桥式同心配水器结构优化及其在南堡油田的应用

魏玲

中国石油冀东油田分公司南堡作业区（河北 唐山 063200）

南堡油田注水井井型主要以定向井为主，平均井斜40.9°。随着油田注水开发的不断深入，大斜度井不断增多，大斜度井分层注水技术面临难题[1-3]。常规偏心定量分层注水技术由于受井斜因素影响，其投捞测试成功率低[3]。为进一步探索大斜度井井下分层注水新途径[4-8]，形成适应性强的分层注水工艺配套技术[9-14]，满足油田精细注水开发需求，调研同心分层注水工艺技术[15-22]，该技术具有同心对接成功率高等优势，但在现场应用过程中发现其存在小配注量测调不准确、全关状态下漏失量大和水嘴调不动等问题。因此，开展了桥式同心分层注水工艺技术研究，对同心配水器进行改进，开展室内评价实验并应用于矿场，研究形成了一套针对大斜度井的桥式同心分层注水工艺技术，有力推进了南堡油田大斜度井分层注水工艺技术与应用水平的提升。

1 桥式同心配水器结构优化

该技术的核心是桥式同心配水器结构的改进与应用实践，采用“V”字形水嘴设计和偏心阀设计，漏失量小，极大地提高了小配注量的测配精度，并且调节扭矩小，配水更加容易。

该技术主要针对同心分层注水工艺技术存在漏失量大的问题，对水嘴形状进行了改进，将“□”字形水嘴设计为“V”字形水嘴，减小水嘴阀芯和阀套间隙漏失面积，极大地减小了全关状态下的漏失量，且“V”字形水嘴的过流面积增强了小配注量测调适应性。

同时，该技术解决了测调扭矩大、调不动的问题。设计采用了偏心阀的布局结构，缩小水嘴体积，减小水嘴阀芯和阀套的配合面，密封件摩擦阻力变小；测调时配水器中心调节机构连通大齿轮旋转，带动小齿轮旋转，进而带动位于偏心位置的井下可调水嘴的阀芯作直线运动，通过阀芯和阀套的相对开度来调整注水量，在同等压差条件下，测调摩擦阻力和调节扭矩减小，配水器水嘴更易调动，测调成功率高，如图1所示。

2 桥式同心配水器室内实验

2.1 实验目的及实验设备

实验目的：检测桥式同心配水器的密封性及调配可靠性。

2.2 密封性实验数据及分析

如图2所示，关闭桥式同心配水器可调水嘴，连接好丝堵和管串，下入模拟井内。启动试压泵，正打压逐步升压至30 MPa 时，稳压30 min，压降小于1 MPa，符合设计要求。继续提高压力并进行配水器强度实验，在1.5 倍额定工作压力下，钢体无裂纹、无损伤。

图2 实验装置示意图

2.3 调节性能实验数据及分析

2.3.1 调节电流及扭矩实验

检验装置示意图如图2 所示，关闭桥式同心配水器可调水嘴，连接好丝堵和管串，下入模拟井内。在25 MPa 压差下，启动测调仪器，测试其调节性能，调节电流和扭矩测试结果分别见表1和表2。

表1 调节电流测试数据mA

表2 扭矩测试数据

通过实验数据可以看出，改进后的桥式同心配水器与改进前的相比，空载下调节扭矩最高降低了54.45%，25 MPa 下调节扭矩最高降低了67.95%，有效降低了调节扭矩，水嘴更易调动。

2.3.2 流量调节性能实验

在不同注水压差下，调节桥式同心配水器水嘴开度直至水嘴全开状态，根据水嘴位移与流量压差计算公式，得出流量-压差-水嘴位移曲线，如图3所示。

图3 流量-压差-水嘴位移曲线图

按照图2要求，在注水压差10 MPa 下调节水嘴开度和注水泵流量，记录水嘴开度，调节到此开度下所用时间及旋转圈数见表3。

表3 水嘴位移与旋转圈数关系

由图3可知，在注水压差10 MPa下，调节位移从3 mm到10 mm，流量从0到35 m3/d。根据水嘴位移与旋转圈数关系表（表3）可知，水嘴位移从3 mm到10 mm所需调节时间为70 s，仅需旋转0.88圈，能够满足小流量调配要求。

2.4 配水稳定性能评价实验数据及分析

按照图2要求，在某一固定开度下，通过改变注入流量，开展10～30 m3/d 配水稳定性实验。表4 为开度2 mm时测得的流量-压力变化数据。

表4 开度2 mm时的流量-压力变化数据

根据冀东油田注水井资料录取规范要求，配水误差30%以内为合格，实验结果表明：配注为10 m3/d时，压差变化0.9 MPa以内，流量变化仍可满足配注要求；配注为20 m3/d 时，压差变化2.9 MPa 以内，流量变化仍可满足配注要求；配注为30 m3/d 时，压差变化4.4 MPa以内，流量变化仍可满足配注要求。

3 现场应用及典型实例

NP11-237 井位于南堡1 号构造1-1 区101X20断块构造较低部位，人工井底3 731.77 m，最大井斜62.08°，两级三段桥式同心分层注水管柱。封隔器座封后进行验封测试，验封仪皮囊座封在第二个配水器处，井口打压15 MPa，稳压10 min，压降小于2 MPa判断封隔器座封合格。验封合格后下入同心测调仪工具串进行测试调配。层段配注10、20、20 m3/d，测试调配后，地面泵压为22.8 MPa，油压为13.57 MPa，地面流量调到50.8 m3/d，实测流量50.8 m3/d时，各段流量分别为12.6、15.4、22.8 m3/d，同Ⅰ、同Ⅱ、同Ⅲ均达到配注要求。整套工艺从管柱下入、封隔器坐封、试注到封隔器电缆直读验封、单层直读测调全过程施工顺利。

现场还跟踪了2 口井初次、二次、三次调配和复测结果，见表5，调配成功率100%；水量稳定，经过7 个月的注水，3 次测调之间的流量变化低于15%；测调顺畅、测调电流为50～80 mA（远远低于同心配注的150～200 mA），取得了较好的测试调配试验效果。

表5 现场试验井调配情况表

目前该技术已在南堡油田作业区应用58井次，其中最大井斜62.08°，分注段最大井斜49.5°，施工成功率100%，初次测调成功率100%，测调成功率89.6%，测调效率提升2 倍，测试效率相对偏心分注技术有大幅提高，取得的技术经验将为该技术的实施和推广应用提供强有力的借鉴和支撑，为规模推广奠定基础。

4 结束语

针对常规同心分注工艺技术存在的问题，开展了桥式同心分层注水工艺技术研究与攻关，对配水器的结构进行了改进，室内实验取得良好效果。

1）测调实验表明：改进后的调节电流降至原电流的50%～70%；同等压差条件下水嘴更易调动，完全符合测调需求。

2）现场实践表明，改进后的分层注水工艺技术3 个月复测检配均合格；7 个月后复测检配合格率高，配水稳定，现场应用效果好。

3）桥式同心分层注水工艺技术扩大了同心分注井的应用范围，解决了调配精度低的问题，较大限度地发挥了注水井的高效注水、精细注水优势，为油田的稳产和增产提供了技术支撑。