陈朋刚，赵亚杰，史鹏涛，董 涛，王亚雄

(延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心 陕西 延安 716000)

0 引 言

随着国内油田分层注水采油技术不断发展完善，形成了以桥式偏心分层配注工艺为代表的分层配注工艺，在国内各大油田得到大范围应用，满足了不同油藏类型不同开发阶段的注水采油开发的需要，为油田精细化分层作业奠定了技术基础[1-3]。由于偏心注水工艺系统中偏心水嘴安装在偏心配水器内的偏心槽内，这种结构形式在进行偏心分层流量配注测试调配时，无论采用钢丝绳作业还是电缆投捞作业[4-6]，都需要精确的机械导向、定位对接结构，对接是侧向传动结构复杂，传动效率低。正是由于这种偏心对接、调试方式，在大斜度井、深井、多层分注井以及采出水回注井中作业时存在水嘴打捞困难、投不进、反复作业、易堵塞等问题，测调仪遇阻、遇卡率高，测调成功率和工艺整体效率低问题。同心注水工艺技术是为解决偏心注水工艺所存在的问题发展起来的。同心注水工艺由同心配水器、同心测调仪组成的同心分层精细化注水技术工艺系统[7-9]，大大提高大斜度井、深井、多层分注井及采出水回注井中水嘴对接成功率，提高了作业效率。小排量防反吐同心配水器在针对延长油田小注水量需求，在常规同心配水器的基础上对水嘴结构进行优化，同时配水器还增加了防反吐功能，以改善油管内注水环境。

1 技术分析

小排量防反吐同心配水器是新一代注水工艺系统中井下配水工具的重要组成部分之一。它采用同心遇阻对接方式，水嘴配水器一体化设计方案，能提高测调仪井下对接效率，简化井下操作工艺，提高作业效率。特殊三角形水嘴开口满足小排量注水要求，防反吐结构设计有效改善管柱环境。

1.1 结构

小排量防反吐同心配水器主要由上接头、本体、外护筒、调节套、活动水嘴、防反吐组件、固定水嘴、固定水嘴座、螺环、下接头组成，结构图如图1所示。

1.2 工作原理

该小排量防反吐同心配水器与与常规配水器使用方法一样。下井之前将之与分层注水管柱连接之前，将配水器水嘴关死。在管柱与配水器下放到井下预定位置，向油管注水加压，使封隔器坐封。在同心注水测调时，使用电缆携带同心测调仪下放进油管内，在到达预定测调层同心配水器上方3～5 m处对同心测调仪进行开臂操作，测调仪定位爪打开，然后再继续下放仪器，仪器定位爪与配水器本体定位台对接。测调仪调节头伸缩块与配水器调节套调节槽对接，调节头继续旋转带动测调仪防转块进入本体防转槽内，测调仪继续转动带动活动水嘴组件(包括调节套和活动水嘴)做螺旋运动，改变活动水嘴与固定水嘴上出水口的相对位置，进而改变出水口节流面积大小，实现对注水量的调节。由于桥式过流通道的存在，当前层注水不会影响下层注水，从而实现其它层段分层配注的需要。该小排量配水器对固定水嘴出水口结构进行优化改进为三角形结构，便于小排量注水需求。同时增加了防反吐功能设计，满足当地层压力大于注水井油管内水压，防反吐组件结构发生作用，防反吐组件金属球复位，阻止地层水或油进入油管内。同时停注或压力波动时，可有效防止污垢、沙砾等堵塞配水器。

图1 小排量防反吐同心配水器

1.3 主要技术要求

总长度640 mm，最大外径114 mm，最小内通径46 mm，水嘴调节行程40 mm，额定工作压差40 MPa，连接口型2in TBG(1 in=25.4 mm)。

2 关键技术及特点

2.1 定位对接防转机构

该同心配水器的定位方式采用遇阻式定位对接，该定位结构主要包括定位平台、防转槽，结构图如图2所示。测调仪定位爪开臂下放与定位台接触，实现测调仪与配水器的同心对接。同时，井下仪器的防转块限于防转槽内结构内，防止仪器工作时仪器自身转动，保证测调仪与配水器调节套之间的相互运动。此外与对接台一体的支座上有过流通道设计，足够大的过流面积可以保证当本层注水时，水还可以沿过流通道流向下层，以致不影响其它层的不影响对下层注水层段的注水作业。

2.2 调节机构

调节机构是由活动水嘴组件和本体上的梯形螺纹连接的传动机构，该调节机构图见图3所示。测调仪与配水器定位台对接后，测调仪调节头伸缩块卡进调节槽1中，通过调节套与本体上的梯形螺纹做螺旋运动带动活动水嘴4与固定水嘴发生相对位移，实现活动水嘴相对固定水嘴的节流面积的变化，完成调配任务。

图2 定位机构示意图

图3 调节机构示意图

2.3 固定水嘴组件结构

固定水嘴组件结构主要有固定水嘴座和固定水嘴及固定环三部分组成，如图4所示。固定水嘴座时安装固定水嘴的基座，固定水嘴上出水口结构设计决定配水器的注水排量的主要因素之一。根据延长油田小排量注水要求，设计适当的有效的出水口节流面积，同时满足精细化注水的要求，以适用于小排量注水要求。小排量固定水嘴结构示意图如图5所示。

图4 固定水嘴组件结构

图5 固定水嘴结构示意图

根据固定水嘴出水口形状以及流体力学的关系，得出不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量大小见表1。

表1 不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量 m3

不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量曲线见图6所示。

2.4 防反吐结构

防反吐结构是为防止地层压力大于管柱压力时防止地层液体回流而设计的结构，其固定本体1出水口位置。正常注水作业时，管柱压力大于地层压力，管柱内的水推动金属球4向外挤压弹簧3，水从金属球4周围的缝隙穿过从防反吐壳体2的孔中流进地层，当地层压力大于管柱管柱压力时，弹簧3恢复变形，金属球4堵住孔板5上的出水孔阻止地层液回流。具体结构示意图如图7所示。

图6 不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量曲线

图7 防反吐结构

3 现场验证情况

小排量防反吐配水器在江苏油田、长庆油田、青海油田、克拉玛依油田、华北油田、大港油田等进行了推广使用，目前使用状况良好。该类型配水器目前在不同井深、井斜中得到使用和验证，其中江苏油田井深1 800～2 000 m，长庆油田深井2 000～2 800 m，青海油田井深3 000～4 000 m，克拉玛依油田井深3 000～4 000 m，华北油田井深1 500～2 000 m，大港油田井深1 500～2 000 m，井斜从20°到55°不等的井中进行了实验验证。注水量从10 m3到30 m3不等注水要求进行注水作业，经实验其注水合格率达到了96%，一次对接成功率达到95%以上，测调调试时间3～8 h。实验结果表明，桥式同心配水器在小排量、深井、大斜度井、多层分注及采出水回注井中施工作业方便，成功率高，水嘴调节灵活，测调精度高。其在长庆油田实施作业的实验数据见表2。

通过上表可以看出，该型号配水器满足不同井斜的注水要求，且满足小注水量注水井的注水要求，井下测调注水注水合格率基本达到100%。

4 结 论

1)配水器和可调水嘴一体化设计，无需钢丝投捞作业，配水器与测调仪为同心对接，对接成率高，适用于大斜度井作业使用。

2)活动水嘴与配水器一体化设计，水嘴采用无级连续调节方式，调节精度高。

3)配水器固定水嘴出水口为窄长三角形结构，该形状的出水口结构设计适合更小注水量要求的注水井使用，同时可保证流量调节的高分辨率和精细化注水要求。

4)水嘴调节套具有自动脱扣功能，可以有效防止水嘴调节套在调节套在关死和完全打开时不会出现卡死情况。

5)配水器具有较大过流通道，本层作业不影响其它层段的注水作业，层间抗干扰能力强。

6)配水器长度短(640 mm)，可适用于小卡距分层注水工艺。

7)防反吐功能有效地阻止了地层压力大于管柱压力时液体逆流的问题，减少了后期因井况脏堵塞而进行的洗井作业次数，提高作业效率，节约了作业成本。

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