譚德銘

[摘? ? 要 ]針對(duì)測(cè)調(diào)聯(lián)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的活塞式可調(diào)堵塞器受應(yīng)用過程中呈現(xiàn)的出水孔易壞的實(shí)際，通過分析對(duì)比轉(zhuǎn)動(dòng)式可調(diào)堵塞器、改良活塞式可調(diào)堵塞器和針型閥式可調(diào)堵塞器的生產(chǎn)價(jià)格及使用壽命等指標(biāo)，研制了針型閥式可調(diào)堵塞器。該堵塞器使井下高壓注水水流通過堵塞器時(shí)減小阻力，出水孔，使井下高壓射流減緩，同時(shí)下部材質(zhì)改為高強(qiáng)度合金鋼，在設(shè)計(jì)及材質(zhì)上提高了堵塞器的使用壽命。

[關(guān)鍵詞]測(cè)調(diào)聯(lián)動(dòng);可調(diào)堵塞器;使用壽命

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）04–00–03

[Abstract]In view of the fact that the outlet hole of the piston type adjustable plug used in the measurement and adjustment linkage technology is easy to be damaged in the application process， the needle valve type adjustable plug is developed by analyzing and comparing the production price and service life of the rotary adjustable plug， the improved piston type adjustable plug and the needle valve adjustable plug.The plug reduces the resistance when the high-pressure water injection flow through the plug， and the water outlet slows down the high-pressure jet.At the same time， the lower material is changed to high-strength alloy steel， which improves the service life of the plug in design and material.

[Keywords]test and adjustment linkage; adjustable plug; service life

1 項(xiàng)目研制的意義

高效測(cè)調(diào)綜合了機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、精密機(jī)械傳動(dòng)等技術(shù)，由地面控制儀、井下測(cè)調(diào)儀、可調(diào)節(jié)高壓注水閥及配套設(shè)備等部分組成。采用邊測(cè)邊調(diào)的方式進(jìn)行流量測(cè)量與調(diào)配。井下儀器通過電纜下入井中至需要調(diào)配的層段，打開井下儀器調(diào)節(jié)臂并與可調(diào)節(jié)高壓注水閥對(duì)接;同時(shí)通過地面儀器監(jiān)視流量曲線，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的流量與予設(shè)配注量的偏差自動(dòng)調(diào)整注水閥水嘴大小，直到達(dá)到予設(shè)流量。該層調(diào)配完成后，收起調(diào)節(jié)臂下放/上提至另一需要調(diào)配的層段進(jìn)行測(cè)試和調(diào)配，直至所有層段測(cè)調(diào)完畢，然后根據(jù)需要進(jìn)行復(fù)測(cè)并對(duì)個(gè)別層段注入量進(jìn)行微調(diào)，完成全井各層段的測(cè)調(diào)。最后采用上提/下放方式對(duì)全井調(diào)配結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一檢測(cè)。目前喇嘛甸油田正在應(yīng)用的高效測(cè)調(diào)力求實(shí)現(xiàn)“壓力同步錄取、流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、水嘴連續(xù)可調(diào)”的功能，達(dá)到提高測(cè)試效率、縮短測(cè)調(diào)時(shí)間、提高測(cè)試資料準(zhǔn)確率的目的。所應(yīng)用的可調(diào)堵塞器為活塞式，通過傳動(dòng)軸開閉陶瓷芯，進(jìn)而控制水量的大小。在近些年的應(yīng)用推廣中，分層注水井下入活塞式可調(diào)堵塞器1850多支，在8個(gè)月后仍能應(yīng)用的只有395支，完好率僅為21.3%?？烧{(diào)堵塞器壽命的長(zhǎng)短直接影響到注水開發(fā)的好壞及成本。因此，堵塞器使用壽命的研究顯得尤為重要。

2 方案提出及確定

2.1 延長(zhǎng)使用壽命可調(diào)堵塞器的研制方案

根據(jù)可調(diào)堵塞器的物理特性，研制方案包括轉(zhuǎn)動(dòng)式可調(diào)堵塞器、改良活塞式可調(diào)堵塞器和針型閥式可調(diào)堵塞器，這三種堵塞器需滿足以下三方面要求。

（1）使井下高壓注水水流通過堵塞器時(shí)減減小阻力，并且改變水流方向。

（2）將堵塞器出水孔由原來的單孔改為三個(gè)孔，減小出水孔水流阻力，使井下下高壓射流減緩，保障堵塞器出水孔不被刺壞。

（3）將堵塞器下部材質(zhì)改為高強(qiáng)度合金鋼，同時(shí)增加出水孔處鋼體壁厚，增加堵塞器下部強(qiáng)度。

2.2 適應(yīng)性可調(diào)堵塞器的研制方案優(yōu)選

通過對(duì)以上三種方案進(jìn)行分析，選定適應(yīng)性可調(diào)堵塞器的研究方案。

方案一：轉(zhuǎn)動(dòng)式可調(diào)堵塞器。通過閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)的角度來控制出水量的大小。不用改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向，出口為一個(gè)，并且為側(cè)向開口，可以減少水流對(duì)水嘴的沖擊。

方案二：改良活塞式可調(diào)堵塞器。根據(jù)活塞式堵塞器損壞的位置，對(duì)活塞式可調(diào)堵塞器進(jìn)行改良，包括通徑、出水孔數(shù)、耐壓性能、動(dòng)閥運(yùn)動(dòng)形式等。

方案三：研制針型閥可調(diào)堵塞器。將入水位置由活塞式改為針型閥式，通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)針型閥的開閉，調(diào)節(jié)水量的大小。同時(shí)，出水孔改為四個(gè)。

從滿足生產(chǎn)、價(jià)格、入水位置及出水孔損壞難易程度因素進(jìn)行對(duì)比，確定方案三為最終采用方案。表1為三種方案各項(xiàng)對(duì)比指標(biāo)。

3 設(shè)計(jì)過程

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)油田對(duì)注水量的要求結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，可調(diào)堵塞器出水口面積在0～35 mm2即可滿足使用要求，為了避免應(yīng)力集中，保證不易堵，閥芯、出水口的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證流量變化基本線性，因此閥芯選用120°形式既能保證基本線性，而且又能保證在流量最小時(shí)不易堵。因此，在設(shè)計(jì)上主要考慮到以下兩個(gè)方面：一是入水位置設(shè)計(jì)成針型閥式，可將受力面積增大，有效的避免了單一受力;二是出水孔設(shè)計(jì)為四個(gè)，注入水能夠分散流出，避免出水孔受力過大，同時(shí)增加出水孔位置的鋼體厚度。此外，針型閥可調(diào)堵塞器仍然保留了無級(jí)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，就是出水孔開度等效直徑0～10 mm無級(jí)差任意調(diào)節(jié)，而常規(guī)水嘴級(jí)差為0.2 mm，相當(dāng)于常規(guī)水嘴的數(shù)量為41個(gè)?？烧{(diào)水嘴特殊的防沙設(shè)計(jì)，可以保證水嘴在井下工作期間調(diào)節(jié)螺桿的傳動(dòng)部分不會(huì)發(fā)生因沙卡而堵轉(zhuǎn)事件。

3.2 針型閥式堵塞器的選材

對(duì)適合做針型閥材料進(jìn)行了篩選，確定了三種材質(zhì)。對(duì)三種材質(zhì)的性能做了對(duì)比評(píng)價(jià)，如表2所示。

從表2看出，鑄鐵雖然價(jià)格便宜，但性能較差，尤其是抗銹蝕性，在注入水的作用下易結(jié)銹，導(dǎo)致孔隙產(chǎn)生新的堵塞物，所以不選用鑄鐵做為主體材料。合金鋼相比之下性能好又有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，可滿足設(shè)計(jì)需要。

4 室內(nèi)試驗(yàn)論證

室內(nèi)流量漂移實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括：高壓循環(huán)水回路、B10M15K高壓注水柱塞泵、電磁流量計(jì)、遠(yuǎn)傳壓力表、調(diào)壓閥以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中調(diào)壓閥用來調(diào)節(jié)堵塞器的前端壓力，也就是注水時(shí)的注入壓力。如圖1所示。

把堵塞器調(diào)到任一位置（本試驗(yàn)大約調(diào)到一半流量處）放入測(cè)試腔，調(diào)節(jié)注水壓力至某一壓力值（20 MPa），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其流量24小時(shí)，每小時(shí)記錄一次流量，根據(jù)數(shù)據(jù)繪圖如圖2所示。

從圖2可以看出，針型閥式可調(diào)堵塞器測(cè)后自鎖性能良好，通過計(jì)算可得其誤差為1%，在工程允許誤差范圍（±20%）內(nèi)保持不變，即其密封性以及測(cè)后自鎖性均良好。

5 操作說明

5.1 閥體構(gòu)成

針型閥式可調(diào)堵塞器是由多方打撈頭、接頭、回位彈簧、主體、卡片、針型閥、濾網(wǎng)等組成，其核心部分為針型閥。如圖3所示。

5.2 操作使用

多方打撈頭的上部套有回位彈簧并插裝在接頭內(nèi)，回位彈簧位于接頭內(nèi)腔中，多方打撈頭下部中間開有多棱柱體形的凹槽;在多方打撈頭的凹槽底部置入調(diào)節(jié)彈簧;傳動(dòng)軸的上端頭為多棱柱體，且與多方打撈頭的多棱柱體形凹槽相匹配，傳動(dòng)軸的上端鑲嵌在多方打撈頭的凹槽內(nèi)，傳動(dòng)軸的下部車有擋臺(tái)，傳動(dòng)軸的末端車有螺紋;支撐座套裝在傳動(dòng)軸上，并頂在傳動(dòng)軸的擋臺(tái)處;螺母與調(diào)節(jié)柱塞上端焊接固定，螺母與傳動(dòng)軸螺紋連接;主體的管壁上開有條形孔和過水孔;主體上端與接頭下端以螺紋連接;卡片通過主體上的條形孔將下端鑲嵌在支撐座與主體之間，與主體過盈配合;調(diào)節(jié)柱塞下段車有擋臺(tái)，擋臺(tái)位于過水孔上方，針型閥置入主體腔體內(nèi)并套裝在調(diào)節(jié)柱塞外，針型閥上的水咀孔與過水孔相對(duì)應(yīng)且連通，可控水咀位于限位套上;限位套座在主體下端內(nèi)壁上;濾網(wǎng)與主體的下端螺紋連接;調(diào)節(jié)柱塞由主體內(nèi)的穩(wěn)釘頂住導(dǎo)向;各處皆用“O”型密封圈密封。

6 效果檢查

針型閥式可調(diào)堵塞器研制成功，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后規(guī)模應(yīng)用。共試驗(yàn)30口井203個(gè)堵塞器。為了檢驗(yàn)試驗(yàn)效果，在第一個(gè)測(cè)試周期（四個(gè)月）后，打撈出52個(gè)堵塞器進(jìn)行驗(yàn)證，均正常。在第二個(gè)測(cè)試周期打撈出83個(gè)堵塞器進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)11個(gè)由于砂卡嚴(yán)重?fù)p壞，其他均正常，堵塞器出水孔全部正常，8個(gè)月抽檢完好率到達(dá)到86.7%。

7 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）高效測(cè)調(diào)力求實(shí)現(xiàn)“壓力同步錄取、流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、水嘴連續(xù)可調(diào)”的功能，達(dá)到提高測(cè)試效率、縮短測(cè)調(diào)時(shí)間、提高測(cè)試資料準(zhǔn)確率的目的。

（2）將堵塞器下部活塞式改為針型閥式，使井下高壓注水水流通過堵塞器時(shí)減小阻力，并且改變水流方向。

（3）將堵塞器出水孔由原來的一個(gè)孔改為三個(gè)孔，減小出水孔水流阻力，使井下高壓射流減緩，保障堵塞器出水孔不被刺壞。

（4）將堵塞器下部材質(zhì)改為高強(qiáng)度合金鋼，增加堵塞器下部強(qiáng)度，同時(shí)增加厚度。

參考文獻(xiàn)

[1] 林森，孟大偉，溫嘉斌，等.注水井分層自動(dòng)測(cè)調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2009（7）：23.

[2] 劉揚(yáng).分層測(cè)試調(diào)配同步聯(lián)作技術(shù)在大港油田的試驗(yàn)應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程，2009（2）：126-127.

[3] 陳宏艷.對(duì)影響分層注水合格率指標(biāo)的認(rèn)識(shí)[J].黑龍江科技信息，2009（18）：18.

[4] 周麗，姜桂英.偏心配水井分層測(cè)試方法的改進(jìn)與應(yīng)用[J].內(nèi)江科技，2009（3）：74.

[5] 范錫彥.分層注水井分層流量及驗(yàn)封測(cè)試技術(shù)測(cè)井技術(shù)[J].2007（10）：64-65.

[6] 孫祖嶺.采油測(cè)試工[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004.

[7] 馬雪，陳剛，石克祿，等.新型分層注入與測(cè)試[M].北京：工藝石油工業(yè)出版社，2003.

[8] 張冰華.用于偏心分層注水的可調(diào)堵塞器的研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[9] 司留洋，李天聰，許新華，等.可撈式油管堵塞器的研制[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2013（9）：179.

[10] 王朝可，劉彬剛，王淵龍，等.泄壓式偏心堵塞器的研制與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2012（6）：122-124.