注水井液体流向控制技术研究

李英 邹志恒 梁晓军

摘要：注水开发的油田是采用水驱油驱替方式开发油田的，随着油田开发进入中后期，小层变化复杂、含水高、注采系统不完善，平面矛盾、层间矛盾、层内矛盾突出，井况也相对复杂，油井含水上升，注水效果变差。近几年来，各油田针对开发中后期出现的诸多问题，采取了各种对策。在注水井管理中，为保护井筒，延长分注有效期，在注水井井口安装单流阀是为了有效预防因系统压力波动而造成井筒、地层压力激动、管柱蠕动等问题，从而导致井筒损坏、地层出砂、分注管柱失效。该论文结合注水井单流阀现场使用情况，开展了注水井压力变化分析、液体流向控制技术探究，通过对现场实际情况总结、分析和系统研究，形成了注水井现场管理的方法和思路，对提高注水井管理和地质开发工作有着重要意义。

关键词：油田;注水开发;注水井

通过现场调查和了解，吉林油田所有注水井井口大部分无单流阀控制，系统压力波动导致注水井生产中出现各种问题无法预防的同时，还会出现以下两种情况，一是注水管线穿孔发生泄漏后，注入压力小于地层压力，造成注水井内油、水回流，通过泄漏孔释放于田野间，造成环境污染事故。二是因注水站种种原因，注入压力小于地层压力后，注水井内原油会回流至注水管线内，严重时会造成管线凝固事故。因此，设计一种简易高效、便于维修的流体方向控制阀对注水井来说具有深远的意义。

1注水井压力波动造成的影响

1.1注水井注不进水。油田能否长期保持高产稳产，获得较高的采收率与油层三大矛盾的处理好坏有着很大关系，在油层内水驱油的过程又是体积的驱替过程和能量的补给过程。注水井能实现有效注水的条件是流压必须大于静压。油田在开发后期，地层能量在不断耗损，油层压力逐渐下降，引起注水压差发生变化，当注水压力发生变化或是油层压力上升都会使注水压差变小、相等甚至出现负值。从而导致注水井注不进水，严重影响注采平衡。

1.2使油层状态发生改变。压力稳定会使油层、油水井保持在一个良好的状态下进行油田开发生产。压力平衡是注采平衡的衡量标准和表现，合理的注采压力系统可最大程度地发挥出油层生产能力，当压力发生变化，破坏了油层原有的状态，加剧了油层本身存在的矛盾，液體反向流动，从而对管线产生一定冲击，这种不良循环过程相应地会造成油层激动出砂。

2市场购置单流阀结构原理及存在的问题

2.1结构原理

单流阀主要用于压井管汇，控制压井液或其它液体，只能向井内注入，而不能回流，以达到压井和其它作业的目的。市场购置单流阀以卡箍连接或法兰连接的方式连接在注水井来水流程上，注水时，来水利用压差推开阀芯、压缩弹簧注入井内，当系统压力波动时，井底压力大于来水压力，在弹簧的作用下，阀芯回落在锥形密封面上，实现井筒、井底的压力稳定。

2.2存在的问题

（1）弹簧是易损件，长时间工作易疲劳、腐蚀断裂而失效：（2）阀腔进入焊渣后易卡死弹簧，导致单流阀失效：（3）弹簧具有一定的撑顶弹力，会增加注水设备的工作负荷，造成能源的浪费：（4）阀芯上下面积造成截压，注水压差小会出现打不开现象：（5）内部止回部件无法拆卸维修，止回功能失效后，需整体更换，增加了成本费用的支出。

3便修式注水井双控单流阀的研制

针对市场上的单流阀存在的上述问题，我们设计研制了《便修式注水井双控单流阀》。为了减少该装置应用后给岗位工人带来的工作量，除具备单流阀本身的功能外，主要是必须达到岗位工人自己能够维修的目的。因此，在结构上进行了8次改进，有独特的维修工具。该单流阀靠介质的压力来实现阀芯和阀体之间的金属对金属密封，介质压力越大，密封越好。阀腔内任何时候都能承受管线压力，安全可靠，解决了市场上所销售单流阀存在的所有问题。

3.1便修式注水井双控单流阀的结构

主要由正注连接管、反注连接管、主壳体、密封座、密封球、顶架罩、高压聚氨酯密封圈组成。此阀体为合金钢锻件加工而成，具有较强的机械性能。阀盖和阀体采用螺栓连接，密封件为阀盖上的密封圈与阀体内壁密封，密封性能可靠。它使阀盖和阀体的装配间隙很小，从而减小腐蚀介质对螺栓和螺孔的侵蚀并减少了螺栓载荷。阀芯和阀体密封面堆焊硬质合金，使之具有良好的耐磨性和抗腐蚀性能，阀芯材料要用防硫钢，其它零件采用限制硬度的方法，因而该阀可在含 H2S的环境中使用。并有泄压装置，可以自行清理并维修。

3.2便修式注水井双控单流阀的工作原理

便修式注水井双控单流阀以焊接联结的方式连接在正、反注水来水流程上，注水时，来水进入主壳体内，利用压差，克服密封球自重，注入井内。当系统压力波动或注水井因故停注后，井底压力大于来水压力，在密封球自重和压差的作用下，密封球自然回落在密封座的锥形密封面上，阻止地层液体返回地面注水管线内，实现井底、井筒的压力稳定，地层不会产生激动出砂，停住后能顺利重新开井注水，避免注水井因故停注后产生的各种损失和对油井生产的影响。

4.现场应用

该装置经过八次改进，形成了最终实施方案，通过一年来在五口注水井上的现场实验，在系统压力不稳定的情况下，有效地控制了注入水的反流，减少了更多的杂质流入井底，污染油层，达到了预期的效果。从生产数据上可以看出，应用了该装置的注水井，减少了当年的洗井次数，减少了注水井的修井次数，综合以上情况，单井年可创效1.5万元，队年创效20万元，如果从开发资料录取及时性考虑，创造的效益不可估量。

注水井双控单流阀经过安全部门的现场压力测试，符合有关制度要求，可以在生产中投入使用。同时配备了安全操作规程、安装说明书、使用说明书、维修手册等相关资料。目前已经在全厂七个采油队32口注水井进行了现场应用，应用半年来没有发生任何问题，是注水井管理的好帮手。

结束语：在目前我国注水井开发过程中，需要对注水井地面及井下管柱等情况进行综合分析及诊断，掌握实时的注水情况。注水井管理是油田地质开发工作的重中之重，注采平衡是油田合理开发的重要依据。为了加强注水井管理，合理控制注水系统发生异常时对注水管线及油层产生的影响，在注水井井口流程上安装了注水井双控单流阀。该单流阀的应用，有效解决了注水井管理中存在的一些问题，规避了注水工作中的一些风险，确保了注水井科学、有效注水，并且为我们解决注水井生产中出现的难题，积累了丰富的经验。