强力射流解堵器的研究与应用

刘晋伟，咸国旗，马艳洁，王宏万，肖 虎

·开发应用·

强力射流解堵器的研究与应用

刘晋伟1，咸国旗1，马艳洁1，王宏万1，肖 虎2

（1．胜利油田采油工艺研究院，山东东营257000；2．胜利油田孤岛采油厂，山东东营257200）①

老油田由于地层能量不足及近井地带流动能力差，常规酸化解堵产生的残酸及地层污染物难以被排出，严重影响酸化解堵的有效率和有效期。针对上述问题，研制了一种固定反循环方式排液的强力射流解堵器，采用局部双管分流技术，利用喷嘴与喉管的流压效应在近井地带迅速形成低压区，强制抽吸地层污染物。优化设计了解堵器的结构参数，通过室内抽吸试验测试其抽吸特性；通过喷嘴、扩散管合理组合使抽吸、举升达到现场使用要求。该工具在胜利油田共计实施30多井次，最大井深2 200m，最大生产压差15mPa，改善了地层的渗透能力。

返排；反循环；射流；解堵

在油、气井开采过程中，由于颗粒运移、粘土膨胀以及采油、修井等原因，在超过临界流速时，会造成微粒运移堵塞喉道，同时由于生产压差的放大和高压增注会引起并加大地层堵塞［1］。解除和防止油层污染成为当前的重要课题［2］，对油、气井增产和注水井增注有着积极作用［3］。国内外研究和应用的处理近井地带堵塞的方法有很多，但是没有有效解决解除、脱落的杂质排出地层的问题，特别是酸化解堵后形成的酸渣难以返排，严重影响施工效果［4］。目前常用的地层污染液返排工艺有反洗井［5］、混气返排及抽汲返排，由于返排效果、施工成本等原因无法满足现场需求。胜利油田酸化井统计表明，实施排液的油水井增注有效率平均比不实施排液的井高12%。因此及时返排残酸，可以进一步清洁、疏通渗流通道，提高酸化措施的有效率。针对胜利油田返排需求，开展快速返排工艺技术研究，研制了负压射流解堵器，该工具具有返排及时、抽吸效果好、易控制等优点。

1　结构

强力射流解堵器采用双层结构，外管由上接头、外管、分流总成外管、下接头、丝堵组成；内管由插封管、导向压帽、密封套、密封圈、短节、扩散管、分流总成中心管、下挡帽组成。外管与内管采用桥式通道结构，利用焊接工艺连接，分流总成上开有吸入口。如图1所示。

该工具的核心部件为喷嘴、喉管及插入密封段。喷嘴采用锥形结构，硬度达到55 H R C，表面镀镍磷防腐，具有较强的抗冲蚀、防腐蚀能力。扩散管分为入口段、喉管段及扩散段，其入口段距喷嘴距离、喉管直径与长度、参数与喷嘴相匹配，材质及表面处理和喷嘴一致。插入密封段的多组V形密封圈用导向压帽和短节压紧。

图1　强力射流解堵器结构

2　原理

该工具运用射流降压工艺原理，高压动力液经油套环及转换工具进入外管层与内管层的环空，经锥形喷嘴流出时高压动力液流速迅速增加导致其压力迅速降低，在强力射流解堵器吸入口附近迅速形成低压区，从而在近井地带形成高生产压差，把地层内滞留的酸液及反应物和其他污染物通过分流总成上的吸入口抽吸到扩散管内，喷嘴射出的低压高速流体与低速的地层液在扩散管内进行能量转换，混合液在油管内循环举升到地面，达到疏通油水井渗流通道的目的。插封管上端与1．900TBG油管连接，插入密封套形成插入密封，利用插封管与多组密封圈的过盈配合可承受35mPa以上的压力。如图2所示。

图2　强力射流解堵器抽吸原理

3　技术参数

4　创新点

1） 采用局部双管结构，插入密封可以保证高压动力液与混合返排液安全隔离，液流通道截面积大，对水质及地层液适应性强。

2） 采用桥式通道结构，喷嘴与扩散管根据返排需要进行尺寸组合。

3） 返排核心部件为固定式，承压能力强，可用于斜度比较大的井。

5　室内试验

室内试验流程如图3所示。强力射流解堵器置于循环池中，由高压三柱塞泵提供高压动力液，由电子压力、流量传感器进行动力液及混合液的压力、流量采集，用计算机进行数据汇总处理。室内试验进行孔径3．5、4．0、4．5、5．0mm的喷嘴与直径6．0、8．0、10．0mm的扩散管组合，通过调节动力液流量与出口液的压力与流量，根据无因次流量比Q、无因次压力比H及泵效η研究射流解堵器的吸入特性，表达式如式（3）～（5）。

式中：Q为无因次流量比，无量纲；Q1为动力液流量，m3／h；Q3为吸入流量，m3／h。

式中：H为无因次压力比，无量纲；p1为动力液压力，M Pa；p2为出口压力，MPa；p3为吸入压力，MPa。

8．0mm喉管与不同孔径喷嘴室内试验特性曲线如图4，可以看出：入口流量越大、喷嘴孔径越小，抽吸能力越强。该工具的压力比0．2～1．3，满足抽吸及举升需要；最大泵效约20%。因为该工艺的特点是短时间内的快速降压，因此必然牺牲泵效追求抽吸能力，泵效低对抽吸影响不大。因次，该工具满足现场应用需要，根据试验数据指导现场喷嘴和混合管的选择。

图3　强力射流解堵器室内试验流程

图4　8．0mm喉管与不同孔径喷嘴室内试验特性曲线

6　现场应用

该技术在胜利油田胜采、河口、孤东等实施30余井次，施工成功率100%，最大井深2 200m，地面泵压12～22mPa，泵车排量15～20m3／h，单井平均排液约40m3，最大生产压差15mPa。水样分析显示大量地层酸、死油等污染物被排出，油水井的酸化有效率和有效期得到改善，酸化有效率由77%提高到94%，酸化有效期延长6个月，取得较好效果。以河口大3513 X12井为例，该井埋深1 997～2 040m，因油稠而停产。于2013-08进行酸化及强力射流解堵器排酸。解堵器下深2 000m，共计返排12 h，地面泵压14～22mPa，泵车排量15～20m3／h，共计排出地层液45m3，出口混合液pH值从3上升至6．5，排出地层砂0．5m3。作业后动液面由1516m上升至1335m，日产液4．9t，日产油3．9t，取得良好效果。

7　结论

1） 近井地带是油水井最易污染堵塞的区域，常规酸化及返排工艺难以满足现场要求。

2） 该工具利用动量原理设计，采用反循环方式排液，通过短时间内建立起大压力梯度实现近井地带的强力抽吸，结构简单，无运动部件，安全性高。

3） 室内试验表明该工具的吸入特性满足液量与压力的现场需要，通过优选喷嘴与扩散管组合，可实现不同井深及井底流动特性的油水井酸化返排，适合范围广。

4） 现场应用表明该工具抽吸能力强，最大生产压差达15mPa，可有效排出地层残酸及其他污染物，提高油水井渗流能力，提高酸化有效率，延长酸化有效期。

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［1］ 杨建华．低渗透油藏缓速酸酸化工艺的研究与应用［J］．清洗世界，2005，21（8）：1-4．

［2］ 宋硕，朱明利，张建国，等．哈特曼声波发生器解堵技术现场应用研究［J］．石油矿场机械，2009，38（10）：71-75．

［3］ 巍立新，乐昕朋，王志华，等．油田压裂作业污水预处理室内试验研究［J］．石油矿场机械，2012，41（7）：59-62．

［4］ 黄中伟，李根生，刘全国，等．振荡酸化深部复合解堵机理与应用［J］．石油勘探与开发，2006，33（5）：618-621．

［5］ 李洪春，王隆慧，刘汝福，等．分层酸化及射流排酸管柱的研究［J］．石油机械，2006，34（6）：61-63．

Research and Application of Powerful Jet Plug Removal Device

LIU Jin wei1，XIAN Guoqi1，MA Yanjie1，WANG Hong wan1，XIAO hu2
（1．Oil Production Technology Institute，Shengli Oilfield，Dongying257000，China；2．Gudao Oil Production Plant，Shengli Oilfield，Dongying257200，China）

Old oil fields due to insufficient formation energy and poor flow ability，the reacted acid of conventional acidization and formation pollutants of wellbore area is difficult to be discharged，w hich seriously affects the efficiency and validity of acidization．In response to these problems，powerful plug rem oval jet device of fixed and reverse circulation is developed，the partial double pipe technology is used to isolate of high pressure and low pressure liquid，low pressure is quickly formed near wellbore area using the flow pressure effect of the nozzle and throat，pollutants is powerfully sucked to the ground．In this paper，structure parameters is designed and optimized．Pump characteristicsis tested by laboratory experiment w hich shows that the suction and lift abilitymeets the needs of the field production throughmatching the nozzle and diffuser．The device has been usedmore than 30 timesin Shengli Oilfield，themaxim umdepth was 2 200m，the largest draw dow n pressure was 15mPa，and the penetration ability of wells was greatly im proved．

back flow；reverse circulation；jet；plug rem oval

TE934．3

B

10．3969／j．issn．10013842．2015．03．014

10013482（2015）03006004

①2014-09-23

国家科技重大专项“胜利油田特高含水期提高采收率技术”（2011Z-X05011-003）

刘晋伟（1983-），男，山西临县人，工程师，主要从事注水方案设计、注水工艺研究，Email：liujin wei．slyt＠sinopec．com。