清砂解堵反洗装置研制与应用

2018-11-29

石油矿场机械 2018年6期

(中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营 257000)

胜利海上油田开发初期，以海水为主要注水水源，注入水质矿化度高，泥质含量较高，长期注入过程中，反洗阀底部不断沉积杂质，最终导致反洗井不通，影响了注水开发效果。同时，反洗阀存在不同程度的腐蚀结垢，底球存在一定的漏失，极大地影响了注水井的分层合格率[1-3]。通过对2013—2017胜利海上油田检修作业的198口注水井进行统计，因反洗阀漏失、反洗不通原因检修的注水井39口，占检修总井数的21%[4-6]。为提高反洗阀密封可靠、实现长期反洗畅通，研发了一种新型清砂解堵沉砂式反洗装置。

1 反洗装置结构及工作原理

1.1 结构组成

该反洗装置主要由外筒、沉砂顶盖、铰链、弹簧座、弹簧、滚珠、密封球、清洁管、导流管、螺旋叶片、反洗变扣等组成，如图1所示。

1—外筒；2—沉砂顶盖；3—铰链；4—弹簧座；5—弹簧；6—滚珠；7—密封球；8—清洁管；9—导流管；10—螺旋叶片；11—反洗变扣。

1.2 工作原理

正常注水时，注入水中的杂质在沉砂顶盖作用下，能够在沉积到下端的环空中，有效降低出砂杂质对密封球密封的影响。反洗井作业时，洗井液从反洗变扣锥面孔进入导流管内，顶开密封球，水流通过导流孔流出冲击清洁管内部的导流叶片，驱动清洁管逆时针旋转，此时螺旋叶片搅动外环空中结存的砂垢，砂垢受水力虹吸作用，沿流道向上排出。同时，一部分水流冲击导流叶片后，冲开沉砂顶盖，向上流动冲洗上部油管等流道。反洗井结束时，沉砂顶盖在重力作用下慢慢落下，封闭清洁管内腔。密封球在弹簧的作用下，紧紧地置于导流管上端的密封座内，避免井斜或注入杂质的影响，确保注水管柱的整体密封。与目前常用的反洗类工具或者单流阀相比，该反洗装置不仅能够沉积注水过程中的杂质，更能够起到彻底清洗完井油管的作用，解决了阀球被埋、洗井不通以及底球漏失的问题[7]。

2 技术特点及参数

2.1 关键技术

1) 定压密封机构。主要由弹簧座、弹簧、密封球以及清洁管组成，清洁管上端设置与密封球匹配的球座，球座置于沉砂机构的内部，沉砂等杂质不会沉积于球座上边，保障了密封球与球座之间的密封。经过大量的室内试验及优选，密封球采用耐酸抗腐蚀性能好、强度高的硬质合金，球座采用超级不锈钢，表面镀铬处理，能够抵抗强酸腐蚀和大排量反洗液冲蚀，确保水井酸化后反洗装置密封可靠。

2) 沉砂机构。主要由沉砂顶盖、铰链、清洁管以及外筒组成，沉砂顶盖包括两组半圆锥顶盖，共同铰接于清洁管上端，清洁管与外筒组成该装置的沉砂环空。注水过程中，在沉砂顶盖作用下，注入水杂质会不断地下沉，最终积存在沉砂环空中，避免了底球被砂埋，造成反洗井不通的问题。

3) 刮垢清洗机构。主要由清洁管和导流管组成，导流管插在清洁管内，中间通过滚珠活动链接。当反洗井时，反洗液能够冲击清洗管上端内侧的导流叶片，带动清洗管逆时针旋转，此时清洁管外侧的螺旋叶片搅动装置环空中结存的砂垢，水力虹吸清砂，砂垢随水流沿油管排出，达到清砂除垢的目的。

2.2 技术参数

正向密封 30 MPa

反洗开启压力 1.2 MPa

适用套管内径 ≥139.7 mm

3 室内试验

为验证清砂解堵反洗装置清洗除垢、耐酸抗蚀能力，进行了室内试验，试验流程如图2所示。

图2 室内试验流程

3.1 清洗除砂性能试验

将套管置于与地面夹角为45°，关闭套管闸阀，打开油管闸阀，向油管内注入泥质含量为5%的污水，静置10 min。将电泵连接套管闸阀，向套管内注入油田处理的污水，当油管返水时，记录反洗装置的开启压力，同时观察此注入状态下沉淀池中的泥质含量。然后向油管内注入泥质含量为10%、20%、30%的污水，重复上述试验过程。试验表明：该装置在不同泥质含量下，都能将注入的泥质排出井筒，装置对注入水质适应性良好。

3.2 耐酸及冲蚀性能试验

将套管置于与地面夹角为45°，打开油管闸阀及套管闸阀，向套管内注入淡水+12%HCl+2%HF+2%粘土稳定剂+2%缓蚀剂+2%铁离子稳定剂的土酸溶液，连续反洗10 h以上。停泵后取出反洗装置内的密封球，观察密封球的表面是否完好。然后向套管内注入HCl含量为15%、17%、20%的土酸溶液(其他主体含量不变)，重复上述试验过程。试验表明：该装置在不同质量分数的酸液反洗下，密封球表面未发现腐蚀及冲蚀坑点，装置对耐酸及耐冲蚀适应性较好。

4 现场应用

2016-02，该装置在胜利油田海洋采油厂CACB11E-6注水井首次试验并成功应用。截至2018-03，该清砂解堵装置在胜利油田海洋、现河、孤岛等采油厂规模化应用，应用注水井318井次，现场施工一次成功率100%，完井后部分注水井利用电磁式一体化测调仪进行现场测试与验证，底球不存在漏失，反洗装置密封性较好。目前，该装置平均有效期已达300 d以上，井下最长运行时间600 d以上，反洗井状态正常。解决了疏松砂岩、注聚等各种因素造成底球漏失、反洗井不通的问题，最大程度保障注水井的使用寿命，达到了预期效果[8-10]。