同井注采工艺技术在高含水老油田开采中的应用实践

摘要：同井注采管柱由采出抽油泵、密封活塞、桥式封隔器、注入抽油泵和井下油水分离器组成，地层液由采出层被采出，进入井下油水分离器的沉降杯，在沉降杯内经聚集、聚并和沉降分离后，回注水经分离器中心管进入由注入抽油泵、密封活塞、桥式封隔器组成的密闭空间，经桥式封隔器上的注入口被注入到注入层;采出液经分离后进入油套环空，进入上下级桥式封隔器、密封工艺管组成的桥式通道，继续上行经采出抽油泵被举升到地面。从而实现了地层液在井下的油水分离，低含水部分被举升到地面，低含油部分被注入到回注层位。

关键词：同井注采管柱；油水分离；油井含水率；抽油泵

随着中国大部分油田进入开发中后期，油井含水率逐渐升高，部分油井达到经济极限而被迫废弃。从20世纪90年代国外石油公司最先提出井下油水分离的设想并将其变成现实以后，同井注采系统先后在国内外的很多油田进行了井下试验，但仍然存在着井下分离效果差、井下油水有效分离效率低、回注层容易被堵塞、注入压力高导致井下设备工作寿命短等问题。

1同井注采工艺管柱结构

1．1桥式封隔器

桥式封隔器的作用是分隔注入层位，同时建立桥式通道，使采出液通过时不与回注水接触。桥式封隔器坐封状态示意图见图1。

图 1 桥式封隔器坐封状态

1．2液力反馈泵

同井注采管柱采用了液力反馈泵，液力反馈泵由上泵筒、下泵筒、上长柱塞、出油阀(上凡尔)、环腔、进油阀(下凡尔)、下短柱塞组成。上柱塞的直径小于下柱塞，在上泵筒和下泵筒之间形成

一个环腔。柱塞上下运动过程中，抽油泵的上、下2个凡尔都随着柱塞同时运动，因此作为上采出泵，柱塞下部可连接抽油杆带动下注入泵同步工作;同时该泵的上凡尔在柱塞下行过程中始终处于关闭状态，因此当注入泵下行过程中，泵上的高压液体压力始终作用在上凡尔上，推动柱塞下行。

1．3密封活塞

密封活塞由短泵筒、长柱塞组成。密封活塞连接在采出抽油泵和注入抽油泵之间，使两级抽油泵既能够上下联动，又能够实现动密封。

2同井注采配套工艺技术

现场试验发现，有杆泵同井注采系统现场应用效果良好，但为了提高作业成功率，延长管柱的工作寿命，尚有以下问题亟须解决:

(1)同井注采管柱由一套抽油杆连接采出和注入两个泵，常规抽油泵的憋泵和功率图法无法判断注入泵工作状况，为此需要研究一套泵况诊断方法。

(2)同井注采回注水注入压力较高，柱塞系统所受的载荷较大，容易造成柱塞丝扣脱扣。常规的抽油泵柱塞为防止丝扣脱扣均采用防脱销钉的结构，但该结构中由于销钉与销钉槽不能完整契合，因此会导致连接螺纹松动，进而产生抽油泵漏失现象。同时由于销钉槽的存在，也在柱塞组件中产生了应力集中点，当抽油泵载荷较大时会产生断裂现象。

(3)同井注采技术需在不动管柱不换泵的情况下随时改变井下的注入量和井口的采出量，以便实时调整井口含水率。

2．1同井注采井下工况检测方法

2．1．1载荷曲线法

载荷曲线法利用现场实测同井注采井水力功率与理论计算应达到的水力功率的差值比(f)判断井下管柱是否工作正常。设定抽油机悬点输入的总机械功(N光杆)全部用于对液体做功(N水力)及克服各种损失做功(N无效)。即光杆功率等于水力功率与无效功率之和为

光杆功率为

式中，Pi为每个微小冲程的载荷，N;Δs为每个微小冲程的位移，m;T为一个冲程的时间，s。同井注采水力功率为

式中，N水为水力功率，kW;Q采为采出液量，m3/d;η采出为采出泵效率;Hd为动液面深度，m;p油为油压，Pa;p套为套压，Pa;ρ为液体密度，kg/m3;Q回注为井口回注流量，m3/d;Q注为注入泵注入流量，m3/d;p试注为注入压力，Pa。

2．1．2回注系统完整性检测法

同井注采管柱检测装置结构及功能。通过采出液控制阀组内的水咀调节向计量间出口液量，采出液经井口油水分离装置分离，分离后的低含水采出液输送至计量间;分离后的水回流到油套环空，经井下油水分离器再次分离后，水回注到地层，低含水采出液举升到地面。

装置包括井口油水分离装置、防垢剂加药罐、管路调压阀组、调压控制阀组、回流控制和计量阀组、掺水控制阀组和安全阀组7部分。井口油水分离装置可将采出液分离成低含水的采出液和水，调压控制阀组可通过调整阀组内安装的水咀控制向计量间出口液量，回流控制和计量阀组可通过调整阀组内安装的水咀控制回注到油套环空的液量，防垢剂加药罐内装有的防垢剂经回注水溶解后进入油套环空，掺水控制阀组可控制掺水保温所需的掺水量，压力联锁和安全阀可以保证装置在设计压力下运行。

2．2改变有效冲程泵的研制

同井注采管柱井下同时串联有2台泵，1台用于水的回注，1台用于高含油液体的举升。在同井注采井生产过程中需要根据油层的供液能力和注水量需求的变化分别调整上、下2台泵的排量，常规抽油泵无法实现两台泵串联，在不动管柱情况下分别改变各自的工作排量。为此研发在不动管柱不改变抽油机冲程和冲次的条件下，通过改变抽油泵柱塞与泵筒相对位置改变有效冲程和工作排量的抽油泵。在采出泵下级柱塞泵筒下端位置加工2个泄流槽，通过调整柱塞泵在泵筒内位置实现注采泵排量的改变。

2．3可防止气锁的液力反馈泵

在切槽情况下可通过改变下柱塞的初始位置改变采出泵的有效冲程和排量。但由于有效冲程的减少，上柱塞与下泵筒环空的体积也随之减少，当采出液含水率低，气体含量高时就会产生气锁现象。在液力反馈泵下泵筒顶端接头上安装一个硬质合金水咀，将上柱塞与下泵筒所构成的环形空间内的气体排出。

2．4抽油泵柱塞组件螺纹防脱技术

同井注采回注水注入压力较高，柱塞系统所受的载荷较大，因此容易造成柱塞丝扣脱扣。常规的抽油泵柱塞为防止丝扣脱扣均采用防脱销钉的结构，但该结构中由于销钉与销钉槽(销钉孔)不能完整的契合，因此会导致连接螺纹松动，进而产生抽油泵漏失现象。特别是抽油泵的凡尔座多采用端面密封的方式，当端面拧紧后不能保证内外两个防松销钉孔在同一轴线上。同时由于销钉槽的存在，也在柱塞组件中产生了应力集中点，当抽油泵载荷较大时会产生断裂现象。为此对防脱扣结构进行了改进。

2．5稳定采出液含水率的稳水器

由于以往的同井注采采出泵吸入口是在同一平面上有数个进液孔，当油套环空液面变化时采出泵吸入口的油水界面也会随之变化，从而导致井口含水率大幅波动。同时由于采出泵处没有气、液、砂分离装置，会导致部分气体进入采出泵，降低了泵效;砂粒进入采出泵后，还会缩短检泵周期。为此研制一种能稳定采出液含水率的稳水器。稳水器由中心管、稳水器沉降杯组成，稳水器安装于采出泵下面。气、液、砂混合物通过稳水器沉降杯进液间隙进入到稳水器沉降杯中，由于稳水器沉降杯进液间隙较小，部分气体和砂子不会进入到稳水器沉降杯内部。

3结论

(1)提出基于载荷曲线法和回注系统完整性检测法的同井注采系统管柱系统故障诊断方法，现场应用458口井，故障识别率达100%。

(2)研制可改变有效冲程抽油泵，在不动管柱、不改变冲程、冲次条件下，可实现注采率在1∶6～200∶1间调整，该泵采用螺纹防脱技术和防气锁反馈泵有效解决了抽油泵柱塞及丝扣断裂等故障和切槽液力反馈泵气锁现象。

(3)利用所研制的防上浮封隔器和稳水器，缩短地层产出的原油充满泵吸入口至封隔器胶筒之间的油套环空的时间，缩短低含油井含水率稳定时间。

参考文献:

［1］王晴．油气田开发中后期的增产技术研究［J］．中国石油和化工标准与质量，2020，40(13):227-228．