免投捞式空心配水器的研制与应用.doc

免投捞式空心配水器的研制与应用
摘要：目前胜利油田轨道式空心配水器年用量在800套以上。这种配水器在现场应用过程中，由于井脏、负压等原因，经常出现换向不灵、无法正常注水，以至最后起出管柱重新作业等问题，增加了作业成本，延长了作业占井时间。通过分析，认为造成这种现象的主要原因是机械结构在井下工作可靠性较差。将机械控制式结构改为液压控制式结构，利用坐封过程中控制活塞暂时不越过注水孔，泄压后弹簧的弹力将注水活塞自动推到注水状态的设计思路，研制成功了免投捞式ZKP型空心配水器，封隔器坐封过程中不用投捞死芯子，简化了压缩封隔器管柱完井施工工序，降低了作业成本，提高了作业效率和质量。到目前为止，现场共应用354井次，一次作业成功率98．7％，注水层段合格率87．2％。
关键词：空心配水器；注水井；芯子；免投捞
注水开发是国内油田提高原油采收率的主要方式。由于油层各层系的非均质性以及层间差异，只有采取分层注水方式才能有效提高注水效率和油田采收率。配水器就是利用节流原理调节层间矛盾，实现各层的配水作用，是分层注水管柱中的关键设备，空心配水器的发展经历了3个主要阶段：固定式、活动式和轨道控制式ZJK型。固定式配水器已基本被淘汰，活动式配水器与Y341型封隔器配套使用时，需携带死芯子下井，封隔器坐封后，捞出死芯子，投入带水嘴的配水芯子，转入正常注水，作业工艺比较复杂。ZJK型配水器采用了轨道换向机构，坐封时处于关闭状态，封隔器坐封完成后注水通道才能打开，因此可直接携带所需水嘴下井。坐封后自动换向，转入正常注水，减少了投捞死芯子的作业工序。由于井筒处理不彻底，井内杂质较多以及地层亏空现象严重，ZJK型配水器经过几年的现场应用，也发现了一些问题：
(1)由于各种原因，ZJK型配水器有时在井下轨道换向不灵活；、
(2)由于其外径较大，不适宜在缩径井中应用；
(3)配水器芯子密封件在投捞过程中经常脱落，造成再次投送芯子不到位，调配不成功。
为此研制出ZKP型配水器替代ZJK型配水器，较好地满足了现场需要，提高了作业效率，同时对注水芯子密封结构进行改进，提高了投捞成功率和配水可靠性。
1、结构组成ZKP配水器主要由上接头、调节环、垫环、压簧、中心管、阀体、阀套、控制活塞、挡环、下接头、密封圈及芯子总成等零部件组成，见图1。芯子总成由上压帽、下压帽、中心管、压环及连体密封圈组成，见图2。
1-上接头；2一调节环；3一垫环；4一压簧；5一中心管；6一阀体；
7一阀套；8一控制活塞；9一挡环：lO一下接头
图1ZKP配水器结构
2工作原理
配水器按设计要求连接在油管上与封隔器一起压帽连体密封圈中心管压环上压帽图2芯子总成结构下至设计位置。封隔器坐封时，从油管内加液压，液压通过下接头上的传压孔作用到控制活塞上，当压力达到一定值时，剪钉剪断，控制活塞下行。同时液压通过配水器中心管上的注水孔作用在阀套上，其有上行的趋势，但在限位台阶作用下保持不动，在密封圈作用下配水器仍保持密封，从而保证整个管柱的密封性，封隔器坐封完成后，卸掉油管压力，阀体与阀套在压缩弹簧作用下下行(无负压情况下)，注水孔与注水通道连通。再次油管加压，压力推动阀体，压缩弹簧上行，实现注水。至此，整个管柱坐封注水一次完成。注水过程中，因测试、反洗井等原因停注时，阀体在弹簧力作用下下行，与阀套形成密封，防止层间串通。
3技术参数及特点
3．1技术参数
配水器钢体最大外径100mm，总长度621mm，控制活塞动作压力7MPa，开启压差0．9MPa，最大工作压差35MPa，工作温度≤160qC，两端联接螺纹073mmTBG。芯子通径见表1。表1ZKP配水器芯子通径
3．2技术特点
3．2．1无轨道，免投捞设计与ZJK配水器相比，ZKP配水器去掉了轨道，增加了控制活塞，完全能够实现原有配水器的功能，且不存在换向问题，使配水器顺利打开，做到坐封时保证整个管柱的密封性，坐封完成后实现注水，从而提高了配水器的工作可靠性。
3．2．2配水芯子密封件防脱落设计
目前配水芯子是在整体式本体上开有梯形燕尾槽，安装三角圈，通过过盈与配水器内工作筒形成密封，但其过盈量是固定的，不可调。投捞过程中，在摩擦及水流的冲刷作用下，芯子胶圈大量脱落，影响了配水准确性。改进后的配水芯子采用分体式，由螺纹连接，芯子胶圈采用双联异型结构，由压帽、压环固定在芯子本体上，完全限制了密封胶圈的自由动作，不但较好地防止了密封圈的脱落，而且其过盈量可以根据需要进行调节，确保了水嘴控制注水量的可靠性。配水芯子结构改进后，完全解决了芯子胶圈脱落问题，提高了投捞测试成功率。其结构对比见图3。图3改进前后配水芯子结构对比图
4现场应用
ZKP配水器研制成功以后，共进行了354口井的现场试验，不用投捞死芯子实现了封隔器的一次坐封，坐封完成后直接转入正常注水，一次完