恒流偏心配水堵塞器在油田的适用性分析

王连波（大庆油田测试技术服务分公司）

油田开发进入中后期，稳油控水是核心。由于地质条件各异，调配常规配水堵塞器时，其中每一级水嘴的缩放，都会对其它层段产生影响，要经过数次投捞、调配，才能完成调配任务。同时，注入压力和油层压力都会对影响注入水量，引起其波动，注水效果差。恒流偏心配水堵塞器是一种新型配水工具，为了响应油田“精确注水要求”而研发的，它有成本低、使用方便、井下工作稳定性好等优点，经过数次优化改进，已适于大面积推广。

1 恒流堵塞器工作原理

恒流堵塞器外型尺寸与常规堵塞器一致。它的结构是由阀套、阀芯、护帽、弹簧、打捞装置组成。图1为工作原理图，其基本原理就是液压调速阀的原理[1]，使分层注水量不受注入压力和地层压力变化的影响。设F为一定预压缩量的定压弹簧对阀芯的弹力，Pa为注水调速器进口处的压力，Pb为阀芯与阀套内腔的压力，Pc为注水调速器出口处的压力，其中ΔР=Pa-Pb，当注水调速器进出口压力变化时，靠阀芯的左右滑动能使ΔР始终与弹簧预压缩力F所产生的压强相同。

图1 恒流偏心配水堵塞器工作原理图

式中：Q——层段注入量，m3/d；

μ——流量系数；

A——孔口面积，m2；

ΔP——孔口前后压差，MPa；

ρ——流体密度，kg/m3。

如果忽略弹簧力F在这期间的变化，即认为ΔP不变，则流经薄壁小孔的流量不变，从而达到恒流配注的目的。以下为恒流堵塞器的常用技术指标：额定配注10 m3/d、流量误差±15%、启动压差0.4 MPa、承压能力35 MPa、最大压差10 MPa，其中井下有效工作时间大于6个月，外型尺寸与665-2偏心配水器配套使用。

阀芯上的过流孔设计成薄壁小孔，流体流经薄壁小孔满足如下公式[2]：

2 恒流堵塞器适用性分析

恒流偏心配水堵塞器有很好的适应性，但由于油田区块不同，地层、层间和渗透率的各向异性，注水井的层间和单层吸水能力也不相同[3]。另外不同类型的恒流堵塞器启动压力也相同，在0.4～1.2 MPa，不同类型的堵塞器在区块的适用性也不同。因此，找出一种方法确定堵塞器在区块的适用性很有必要，能给现场操作人员与指导，会大大节省人力、物力。

假定一注水层段的注水指示曲线为线性规律，其注入动态公式为：

式中：ΔΡ1——注入压差即堵塞器水咀出口压，MPa；

K——为吸水指数的倒数。

在注水井应用恒心配水堵塞器之前，先对该井测试一次分层水量。记录测试时油压、测试层段的水咀直径和关井时油压，则测试时不计管线流程损失有如下公式：

式中：Py——测试时油压，MPa；

Pg——关井时油压，MPa。

假设在该注水层段投入启动压力为Pq的自动水咀，设其达到设计启动排量q时的油压为Pt，由公式（1）、（2）、（3）可以得到如下经验公式，公式（1）中流量系数 μ取0.8。

式中：q——设计启动排量，m3/d；

Pt——设计启动时油压，MPa；

d——层段水咀直径，m；

Pq——水咀启动压力，MPa。

在计划投入恒流堵塞器的注水井先测一次检测水量，要准确录取记录井口的油、泵压和水表水量，测试完成后关井，同时准确记录关井油压。根据第一次测试的检测水量，计算出各层段视吸水量，再根据水表水量算出各层段实际吸水量，记录在数据样表中。

根据记录数据，按照公式（4）计算出投完水咀后，全井正常注水时的每个层段所对应的油压值。如果每个层段所求得的油压值均小于测试井的泵压，则该井适用于该型号的恒流堵塞器，如若不能，即按常规方法进行流量调配。

统计已应用自动水咀的13口井，52个层段，累计应用59井次，151个层段，恒流注水效果较好，在各井油压范围内能满足其±15%的产品精度要求，也能满足油田分层注水20 m3/d以下的精度要求（±15%）和20m3/d以上的精度要求（±20%）。

3 现场应用情况

恒流偏心配水堵塞器在大庆油田进行了大范围的现场试验。下面以在大庆油田某采油厂所选2口试验井为例。

表1为对2口投入恒流偏心配水堵塞器的试验井进行的测调周期统计情况，从表中可以看出，2口井在使用普通堵塞器时，平均测调周期为4个月左右，而使用恒流堵塞器后，测调周期延长至6个月左右，延长50%。

表1 普通堵塞器与恒流堵塞器测调周期统计

表2为1口试验井T48井分层测试效果。从表中可以看出，该井投入的堵塞器为恒流偏心堵塞器，测调日期为两个工作日约16 h，调后各小层检配水量均复合设计方案要求，是一份合格的测调资料。经统计，大庆油田使用普通偏心配水器的注水井测调用时约为32 h，该井测调用时比地区平均值降低50%。

表2 T48井分层测试（落实）效果

由此可见，应用恒流偏心配水堵塞器可大幅缩短注水井测调时间，并延长注水井测调周期。

4 应用存在的主要问题

4.1 井口油压波动问题

在投入恒流堵塞器的13口井中有6口井注水合格，但压力波动较大，有的井甚至每天的压力波动在3～5 MPa，不符合油田公司注水管理标准（每天油压波动不超过±0.2 MPa）。

解决方法一：将流量精度从原来15%放宽到20%，能很大程度地减小压力波动，使得压力波动从每天原来的3～5 MPa，几天内控制在2 MPa以内，同时能满足配注要求。但这样的压力波动仍然不符合要求。同时这样改进后，井口油压每隔一段时间就要发生一次较大的变化，需要更长的时间来稳定。

解决方法二：将压差范围从原来的0～10 MPa（不考虑启动压力）变为0～4 MPa，流量误差范围为±15%。以2口井进行了改进后的现场试验，经过一个多月的注水井日报数据跟踪监测发现，压力波动情况得到根本性控制，完全能够满足油田注水标准的要求，并且所需的稳定时间从原来的几个月缩短到3天左右时间。

4.2 井间干扰问题

由于恒流堵塞器的工作原理所致[4]，使得投入堵塞器的井压力会发生波动，会对处在同一井网的其它井产生影响，如果会，那么会产生怎样的影响，基于这一考虑，制定了相应的现场试验计划。

通过对监测数据进行整理发现，其中一组试验井组的压力波动有很大的相关性，也就是说这两口井之间的压力波动具有很大的相似性，而另外几组试验井组的监测数据上并没有太大的相关性。通过分析初步得出结论，那就是投入恒流堵塞器的井自身的压力波动并不会引起同一井网中其它井的压力波动，产生压力波动相关这一井组，很有可能是因为配注层段相同，由于地层间的连通性造成的。

4.3 阀芯耐用性问题

井下工作环境恶劣，温度高，水质差，腐蚀性强[5]。这样就对自动水咀尤其是阀芯的性能提出了很高的要求，即要满足高硬度、耐高温、耐腐蚀的要求。通过一段时间的查阅资料，现场调研，认真分析，初步确定了采用40Cr进行渗氮处理。渗氮处理同渗碳比较有很多优点，它可以达到甚至超过渗碳所能达到的硬度，同时又可以提高材料耐腐蚀性。

5 结论

通过以上总结可以得出以下几点结论：

沙漠绿岛石西油田

1）恒流偏心配水器理论扎实、性能良好、操作方便、投资小[6]，不仅能提高油田管理水平，也对油田开发中后期的稳油控水有重要意义。

2）恒流偏心配水堵塞器有很好的适用性，但要根据适应性公式和现场情况选择合适的精度，在一定压力范围内保证恒流注水要求的同时，又要满足注水井管理要求。

3）技术改进后，压差指标为0～4 MPa（不考虑启动压力），流量误差为±20%，井口油压波动问题得到根本性解决。即通过降低压差范围可以很好地控制井口油压波动，并且根据现场试验情况表明，经过改进的恒流堵塞器已经完全可以满足油田注水的需要，并且仅需几天时间就可以稳定。

4）通过现场试验证明投入恒流堵塞器后并不会造成管网压力波动，并进一步引起到同一管网中的其它井产生压力波动。