專利名稱：雙層自調(diào)配水器的制作方法
該裝置涉及一種用于油、氣田分層注水的井下流量調(diào)節(jié)器。
分層注水工藝的研究，在我國(guó)始于六十年代初。井下配水器是油、氣田注水井分層注水的重要工具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，操作的方便可靠性將直接影響油、氣田開發(fā)方案的有效實(shí)施。六十年代，我國(guó)研究并應(yīng)用了745固定式配水器及分層注水工藝，雖已大面積推廣應(yīng)用，但由于工藝復(fù)雜，目前大部分已被淘汰。自七十年代到目前，我國(guó)各油田廣泛使用的665-2偏心配水器和空心配水器，雖解決了地下配水的一些問題，但每層必須安裝一個(gè)配水器進(jìn)行配水。如果在地質(zhì)方案改變、水咀剌大或堵塞的情況下，需重新更換水咀時(shí)，均用鋼絲投撈配水芯子或起下管柱才能實(shí)現(xiàn)。由于投撈工藝復(fù)雜，需要占用較多人力、物力。如利用錄井鋼絲投撈時(shí)，需用工程車動(dòng)力進(jìn)行配水芯子的投放。在投放時(shí)，由于配水芯子小，重量輕，加上四道盤根，很難順利地將其投入工作筒的偏心孔內(nèi);打撈時(shí)，由于配水器在井下工作時(shí)間較長(zhǎng)，且處于高溫高壓條件下，再加上水質(zhì)的腐蝕，經(jīng)常由于嚴(yán)重的腐蝕和沉淀物的影響，使密封段摩擦力增大，加上錄井鋼絲承載能力有限，拉斷鋼絲的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。這樣就導(dǎo)致二次作業(yè)，不但影響了施工速度，浪費(fèi)了人力物力，更重要的是使油氣生產(chǎn)受到很大影響。如采用起下管柱調(diào)配水咀，在完全順利的情況下，起下一次管柱的費(fèi)用就超過一萬元，費(fèi)時(shí)1-2天。
目前國(guó)外文獻(xiàn)資料介紹了美國(guó)CAMCO，BAKER等公司的一些產(chǎn)品，他們的一些油田分層注水采用固定式、偏心式和同心式的井下流量調(diào)節(jié)器，雖利用了單層自調(diào)活塞結(jié)構(gòu)，在地層壓力變化或泵壓變化的情況下自動(dòng)調(diào)節(jié)注水量，使注水量保持恒定，但每層必須安裝一個(gè)流量調(diào)節(jié)器，大部分是固定在管柱上，無法投撈起下更換水咀。就投撈方式來說，也是采用鋼絲投撈和起下管柱進(jìn)行水咀更換，同樣存在上述缺點(diǎn)。
雙層自調(diào)配水器的目的就是鑒于以上配水器的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種新型結(jié)構(gòu)的井下流量調(diào)節(jié)器，使其具有一套工具同時(shí)配注兩層，并在一定壓差波動(dòng)范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)、穩(wěn)定注水量;同時(shí)采用液力投撈，靈活可靠地進(jìn)行配水芯子的投撈，水咀更換，結(jié)構(gòu)合理，操作方便等特點(diǎn)。
雙層自調(diào)配水器提供一種新型結(jié)構(gòu)的井下配水器，其特征在于這種配水器是由液力投撈裝置，配水芯子、密封件和工作筒組成，其液力投撈裝置與配水芯子以螺紋連接為一體，靠密封件與工作筒密封。該配水芯子是由上層自調(diào)活塞和下層自調(diào)活塞組成的雙層自調(diào)活塞結(jié)構(gòu)其工作筒是由內(nèi)、外工作筒，上、下層注水孔，上、下層進(jìn)水孔及隔環(huán)、隔墻組合而成的雙層通道結(jié)構(gòu)。


圖1為雙層自調(diào)配水器上部注水結(jié)構(gòu)圖。
圖1a為雙層自調(diào)配水器下部注水結(jié)構(gòu)圖。
圖2為雙層自調(diào)配水器工作筒結(jié)構(gòu)圖。
圖2a為雙層自調(diào)配水器工作筒A-A的剖視圖。
圖2b為雙層自調(diào)配水器工作筒B-B的剖視圖。
圖2c為雙層自調(diào)配水器工作筒C-C的剖視圖。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明雙層自調(diào)配水器的結(jié)構(gòu)。
如圖1-2所示，是由液力投撈裝置、配水芯子、密封件和工作筒組成。其液力投撈裝置如圖1所示是由打撈頭1、進(jìn)水孔2、提升閥芯3、閥芯接頭4、拼帽5、提升皮碗6、皮碗支承接頭7、出水孔8、單流閥套10、單流閥彈簧11、單流閥出水孔12、球帽13、凡爾球14、凡爾座15組成。在打撈頭1的園柱面上均布四個(gè)斜向進(jìn)水孔2，其下端與閥芯接頭4連接，內(nèi)部裝有提升閥芯3。閥芯接頭下端與皮碗支承接頭7連接，在皮碗支承接頭7上裝有拼帽5，和皮碗6。并留有4個(gè)斜向出水孔8，其下部與單流閥套10連接，在單流閥套內(nèi)裝有單流閥彈簧11、球帽13、凡爾球14、凡爾座15，在其園柱面上有2個(gè)出水孔12。單流閥套10下端與配水芯子連接為一體。
雙層自調(diào)配水器的配水芯子如圖1所示，是由上注水套18、側(cè)孔17、上層自調(diào)活塞20、上層自調(diào)活塞彈簧19、上層水咀21、上層進(jìn)水孔24、下注水套25、側(cè)孔27、下層自調(diào)活塞29、下層自調(diào)活塞彈簧28、下層水咀30、下層進(jìn)水孔31、底部接頭32和梯形密封槽36、38、39、42、43、組成。配水芯子總體為園柱體，其總體由上注水套18、下注水套25和底部接頭32三部分組裝而成的雙層自調(diào)活塞結(jié)構(gòu)。其上注水套的上端與液力投撈裝置連接。在與上注水孔16的對(duì)應(yīng)位置處有3-6個(gè)側(cè)孔17，在上注水套內(nèi)裝有上層自調(diào)活塞20、上層自調(diào)活塞彈簧19、上層水咀21，水咀可以根據(jù)配注要求任意更換，與下注水套25上部園柱面上均布的4-6個(gè)上層進(jìn)水孔24組成一個(gè)上層自調(diào)活塞結(jié)構(gòu)。在下注水套25中部與下層注水孔26相對(duì)應(yīng)的位置上有3-6個(gè)側(cè)孔27，在下注水套內(nèi)裝有下層自調(diào)活塞29、下層自調(diào)活塞彈簧28、下層水咀30，水咀同樣可以更換，并與底部接頭32園柱面上均布的4個(gè)下層進(jìn)水孔31′組成下層自調(diào)活塞結(jié)構(gòu)。底部接頭32為一絲堵，與下部不通。在配水芯子的園柱面上側(cè)孔17上部，上進(jìn)水孔24的上、下和下層進(jìn)水孔31′的上、下各有一組，每組兩條的梯形密封槽36、38、39、42和43，并裝有相應(yīng)的密封圈。在注水時(shí)，配水芯子靠注水壓力坐到工作筒的限位臺(tái)階50處，靠密封圈密封，使注入水沿著規(guī)定的流道注入兩個(gè)油層。配水芯子在工作筒內(nèi)投放靈活，投入工作筒的推力不大于40Kg，拔出工作筒的拉力不大于50Kg。本裝置靠上、下兩個(gè)水咀節(jié)流后，在水咀前后形成一個(gè)壓差△P，△P作用于活塞面并施于彈簧，當(dāng)水咀前后壓差在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，彈簧在液力作用下伸長(zhǎng)或縮短，并帶動(dòng)活塞上、下移動(dòng)，以調(diào)節(jié)側(cè)孔的過流面積，從而達(dá)到保持流量恒定的目的。一般啟動(dòng)壓差為0.85-1MPa。
雙層自調(diào)配水器的工作筒如圖2所示，是由內(nèi)、外工作筒的上接頭44和9、外工作筒22、內(nèi)工作筒23、上層注水孔16、上層進(jìn)水孔24、下層注水孔26、下層進(jìn)水孔31、隔環(huán)45、46和48、隔墻49和49′工作筒限位臺(tái)階50和內(nèi)、外工作筒下接頭51、52組成。在工作筒上部均布3-6個(gè)直徑為φ18-24mm，且通過隔環(huán)45直接與內(nèi)工作筒內(nèi)徑相通而與內(nèi)、外工作筒環(huán)空不通的上層注水孔16。在內(nèi)工作筒上部外園柱面上均布3-6個(gè)上層進(jìn)水孔24，在上層進(jìn)水孔24下部?jī)?nèi)、外工作筒環(huán)空左邊有一200°-230°的隔環(huán)46，在內(nèi)、外工作筒的環(huán)形空間右下方有一200°-230°的隔環(huán)48，在兩隔環(huán)之間有兩道隔墻49和49′將環(huán)形空間分成不相通的左、右兩個(gè)半環(huán)。在內(nèi)工作筒的左半園柱上有一直徑為φ25-32mm的下層注水孔26，在右半環(huán)的園柱面下方有兩個(gè)直徑為φ18-22mm的下層進(jìn)水孔31。在內(nèi)工作筒的下部有一限位臺(tái)階50限制配水芯子的位置，最下部有內(nèi)、外工作筒的下接頭51和52。工作筒的上接頭9與油管或水力錨連接。內(nèi)工作筒上接頭44與配水芯子靠密封圈密封。外工作筒的下接頭52與封隔器連接。內(nèi)工作筒的下接頭51與封隔器的中心管連接。
本工作筒由上、下注水孔，上、下進(jìn)水孔、隔環(huán)、隔墻組合而成，和配水芯子配合，使注入水一部分沿著流道35進(jìn)入上層進(jìn)水孔24，經(jīng)上層自調(diào)活塞、側(cè)孔進(jìn)入上層注水孔16注入上部油層;另一部分沿流道35下行，經(jīng)下層進(jìn)水孔31再經(jīng)下層自調(diào)活塞、側(cè)孔進(jìn)入下層注水孔26，再經(jīng)流道41和封隔器注入下層油層。
雙層自調(diào)配水器的主要優(yōu)點(diǎn)如下
1.由于采用了液力投撈裝置，不用鋼絲繩和起下管柱作業(yè)，不但省力、省時(shí)、節(jié)約開支，而且投撈方便可靠成功率高，減少了鋼絲斷脫事故的發(fā)生。
2.采用了雙層自調(diào)活塞結(jié)構(gòu)的配水芯子和與之配套的工作筒，實(shí)現(xiàn)了一套配水器可以解決兩個(gè)層的分層注水問題，同時(shí)克服了注水量受壓力的影響，使注水量保持恒定。
3.使用雙層自調(diào)配水器分注，可以隨時(shí)進(jìn)行分層測(cè)試，檢測(cè)地層水能力變化，給地質(zhì)方案的調(diào)整和增注工藝措施提供了可靠的依據(jù);同時(shí)還可以對(duì)封隔器的密封情況和管柱漏失情況進(jìn)行檢查;還可以不動(dòng)管柱進(jìn)行分層酸化。
4.雙層自調(diào)配水器操作方便，易于掌握，采油隊(duì)工人經(jīng)短期培訓(xùn)即能掌握。
實(shí)施例注水井作業(yè)時(shí)，根據(jù)地質(zhì)要求組裝分層配水管柱。分層配水管柱由油管、水力錨、雙層自調(diào)配水器工作筒和封隔器組成，并下到予定深度座封。根據(jù)設(shè)計(jì)要求正、反洗井后，一般空注3-5天，然后測(cè)各層的吸水指數(shù)(用配水芯子即可測(cè)試)。根據(jù)吸水情況和地質(zhì)要求確定上、下油層的配注水咀，組裝好配水芯子，投入正常注水。
一、投撈液力投放時(shí)，將組裝好的液力投撈裝置和配水芯子裝入采油樹的防噴管內(nèi)，以正注方式，靠配水芯子的自重和注水壓力將配水芯子送到雙層自調(diào)配水器工作筒內(nèi)即可進(jìn)行正常注水。
在液力打撈時(shí)，將地面正注水流程倒成反注流程，注入水從油套環(huán)空經(jīng)上層注水孔16進(jìn)入單流閥，在注入水壓力作用下，凡爾球14受壓，并壓縮單流閥彈簧11使單流閥打開。注入水一部分通過單流閥和出水孔12將提升皮碗6脹開，并將油管密封;另一部分經(jīng)出水孔8進(jìn)入上層流道34，繼續(xù)上行作用在提升閥芯3上，提升閥芯3上行將進(jìn)水流道33堵塞。這樣在油套環(huán)空和油管內(nèi)就產(chǎn)生一個(gè)壓差，在壓力的作用下，注入水將配水芯子上提，并脫離工作筒，在油管內(nèi)隨水向上運(yùn)動(dòng)到井口，進(jìn)入采油樹的防噴管內(nèi)，取出后即可更換芯子或水咀。
二、注水在注水時(shí)，注入水一部分經(jīng)進(jìn)水孔2進(jìn)入進(jìn)水流道33，并通過提升閥芯3進(jìn)入上部流道34，再經(jīng)出水孔8直接進(jìn)入流道35，另一部分可以直接進(jìn)入流道35。進(jìn)入流道35的水一部分經(jīng)上層進(jìn)水孔24進(jìn)入上層水咀21，經(jīng)水咀節(jié)流后進(jìn)入上層活塞內(nèi)流道37。由于水咀節(jié)流產(chǎn)生的壓差作用于上層自調(diào)活塞20的端面上，并施于上層自調(diào)活塞彈簧19，使活塞彈簧壓縮并帶動(dòng)活塞上移，從而減少了側(cè)孔17的過流面積，控制了進(jìn)入上層注水孔16的注水量，注入水通過上層注水孔16注入上部的油層。進(jìn)入流道35的另一部分水流經(jīng)下層進(jìn)水孔31進(jìn)入下層水咀，同上層自調(diào)活塞相同，水流經(jīng)下層自調(diào)活塞內(nèi)流道40、側(cè)孔27，下層注水孔26進(jìn)入下層流道41，經(jīng)封隔器注入下部油層。上述為最佳實(shí)例，根據(jù)具體的技術(shù)條件本專業(yè)人員可以對(duì)雙層自調(diào)配水器進(jìn)行三層或四層的變化和改型。
為了減少固水質(zhì)差對(duì)油層的污染，同時(shí)還設(shè)計(jì)了相配套的洗井芯子，可以同時(shí)洗兩個(gè)油層。
權(quán)利要求
1.一種用于油、氣田注水井分層注水的雙層自調(diào)配水器，它是由打撈頭、工作筒、配水芯子、水咀和密封件組成，其特征在于，所述的雙層自調(diào)配水器是由液力投撈裝置，配水芯子、密封件和工作筒組裝而成，液力投撈裝置和配水芯子以螺紋連接，靠密封件與工作筒密封，該配水芯子是由上層自調(diào)活塞20和下層自調(diào)活塞29組成的雙層自調(diào)活塞結(jié)構(gòu)，所述的工作筒是由外工作筒22、內(nèi)工作筒23、上、下層注水孔16和26、上、下層進(jìn)水孔24和31及隔環(huán)、隔墻組合而成的雙層通道結(jié)構(gòu)，配水芯子由上層注水套18、下層注水套25和底部接頭32組裝而成的園柱體，在上層注水套18內(nèi)裝有上層自調(diào)活塞20、上層自調(diào)活塞彈簧19、上層水嘴21，并開有多個(gè)上層進(jìn)水孔24和側(cè)孔17，在下層注水套25內(nèi)裝有下層自調(diào)活塞29、下層自調(diào)活塞彈簧28，下層水嘴30，并開有多個(gè)下層進(jìn)水孔31和側(cè)孔27，配水芯子園柱面的上、中、下分布有多組每組兩條的密封槽，并裝有相應(yīng)的密封圈，工作筒是由一個(gè)外工作筒22、一個(gè)內(nèi)工作筒23、多個(gè)與內(nèi)外工作筒環(huán)空不通而直通內(nèi)工作筒內(nèi)通道的上注水孔16，一個(gè)下層注水孔26，多個(gè)上層進(jìn)水孔24、兩個(gè)下層進(jìn)水孔31，隔環(huán)45、46和48、兩道隔墻49、49′和工作筒下接頭51和52組成，隔環(huán)46在內(nèi)、外工作筒環(huán)空的左邊，隔環(huán)48在內(nèi)、外工作筒的右邊。
2.根據(jù)權(quán)利要1所述的雙層自調(diào)配水器，其特征在于所述的兩道隔墻49和49′在隔環(huán)46和48之間，把內(nèi)、外工作筒環(huán)空分成不相通的左、右兩個(gè)半環(huán)，隔環(huán)46和48為200°-230°。
全文摘要
本裝置公開了一種用于油、氣田注水井分層注水的井下雙層自調(diào)配水器。該配水器由液力投撈裝置、雙層自調(diào)活塞結(jié)構(gòu)的配水芯子和工作筒組成。其特征是采用了液力投撈方式，靠注水壓力靈括可靠地進(jìn)行配水芯子的投撈，同時(shí)，通過內(nèi)、外工作筒，進(jìn)、出水孔和隔環(huán)、隔墻控制水流沿一定流道注入兩個(gè)油層，并通過水嘴、彈簧和側(cè)孔節(jié)流控制兩層注水量恒定。結(jié)構(gòu)合理、靈活可靠、功能多、操作方便，特別適用于一級(jí)兩段的深井注水和高壓分層注水井。
文檔編號(hào)E21B21/08GK1050427SQ8910709
公開日1991年4月3日 申請(qǐng)日期1989年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月22日
發(fā)明者趙遠(yuǎn)綱, 王建華, 靖守志, 李倩, 李志文, 劉文軍, 趙奇祥 申請(qǐng)人:中原石油勘探局采油工藝研究所