注水井恒流定量注水工艺的理论与实践.pdf

2 油气田地面工程第 2 3卷第 5期 2 0 0 4 ． 5 注水井恒流定量注水工艺的理论与实践 高运 宗 胡 峻 塔里木油田 开发事业部 何光智 李万喜 王延辉 华 北 油田 采 油四 厂 1 ．引言 油田注水是保持油层压力、补充地层能量的最重要的 手段之一， “ 注上水、注够水、注好水 是我国油田注水 的基本方针，“ 注好水 是油田稳产控水和提高油田开发 效益的核心。 。 注好水 体现在油 田注水 管理上 ，就是要 保证注水井的注水量始终满足地质配注量的要求。依靠节 流阀人工手动调节既不可能也不现实，H D 2 0 ／ 2 0 5型恒流定 量水嘴与 D D H 6 5 3 2 P型多功能定黾注水装置配合，不仅 实现了注水井在压力波动时以压力变化为动力的自动水力 调节使注入水的流速恒定，而且实现了在系统停注时单流 防吐的功能。本文分析了该水嘴的原理、推导了定量水力 方程、给出了实验装置、实睑结论和实际应用情况。 2 ． 恒流定量水嘴的定量原理与定量水力方程的推导 1 恒流原理。为便于对其原理分析和恒流定量水力 方程的推导，把 H D 2 0 ／ 2 0 5型恒流定量水嘴的结构简化为 图 1 所示。 由图 1 知，在注水过程中回压P 为地层的吸水压力， 一 般为定值，注水压力稳定时注水压力和背压 P 。 为同一压 力值，调节节流杆位置稳定在一个位置，节流总压差△ p 恒 定 ，注水量恒定。当注水压力上升后 P ， 增大 ，背压推动调 节杆向下运动，减小调节节流的环形过水空间，使二级节 流压差△ p 增大，一级节流水嘴的节流压差△ p 。 恒定，消除 了P ， 的增加值， 保证了注水量的恒定。反之也然，从而达 到定量注水的目的。 2 定量水力方程的推导。按照图 1 的简化结构做 以下假设①注入水流经一级节流水嘴和二级调节节流杆 时，流态均为紊流，服从 Qk s △ p 的流出规律；②调 节弹簧服从虎克弹性方程，即 fh ；③调节杆的面积为 ；调节杆节流头的直径为 d 2 ，面积为s ，二级调节流的 量系数为 k 2；一级节流嘴的面积为 s ， ，流量系数为 k ， ； 调节弹簧的倔强系数为 k ，弹簧的调节形变量为 ，弹簧 的予紧力为 厂 n 。 图 1 恒流定量水嘴原理示意图 ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯- ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ o O ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯⋯ Oo ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯⋯ O o ● ⋯ ● ⋯- ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯, O o o o o Oo “ ●⋯- ● ⋯ ●⋯ ● o o ● o o ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ” 表 1 各项 目 在其寿命期内各个 时点的净现金流量 项 目 f 0 f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 A 一1 2 0 0 38 0 38 0 3 8 0 3 8 0 B 一6 o o 一6 6 O 1 5 O 2 o 0 2 5 O 3 o 0 3 5 0 4 O 0 4 5 0 C 一7 o 0 5 5 0 4 O 0 3 5 0 3 o 0 2 5 0 2 o 0 1 5 O 1 o 0 单位 万美元 各项目的基本净现值可以根据公式 1 分别计算得 到，各项目的再投资净现值可以根据公式 2 计算得到， 各项目的总净现值可以根据公式 3 计算得到。计算的 结果归纳如表2所示。 表 2 项 目净现值计算结果 项 目 J N PV z N P v T N PV A 4． 5 5 1 2 8 ． 61 1 3 3． 1 6 B 44 ． O 2 62 ． 41 1 0 6． 4 3 C 9 ． 81 92 ． O1 8 2． 2 O 单位万美元 计算结果表明，上述的油田开发投资项目的总净现值 均大于零，其中项目 A的总净现值最大，当采用改进的净 现值法进行三个互斥项目的经济效益比较评价时，项目A 是首选的最优投资方案。从表 2可以看出，按照传统的净 现值评价方法进行项目的经济效益评价时，A 、B两个项目 的基本净现值均大于零 ，比较而言项目 B的基本净现值最 大，应作为首选方案；同时方案 c在仅仅考虑其基本净现 值时 c方案的基本净现值小于零 ，此方案不会被投资者 所采纳，但在考虑再投资净现值的前提下，该方案的总净 现值为8 2 ． 2万美元，符合作为被选方案的条件。 5 ． 结论 在油田开发投资项目的方案决策过程中，应采用改进 的净现值法。改进的净现值法比现行的净现值法能够更加 合理、客观的对项目的经济效益进行评价分析，并且可以 直接用采对寿命期不等的多个项目或方案的经济效益进行 比较评价。在使用改进的净现值法进行油田开发投资项目 的经济评价时，要注意合理的预测再投资收益率及确定再 投资计算期。 栏 目主持杨军 维普资讯 油气 田地面工程第 2 3卷第 5期 2 0 0 4 ． 5 3 注水量稳定时，作用在调节杆上的轴向力平衡，即 P 2 s 2 P 3 s 2一s 1 P l s 3 1 由于 Q k l j 1 p l P 2 P P 一 Q ／ k s 2 Q k 2 仃 d 2 p 2 一P 3 P P 一 Q ／ k 仃 d 3 k , x 4 把式 2 、 3 、 4 代入式 1 得 Q{ k , x ／ s 一s 3 ／ Jl} 仃 d 一 ／ k 。 s 。 } 5 上式即为恒流定量水嘴的定量水力方程。由式 5 可 知，通过恒流定量水嘴的注水量是一个与注水压力无关的 量，只与结构参数和调节弹簧的调节形变量 值有关，当 为定值时 Q为定值，由于x的变化只有 1 ～ 4 m m，变化量小 且弹簧的倔强系数较小，引起的弹力变化与弹簧的予紧力 相比极小，可将含有 项的值视为定值，因此通过水嘴的 流量随压力的变化也非常的小，近似于恒流，从而达到定 量注水的目的。 3 ． 恒流定量水嘴的台架实验 1 台架实验装置。恒流定量配水水嘴的台架实验装 置的流程由水罐、注水泵、远传水表、压力变送器、恒流 定量水嘴固定装置、节流阀和工控机等组成。实验流程见 图 2 。 图 2 台架实验装置的流程 1 一水罐2 一注水泵3 水表4 一压力 变送器 5 一恒流定量水 嘴固定装置6 一节流阀7 一工控机 2 实验方法。将要实验的恒流定量水嘴安装在图 2 的5中，启动注水泵2 稳定在一定压力下循环打水，工控机 7连续记录流量 Q和水嘴前、后的压差△ P，调节节流阀6 ， 使水嘴前后的压差逐渐变小。工控机记录的 Q一△ P曲线即 为实验水嘴的水力特性曲线。 3 实验结论。利用上述装置对数百支恒流定量水嘴 进行了实验，实验 的最 大嘴损为 2 1 MP a ，流量在 1 5～ 1 2 0 m ／ d ，与常规水嘴的 Qk s 却 ∽ 的流出规律相比有 明显的恒流特性。从恒流定量水嘴的典型实验曲线与常规 水嘴的水力特性曲线对比发现前段水量 A p≤2 ． 2～4 ． 0 MP a ]与常规水嘴基本一致；后段 △ 尸≥2 ． 2～ 4 ． 0 1V I P a 水量随压力的变化平缓，流量 Q m a x ／Q m i n的值一般在 1 ． 1 5 ～ 1 ． 2 0之间，对中点的计划水量 Q p Q m a xQ m i n ／ 2 的变化率仅有 5 ％ ～1 0 ％，能够满足不同性质 如加强层、 接替层、限制层等注水层段的水量要求，恒流特性明显。 4 ． 恒流定量水嘴的技术参数与选择方法 1 H D 2 0 ／ 2 0 5型恒流定量水嘴的技术参数。外形尺 寸 1 9 ． 5 2 0 5 与通用的分层注水的堵塞器相同 ；额定 流量1 0～ 1 5 0 m ／ d ；额定流量级差1 0 m ／ d ；流量误差 4 - 1 0 ％ ；嘴损范围 2 ． 2 ～ 2 1 M P a 。 2 恒流定量水嘴的选择方法。方法一按照恒流定量 水嘴出厂标定的定量值直接选择使用，一般符合工程要求。 方法二首先按照计划配水量在恒流定量水嘴中实测的嘴损 曲线选择流量合适的水嘴，再按式 6 校核注水压力 P 注 P 吸△ P 冀 损 △ P 詈 损 6 式中P 注水压力 ，M P a ； P 噼 吸水压力 ，M P a ； △ P 嘟 水嘴压力损失 ，M P a ； ／ t p 臂 {曷 管路摩阻损失 ，M P a 。 5 ． D D H 6 5 3 2 P型多功能定量注水装置及矿场应用 该装置安装在注水井的井口或配水间的单井来水管线 上，注入水打开单流阀进入装置内部的分水孔，一股水为 恒流定量水嘴提供调节背压，另一股水进入恒流定量进水 口，注入水通过一级和二级水嘴的弹簧和背压的调节恒速 流出实现了定量注水；系统停注后管网压力降低，井口压 力大于管网压力，注入水返吐出井，吐出水推动单流阀的 凡尔与密封环压紧关闭，阻止注入水进一步的返吐，实现 定量注水与单流防吐的双重功效。注水井配注变化时，更 换一只合适的定量水嘴便可以实现在另一设定的流量下恒 流定量注水。 恒流定量注水技术及配套装置在华北、河南、冀东、 大港、长庆、塔里木等油田进行了数百口井的应用，单井 流量范围为1 0～ 1 2 0 m ／ d ，据不完全统计，平均流量调节误 差为 - t- 5 ． 6 ％，最大误差为 1 9 ％，基本满足了矿场应用的要 求。恒流定量注水技术在注水井上的应用分为以下四类 1 控制全井注水流量。将 D D H 6 53 2 P型多功能定 量注水装置安装在注水井口或配水间，实现对注水井的全 井注水量控制和调节，来满足地质配注的要求。 2 串接井的配水。由于油田地面工程不完善，往往 会出现多口注水井公用一条注水单井管线，单井的水量调 配不能象其他注水井一样在配水间内实现，单井配水和计 量十分困难。使用 D D H 6 5 3 2 P型多功能定量注水装置和 计量仪表可以代替配水间，减少了投资，简化了流程。 3 地面油套分注。将 D D H 6 5 3 2 P型多功能定量注 水装置安装在注水井井口的油套管进水口，与井下分注管 柱配合，实现地面控制流量的注水井地下分层注水。 4 井下分层注水。对于多余两层的井下分层注水井， 使用H D 2 0 ／ 2 0 5型恒流定量水嘴与井下偏心配水器配合，实 现分层定量注水。 6 ． 结论 通过简化结构的手段，从理论、实验与实践等方面阐 述了由 H D 2 0 ／ 2 0 5 型恒流定量水嘴与 D D H 6 5 3 2 P 型多功能 定量注水装置组成的单井定量注水系统，理论依据扎实， 具有定量性能良好、操作简单方便、功能多、投资小的特 点。该装置不仅能够提高油田注水管理水平，而且对油田 开发中后期的稳油控水有着积极的意义。 栏 目主持杨军 维普资讯