但需要對(duì)注水工藝進(jìn)一步改進(jìn)，還需對(duì)井下水處理方式和方法開展研究。

1 同井采注水工藝管柱結(jié)構(gòu)及工作原理

同井采注水工藝管柱圖如圖1所示，其工藝原理為：在倒置潛油電泵抽汲作用下，上層的水首先進(jìn)入投撈過濾器，濾除較大顆粒的機(jī)械雜質(zhì)后，進(jìn)入螺旋除砂裝置，經(jīng)離心除砂和沉降除砂后，達(dá)標(biāo)的水進(jìn)入泵的入口，經(jīng)倒置潛油電泵增壓后回注到相應(yīng)的層段，實(shí)現(xiàn)同井采注和水處理的過程，同時(shí)進(jìn)行壓力及溫度的測(cè)試。插接接頭的作用是當(dāng)井下出現(xiàn)砂埋時(shí)，可以使主要管柱和井下管柱安全脫開，防止井下事故發(fā)生。注水球閥是為了防止過濾器投撈或停泵檢修時(shí)注入層的水返吐的裝置。

2 水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可投撈過濾器、螺旋除砂裝置和沉降除砂段組成本工藝的水處理系統(tǒng)。同井采注水技術(shù)的關(guān)鍵在于水質(zhì)的保障，如果水質(zhì)不能保障將會(huì)對(duì)工藝實(shí)施產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。由于工藝管柱中應(yīng)用的可投撈過濾器在結(jié)構(gòu)和性能上并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)井下液體中所有尺寸的固體顆粒的濾清，一方面濾清所有的固體顆粒勢(shì)必加快投撈的周期；另一方面要想濾清所有介質(zhì)，其篩網(wǎng)必定很小，將會(huì)增大流經(jīng)過濾器介質(zhì)的壓力，這不利于增壓回注。因此，該工藝首先通過可投撈除砂器濾除對(duì)設(shè)備影響較大的固體顆粒，再通過除砂分離裝置和沉降除砂段進(jìn)一步分離液體中粒徑較小的固體顆粒。

2.1可投撈過濾器

過濾器擬采用不銹鋼編織網(wǎng)，內(nèi)外有不銹鋼篩管保護(hù)器等組成，可直接在井口投入，采用插入式密封在井下直接與配套部件連接。濾網(wǎng)要定期清洗或更換，因此，采用鋼絲投撈更換或清洗過濾網(wǎng)，并考慮在電潛泵上部安裝封隔器，使水層出砂落在封隔器上，避免砂沉積在油套環(huán)空內(nèi)發(fā)生起下管柱砂卡。

圖2 可投撈過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖

1)過濾器的基本結(jié)構(gòu) 可投撈注水過濾裝置如圖2所示。主要包括防反串結(jié)構(gòu)和過濾結(jié)構(gòu)。防反串結(jié)構(gòu)由拉桿、壓帽、防反串連接體、壓縮彈簧、扭簧、小軸以及凸輪構(gòu)成，其中防反串連接體上開有供凸輪的凸出端轉(zhuǎn)動(dòng)的孔槽、供小軸穿入的軸孔以及位于首尾兩端的聯(lián)接螺紋；拉桿底端有凸臺(tái)端面，壓縮彈簧串入拉桿外，通過壓帽上的卡槽與拉桿底端的上凸臺(tái)限位；小軸與防反串連接體之間為固定聯(lián)接，凸輪和扭簧安裝于小軸上，拉桿上帶有凸臺(tái)端面的一端與凸輪相接觸，另一端穿過與防反串連接體連接后的壓帽的中心與提撈接頭聯(lián)接；過濾結(jié)構(gòu)由上連接體、下連接體、開有進(jìn)液孔道的濾罩、開有出液孔道的過濾內(nèi)管以及粗濾網(wǎng)、細(xì)濾網(wǎng)組成；其中上連接體、下連接體的上下兩端的內(nèi)外壁均有供聯(lián)接用的內(nèi)、外螺紋，過濾內(nèi)管固定聯(lián)接于上連接體、下連接體的內(nèi)壁，濾罩則固定聯(lián)接于兩者的外壁，粗濾網(wǎng)與細(xì)濾網(wǎng)則依次分布在濾罩與過濾內(nèi)管之間；上連接體與防反串連接體的下端通過螺紋連接。

2)過濾器的工作原理 投井時(shí)，凸輪的狀態(tài)如圖2所示，凸輪突出部位與投撈過濾器的軸線保持垂直。當(dāng)過濾器到達(dá)井下位置時(shí)，密封管柱插入油管中配套插接管柱中，密封管柱上的密封可防止上下液體串通。此時(shí)過濾結(jié)構(gòu)到達(dá)配套篩管，凸輪的凸起端與配套篩管的上接頭卡住，過濾裝置不能向上串動(dòng)。工作時(shí)，套管內(nèi)的水經(jīng)篩管進(jìn)入過濾器過濾后，經(jīng)中心管流出。清洗時(shí)，打撈器的打撈接頭與投撈接頭相聯(lián)接，向上提拉時(shí)，投撈接頭拉動(dòng)拉桿向上運(yùn)動(dòng)，由于凸輪的凸起端被配套篩管卡住，此時(shí)，過濾器與井下管柱相對(duì)靜止，而只有投撈接頭和拉桿向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)拉桿的凸臺(tái)端面與平面完全分離時(shí)，凸輪由于扭簧的作用力而回彈，凸輪將向下轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪的突出部位收回到防反串連接體內(nèi)。過濾裝置將會(huì)被提撈到地面進(jìn)行清洗或更換濾網(wǎng)。

2.2螺旋除砂裝置結(jié)構(gòu)

圖3 螺旋除砂裝置示意圖

圖4 沉降除砂裝置

所設(shè)計(jì)的螺旋除砂裝置如圖3所示。螺旋除砂裝置主要由入液口、旋流分離段、出砂口及出液口組成。其工作原理是利用離心分離的原理，液砂混合物進(jìn)入螺旋除砂器后，在旋流分離段一起繞螺旋旋轉(zhuǎn)，在離心場(chǎng)中，重介質(zhì)砂沿徑向邊壁運(yùn)動(dòng)，最后從出砂口排出，輕介質(zhì)水向中心運(yùn)動(dòng)，最后從出液口流走，從而使液砂在離心力的作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離。

2.3沉降除砂段的結(jié)構(gòu)

所設(shè)計(jì)的沉降除砂裝置如圖4所示。沉降除砂段是油管管柱的一段，可根據(jù)采出水含砂量的大小確定沉降段的長(zhǎng)度尺寸，其結(jié)構(gòu)主要由入口、出液口和沉砂段組成。其工作原理：利用砂的密度大于液體的密度，混合流流動(dòng)中流向突然發(fā)生轉(zhuǎn)變，固體顆粒慣性效應(yīng)較大，因此保持原有的運(yùn)動(dòng)方向，從而使液固兩相實(shí)現(xiàn)分離。

3 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合目前同井采注水技術(shù)現(xiàn)狀，完成同井采注水工藝管柱改進(jìn)設(shè)計(jì)，從方案的各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)入手，介紹了工藝管柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。工藝中增加可投撈過濾器、螺旋除砂器及慣性沉砂段，既能提高了注入水水質(zhì)，又能降低管線、動(dòng)力泵等設(shè)備磨損，延長(zhǎng)泵的使用壽命，為工藝系統(tǒng)高效運(yùn)行提供了可靠保障。

[1]李杰，史敬華，李如元.小斷塊油藏同井采注水工藝技術(shù)研究[J].石油機(jī)械，2009，37 (12)：89-91.

[2]宋開利，金有海，辛林濤.勝利油區(qū)邊緣區(qū)塊同井井下采水注水工藝[J].油氣地質(zhì)與采收率，2004，11 (5)：71-72.

[3]劉衛(wèi)紅，李鷹峰，劉現(xiàn)江，等.同井采注電泵機(jī)組中倒置泵的研究[J].石油機(jī)械，2010，38(6)：76-77.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.027

TE931

A

1673-1409(2012)01-N083-02