泵下预埋式投球可调层堵水技术研究

肖 江

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163412)

0 引 言

油田进入高含水开发期，层间和平面矛盾十分突出。为了解决这些矛盾，必须不断地选择相对高含水层采取堵水措施，以达到稳油控水的目的。然而，多数高含水层的封堵都是暂时的，当出现新的高含水层或全井含水已超过原来堵水层位的含水时，必须对堵层进行调整。调整时，需要作业施工，费用高，占井时间长，而以往研究的不动管柱调层堵水技术［1～4］(压力脉冲控制技术、环空电缆控制技术、多管液压控制技术等)在进行生产层的调整时，存在调层不可靠、工作量大、成功率低等问题。为此，研究了泵下预埋式投球可调层堵水技术，实现不动管柱调层堵水。该技术具有用时短、成本低、调层成功率高等优点。该技术的实现对改善生产效果、缓解层间矛盾、更大限度地发挥潜力层生产力、提高采收率具有重大的意义。

1 工作原理

在双泵筒抽油泵下储球器内预埋大量钢球，根据堵水需要，上提下放抽油杆，每下放一次抽油杆，则储球器只能释放一个钢球，堵水管柱的各层配产器内装有电动开关和记录通过球数的传感器，通过记录在规定时间内下放球数的数量，指引目的层段的电动开关动作，达到调层目的。

2 工艺设计

泵下预埋式投球可调层堵水管柱的结构如图1 所示。它主要由双泵筒抽油泵、筛管、储球器、桶杆、智能配产器、封隔器等组成。下面主要介绍一下双泵筒抽油泵、储球器、智能配产器的具体结构和工作原理。

2.1 双泵筒抽油泵结构设计及原理

2.1.1 结构设计

双泵筒抽油泵结构如图2 所示，它由上下泵筒、上下柱塞、出油阀、进油阀、进/排油接头组成。上下泵筒泵径不同，上大下小，串接在一起，中心管将上、下柱塞连为一体，进、出油阀均设计在柱塞总成上。

图1 堵水管柱示意图

图2 双泵筒抽油泵结构示意图

2.1.2 工作原理

上冲程运动时，柱塞总成上行，上柱塞与下泵筒之间环腔体积增大，压力减小，进油阀打开，出油阀在油管内液柱压力作用下关闭，井液经进/排油接头进入环腔内。

下冲程运动时，柱塞总成下行，上柱塞与下泵筒之间的环腔体积减小，压力增大，环腔中的井液通过进/排油接头使进油阀关闭，出油阀打开，经上泵柱塞内孔通道排入到油管中。此时，由于进油阀关闭，油管内的液柱的压力通过进油阀施加在下柱塞上，强迫柱塞克服稠油的摩擦阻力下行。

2.2 储球器结构设计及原理

2.2.1 结构设计

储球器结构如图3 所示。它由上下接头、扶正压帽、推进弹簧、储球室和弹簧销子组成。

图3 储球器结构示意图

2.2.2 工作原理

储球器可储存40 ～50 个球，正常生产时不释放钢球，弹簧销子涨出，阻挡钢球下落，需要释放钢球时，把杆柱下放到预定位置，杆柱挤压钢球，压缩弹簧销子，钢球下落。该储球器连接到双泵筒抽油泵下部，中间连接一根筛管，采用侧进油方式，储球器内采用环形轨道，使投入井下的球避开拉杆。

2.3 智能配产器结构设计及原理

2.3.1 结构设计

智能配产器结构如图4 所示，为分体偏心式结构，核心部分由传感器、电源、控制电路、驱动电路、电机、行程控制装置以及开关阀门等组成。

图4 智能配产器结构示意图

2.3.2 工作原理

智能配产器中每有一个钢球通过则会记录一个信号。每层配产器预置了不同的存储信息(即感应钢球数)，只有在规定时间内通过此开关器的钢球个数与预置的存储信息相符时开关才会动作，即用钢球数量多少产生的不同指令来控制相应层段的开关器动作。

3 调层控制方法

抽油杆带动双泵筒抽油泵柱塞下移，柱塞下端连接桶杆，柱塞碰泵时，桶杆恰好碰能触落球器中的钢球，且每次碰泵只能触落一个钢球。当钢球从配产器通道经过时，每个配产器开始统计一定时间内通过自身的钢球个数。操作者根据施工设计，必须在规定的时间内通过控制抽油杆运动，投放相应个数的钢球，投放时间间隔则没有要求。到规定的时间时，如果经过钢球数与配产器预置数值相同，则电机启动，把开关推向相反的位置，并记录位置状态。其它层位的配产器由于经过钢球总数与自身预置数值不同，不发生任何动作。

4 应用实例

4.1 管柱工艺设计

该工艺设计从上至下依次为抽油杆、双泵筒抽油泵、桶杆、筛管、储球器、丢手接头、封隔器、智能配产器等，如图5 所示。

图5 X3－XX2 井堵水管柱工艺示意图

X3－XX2 井为三个层位。每个层位安装一个智能配产器，XI11～XI2 层位对应智能配产器1，开关阀动作预置钢球数为3 个，XII1 +2 层位对应智能配产器2，开关阀动作预置钢球数为4 个，XII5 +6 ～XI19 层位对应智能配产器3，开关阀动作预置钢球数为5 个。

4.2 调层控制过程

以调整XI11～XI2 层位为例，调层时，停止抽油机运行，悬绳器卸下，吊车挂在光杆卡子上，然后下放抽油杆，下放时，发生碰泵现象，每发生一次碰泵或每完成一个冲程，则会有一个钢球下落，碰泵与否可以通过观察吊车与光杆卡子之间连接的链绳松紧状态判断。因为XI11～XI2 层位对应的为智能配产器1，开关阀动作预置钢球数为3 个，所以，人为控制在20 min 内完成三个冲程，使3 个钢球下落，每个冲程间隔时间不受限制。完成后，将设备恢复原来状态，正常运行，调层堵水结束。

4.3 应用效果

从调层成功率看，成功率高。X3－XX2 井配产器下井时为全关闭状态，待作业完后，通过投球，打开XII5 +6～XI19 层位，生产一段时间后，再次投球，打开XI11～XI2 层位，生产数据见表1。

第一次投球打开配产器:作业完(8.20 作业完成)后，投球打开XII5 + 6 ～XI19 层位，见液，产液量为40.3t/d，生产5 d 后，产液量稳定，日产液为9.38 t/d，液面为910 m，说明打开配产器。

第二次投球打开配产器:由于产液量过低，再次投球，打开XI11～XI2 层位，开采XII5 +6 ～XI19 和XI11～XI2 两个层位，日产液提高到22.36 t/d，日提高产液量12.98 t/d，液面为755 m，上升了155 m，说明打开配产器。

从含水角度分析，单采XII5 +6 ～XI19 层位时，含水为95.84%，合采XII5 +6 ～XI19 和XI11～XI2 两个层位时，含水为94.85%，下降了0.79%。从以上分析看出，XI11～XI2 层位产液量高于XII5 +6 ～XI19 层位，且含水低，说明XI11～XI2 层位优于XII5 +6 ～XI19 层位，是开采的主要层位。

表1 X3－3502 生产数据表

5 结 论

泵下预埋式投球可调层堵水技术调层简单，费用低，调层成功率高为高含水开发阶段进一步细分开采，实现控水挖潜提供了技术支持。该技术能够判断油井主力生产层，通过智能配产器能关闭非主力层，可防止非主力层影响主力层发挥，提高开发效果。

［1］杨康敏，罗洪友.不动管柱换层堵水工艺技术研究与应用［J］.钻采工艺，2002，25 (2):37－39.

［2］杨志鹏.机采井机械细分可调堵水技术［J］.大庆石油地质与开发，2001，20 (6):39－40.

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［4］姚 强，王培烈.过环空电动开关下井仪［J］. 石油仪器，2001，25 (6):26－28.