注水井改向注水装置的制作方法

本实用新型涉及石油工业注水井中的注水装置，特别是注水井改向注水装置。

背景技术：

经过多年开发的老油田,油田相继进入高含水期,随着开发的深入,各种不同因素对套管影响不断加重,造成大量套管损坏,严重的影响了油田的正常生产。在很大程度上制约了油田综合经济效益的提高和生产的发展。因此对套管损坏因素全面认识是非常必要的。

随着生产的不断进行环境因素变的更加复杂,尤其当注水、注蒸汽开发等作业大量开展时,由此引起地层应力变化使套管所受的外力增加及地层所含物质变化导致套管腐蚀,当套管在同时受到外力和腐蚀作用时,损坏明显加快。并且在施工过程中,由于不正确的施工作业,入井液及井下工具对套管的影响，也很容易导致套管的损坏。

一是注水对套管的影响。目前，常用的注水配水器有空心式、可调式、偏心式等，存在的不足是其出水口直接冲蚀套管壁；光油管尾管注水，存在的不足是其出水直接冲蚀下部套管及人工井底。套管及人工井底长期被高压水冲蚀，会造成套管穿孔、套管变形、套管错断、井底坍塌套串及地层坍塌。随着油田进入注水开发，套管状况逐年变差，注水井普遍回吐出砂出聚出泥糊糊，套管腐蚀结垢严重，细分多层注水后作业提管柱易遇卡交大修。

二是地层对套管的影响。近年来套损的上升趋势。其套损多发生在断层发育地带，油层的上覆泥岩层及泥质含量较高的薄差砂岩油层中。套损井的类型和分布特点：

1.套损点多出现在油层之上或内的泥岩层中。如果区块油层渗透率低和泥质含量高的特性决定了泥岩吸水膨胀产生套损的必然性。另外，如果该油田断层大量发育，油层中砂体物性差，天然及人为裂缝大量分布，使得注入水渗人到油层或上覆泥岩层内，引起泥岩的膨胀和蠕动，从而加大套管的剪切、拉伸、压缩等作用力，形成套损。

2.套损井集中在断层两侧和构造高点，易形成注大于采或有注无采的现象，从而产生憋压，引起断层复活。另外由于断层的切割及断块的抬升，形成了局部构造高点，同时也造成了各小层含油砂岩延续性的破坏。构造高点其翼部地层倾角较大，地应力比较集中，在压差作用下该处最易发生运动。

3.套损点位置集中在层间交界处注入水渗入后，易在砂、泥交界面处形成浸水域或在泥岩层内形成次生软化面，这样会使浸水域和软化面处的层内内聚力及层间过渡带摩擦力变小，在最大水平主应力或由于各种原因引起的压差作用下，会使岩层发生滑动，作用于套管。

4.套损井的套损形态由初期变形逐步发展到破裂、错断，复杂地质构造和长期的高压力注水开发，使得其地层内的压力分布很难控制和预测。这就造成了地层内压力的不均衡分布的严重性，长期作用下，势必导致了套损类型的恶劣化。

5.套损点多发生在岩层的上部，油层砂岩的上覆泥岩层，易吸水膨胀蠕变，泥质含量大，这是因为在同一储层内下部比上部压实作用好，所以在相同情况下，岩层的上部发生套损的几率要高于其下部。

三是注水对管柱的影响。注水井注入水质因不合格及注入温度和压力变化，造成注水管柱电化学腐蚀和结垢，影响注水管柱寿命及分层配注。腐蚀主要表现为注水管柱内壁点腐蚀甚至穿孔，结垢引起注水压力上升和测试工具下不去或坐不严，引起修井，造成巨大浪费。井筒沉积泥砂堵塞注水工具，欠注现象严重;井筒斜度大，油层井段长，分层效果差；油管腐蚀穿孔问题；油管内壁结垢缩径以及套管破损问题。在现在的各个油田开发过程中，开采注水井的工艺变得越来越多，因为对于注水油田的要求变得越来越高，现在的油田开采大部分使用的方法都是分层注水。注水井管柱的失效治理是判断原因困难，另一个就是资料录取难度高，失效管柱会导致注水的效果变差，注采的对应率下降，对应的油井能量下降，并且还增加了测调工作量。但是注水管柱在注水的过程中因为长时间的受到很多重力因素的影响，所以经常会出现管柱断裂的情况，要么就是会出现封隔器失效的情况，这些问题的出现都使得注水井管柱出现了失效的现象。

在正常注水时，如果突发了停电或者是设备维修的情况，那么注水井会暂时的停注，注进去的水会因为停注而出现反吐的现象，导致油层出砂出泥糊糊，堵塞管柱尾管及注水层。注水油管和相关的工具一起都在井况中，会受到各种温度、压力和水力的共同作用出现一个或者多个工具失效的情况。配水器失效一般表现在弹簧断裂或者是凡尔座刺坏。因为弹簧断裂或者是凡尔座刺坏在注水过程当中的时候注水是不需要克服弹簧压力而会直接流向套管之中，从而让封隔器的密封效果失效。并且因为凡尔赛刺坏，水在洗井的时候是可以直接经过刺坏的配水器回流然后形成短路导致洗井的效果很差甚至会直接影响洗井的结果，从而无法洗到井底。

为舒缓各因素对地层、套管、管柱影响，采取了一些预防措施：

一是预防管柱砂埋措施。为防止砂埋尾管，在洗井尾管底部加装沉砂底球。为消除管柱蠕动对封隔器的影响，配套蠕动补偿器，管柱遇卡后，便于解卡打捞，加装反扣接头；对于管柱伸缩导致封隔器出现了大幅度移动的情况，可以采取选择一个和管柱大小相对应的合适的伸缩短接装置安装在封隔器上面，从而来解决这个问题，这样也可以极大的延长封隔器使用的时间。对于结垢物的清除，将活动杆柱进行上下活动，通过其运动时候产生的摩擦力来去除一些结垢物，或用酸液浸泡管柱，松化结垢物，然后去除结垢物。为了降低因为注水的时候形成的压力而造成的水井出砂现象，采取一些固砂和使用一些防砂装置，把地层砂阻隔在外，这样可以缓解注水井出砂的情况。

二是预防套损措施。低渗透的地质特征和断层极其发育的构造形态，储集层中泥质含量丰富，许多层段由于天然或压裂等原因垂直裂缝大量分布，而且其注水压力一直呈逐渐升高的趋势，导致了其套管损坏情况十分严重，近年来的套损井在数量上还有上升趋势。主要预防措施：建立套管监测网络，从钻井到投产以及开发全过程都有专人负责，这样每当一口单井出现问题，整个网络系统就会立即作出反映，将单井情况迅速查清。注入压力严格控制在地层破裂压力以下，把超过及接近破裂压力的注水压力降下来，防止由于高压引起地层破裂，导致沿不必要的裂缝注水而引起的地应力变化，从而减少套损。加强井况监测及井况分析和管理，发生套损及处于套损井周围的注水井加强资料录取，加密指示曲线的测试频率，特殊情况及时反映落实。作业施工过程中严把住注水井作业施工关，防止因井筒压力剧降而产生套变。注水井在正常注水时，注水压力作用在套管内壁上，使套管内产生一个向外的张力，而在注水井进行施工作业时，由于井筒压力锐减，油层的压力回流，使套管外壁承受平时几倍的压力，此时极易发生套变。套损注水井周围的油井尽量保持生产，对于发生已经套变的注水井周围的油井，应尽量外排。有套损迹象的井应及时落实解决问题发现注水异常立即停注，查清套管无问题后方可注水。但现在存在的问题是受各种条件的限制关井时间长不能及时处理，长期关井形成低压井会诱发套损的发展。对这类井应及早修复或更新，最大限度地缩短关井时间。

三是减少洗井对套管的影响。注水井洗井污水和干线冲洗污水直接外排主要问题是污染环境，也浪费了宝贵的水资源，特别是90年代中期以后，新投注水井取消了土油池，严重制约注水井洗井工作的开展，迫切要求技术人员探索污水不外排的方法。

常用污水不外排的方法目前有下述两种：

（1）洗井水直接进油系统。该方法是配备简易洗井装置，用管线连接注水井和相邻的油井，洗井污水经过洗井装置初步过滤后进入油系统。

（2）罐车回收洗井水。用1-2台罐车洗井，将洗井水拉至污油处理站，沉降后进油系统处理，一方面由于污油处理站处理能力有限，满足不了需要，另一方面洗井过程不连续，不能保证洗井质量，需要进行改进。

随着油田进入开发后期，地层状况恶化，出砂严重，测调遇阻、封隔器失效等问题井频繁出现，使注水井日常维护洗井工作变的愈发重要。如何正确、合理、有效发挥注水井洗井作用，是在后期注水开发生产中经常面对的难题。影响注水井洗井成功率的主要原因：

主要有洗井周期安排不合理、现场洗井操作控制不合理、洗井压力排量控制不合理、洗井时间控制不合理等。洗井不通的原因：主要表现为洗井进、出口均无水量。这种情况多见于出砂井，造成这种问题的原因有两种：一是砂堵尾管和底筛堵；二是封隔器胶皮不回缩解封。

主要预防措施：提高注入水水质，定期不定期进行化验，保证注入水质量，提高注水水质是降低注水管网、及井筒结垢和油层堵塞的重要途径。严格执行洗井设计制度，根据水井的地质情况，制定洗井方案。精细洗井管理，洗井时平稳操作，严格按照洗井操作步骤进行操作。水井作业时严格进行质量监督，进行通管，保证油管质量，准确丈量油管，保证封隔器位置准、封的住。及时送检水表，保证读数准确。

而目前使用的配水器设有短连管、出水管和水嘴，水嘴的管体中设有配水孔，出水管的管体上设有出水孔，短连管与出水管和下接头依次连接，注水阀安装在出水管与下接头之间，在注水阀与短连管之间还装有调节环和调节弹簧，水嘴座于出水管中的限位台阶上面，配水孔与出水孔相对应，下接头的下方连接着尾管和洗井阀。注入水从水嘴的配水孔和出水管的管体上的出水孔中径向流出，直接冲蚀套管壁，造成套管损坏。

为了保护注水井套管，延长分层注水管柱寿命，还是要从配水器入手，改进现有配水器的结构，使其对套管和分层注水管柱形成有效保护。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供注水井改向注水装置，既能够对套管和分层注水管柱形成有效保护，又能够精细注水、洗井作业，延长套管及分层注水管柱的使用寿命周期，降低生产成本。

本实用新型的技术解决方案是：

一种注水井改向注水装置包括短连管、出水管和水嘴，水嘴的管体中设有配水孔，出水管的管体上设有出水孔，短连管与出水管和下接头依次连接，注水阀安装在出水管与下接头之间，在注水阀与短连管之间还装有调节环和调节弹簧，水嘴座于出水管中的限位台阶上面，配水孔与出水孔相对应；短连管的外部还连接着外护管，外护管与下接头之间装有注水筛管，下接头与尾管和丝堵依次连接，在水嘴中座有打捞头以及下方连接的细冲管，打捞头上面设有进水口。

所述改向注水装置的注水通道由打捞头中的进水口、水嘴的配水孔、出水管的出水孔、注水阀与下接头之间的间隙和注水筛管组成。

所述打捞头的底座下端为锥形外圆与水嘴上端的锥形内圆相配合。

所述细冲管的下端是冲砂笔尖，细冲管的内径设定在22mm－32mm之间；所述冲砂笔尖的底部到丝堵之间的距离设定在20cm－30cm之间。

所述外护管的外壁设有扶正筋，该扶正筋在外护管的外壁上至少设置三块。

一种注水井改向注水装置，包括短连管、出水管和水嘴，水嘴的管体中设有配水孔，出水管的管体上设有出水孔，短连管与出水管和下接头依次连接，注水阀安装在出水管与下接头之间，在注水阀与短连管之间还装有调节环和调节弹簧，水嘴座于出水管中的限位台阶上面，配水孔与出水孔相对应；短连管的外部还连接着外护管，外护管与下接头之间装有注水筛管，下接头与尾管、洗井阀、反洗井筛管和丝堵依次连接；洗井阀设有阀球、阀座和杆座，阀球与阀座相配合，阀球上方的球杆穿插在杆座中，阀球弹簧安装于杆座与阀座之间，杆座与阀座之间通过阀管连接。

所述改向注水装置的注水通道由水嘴的配水孔、出水管的出水孔、注水阀与下接头之间的间隙和注水筛管组成。

所述洗井阀还设有细筛管，细筛管连接在杆座的一侧、位于杆座的中心孔与外壁之间。

所述细筛管的内径设定在10mm－15mm之间。

所述外护管的外壁设有扶正筋，该扶正筋在外护管的外壁上至少设置三块。

一种注水井改向注水装置包括短连管、出水管和水嘴，水嘴的管体中设有配水孔，出水管的管体上设有出水孔，短连管与出水管和下接头依次连接，注水阀安装在出水管与下接头之间，在注水阀与短连管之间还装有调节环和调节弹簧，水嘴座于出水管中的限位台阶上面，配水孔与出水孔相对应；短连管的外部还连接着外护管，外护管与下接头之间装有注水筛管，下接头与尾管、洗井阀、反洗井筛管和丝堵依次连接，在水嘴中座有打捞头以及下方连接的细冲管，打捞头上面设有进水口；洗井阀设有阀球、阀座和杆座，阀球与阀座相配合，阀球上方的球杆穿插在杆座中，阀球弹簧安装于杆座与阀座之间，杆座与阀座之间通过阀管连接。

所述改向注水装置的注水通道由打捞头中的进水口、水嘴的配水孔、出水管的出水孔、注水阀与下接头之间的间隙和注水筛管组成。

所述洗井阀还设有细筛管，细筛管连接在杆座的一侧、位于杆座的中心孔与外壁之间。

所述细筛管的内径设定在10mm－15mm之间。

所述打捞头的底座下端为锥形外圆与水嘴上端的锥形内圆相配合。

所述细冲管的下端是冲砂笔尖，细冲管的内径设定在22mm－32mm之间；冲砂笔尖的底部到丝堵之间的距离设定在20cm－30cm之间。

所述外护管的外壁设有扶正筋，该扶正筋在外护管的外壁上至少设置三块。

与现有技术相比，本实用新型的显著使用效果在于：本实用新型由原来连接在注水管柱上的配水器改进而成，增加外护管，同时在外护管与原配水器之间加装注水筛管形成注水环隙，使得原来从配水器径向射出的高压水流改向为轴向出水，装置内的配水孔和出水孔起到了分解、降流速的作用，避免了原配水器中高压水直接冲蚀套管的状况。扶正筋对外护管起到在套管中扶正居中的作用，使得从改向注水装置中轴向流出的水流也不能直接冲蚀套管壁，降低了节流损失，同时也提高了注水管柱中封隔器的封隔效果。为防止洗井阀沉砂造成的洗井不通，注水时，通过反洗井筛管能够对洗井阀的上方直接冲洗，防止沉淀的泥砂堵塞尾管，对洗井阀中的阀球起到保护作用；反循环洗井时，洗井水经反洗井筛管，顶开阀球，过细筛管进入尾管，返到地面。经过细筛管流出的高压水流又能够始终冲洗洗井阀阀上沉积的污垢，使洗井更加彻底有效。

其发明效果表现在：

（1）改变了井下注水出水的流向，避免出水径向流出、直接冲蚀套管壁，延长套管寿命。

（2）设置了扶正筋，避免了改向注水装置的轴向出水贴在套管壁上对套管形成的冲蚀，延长套管寿命。

（3）能够延长封隔器的使用寿命，提高封隔效果。

（4）有效防止洗井阀上方沉砂，避免洗井不通的问题。

（5）改向注水装置适用于所有分层注水井：油田开发进入中后期，注水井关系到效益开发和效益稳产，延长注水井寿命就是延长了油藏的整个开发经济寿命周期，保护好注水井就是保护了注采井网和地下石油储量。

（6）使用本实用新型后，预测年降低套变速率1%左右。因此，本实用新型具有显著的使用效果和很好的应用前景。

附图说明

图1是改向注水装置一种结构的结构示意图。

图2是改向注水装置第二种结构的结构示意图。

图3是改向注水装置第三种结构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详述本实用新型，有关本实用新型的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅为参考与说明之用，并非用以限制本实用新型的保护范围。以下所述仅为本实用新型的较佳实施例，其他运用本实用新型的等效变化，均应属于本实用新型的保护范围。

参见图1，一种注水井改向注水装置包括短连管2、出水管16和水嘴14，水嘴14的管体中设有配水孔11，出水管16的管体上设有出水孔13，短连管2与出水管16和下接头15依次连接，注水阀10安装在出水管16与下接头15之间，在注水阀10与短连管2之间还装有调节环3和调节弹簧5，水嘴14座于出水管16中的限位台阶7上面，配水孔11与出水孔13相对应；短连管2的外部还连接着外护管4，外护管4与下接头15之间装有注水筛管12，下接头15与尾管17和丝堵28依次连接，在水嘴14中座有打捞头9以及下方连接的细冲管18，打捞头9上面设有进水口8。

在上述实施例一的基础上，本注水井改向注水装置还能够产生下述实施例：

实施例二

所述改向注水装置的注水通道由打捞头9中的进水口8、水嘴14的配水孔11、出水管16的出水孔13、注水阀10与下接头15之间的间隙和注水筛管12组成。注入水自进水口8注入、自细冲管18返至配水孔11和出水孔13，由径向流出改变为经由注水筛管12的轴向流出，避免了径向流出的水流对套管的冲蚀，对套管形成保护。

实施例三

所述打捞头9的底座下端为锥形外圆与水嘴14上端的锥形内圆相配合。

实施例四

所述细冲管18的下端是冲砂笔尖19，细冲管18的内径设定在22mm－32mm之间；所述冲砂笔尖19的底部到丝堵28之间的距离设定在20cm－30cm之间。

实施例五

所述外护管4的外壁设有扶正筋6，该扶正筋6在外护管4的外壁上至少设置三块。

在本种改向注水装置中，底部无需连接洗井阀，在注水的同时就能够完成洗井任务，其结构简单、机械故障率低。

参见图2，一种注水井改向注水装置包括短连管2、出水管16和水嘴14，水嘴14的管体中设有配水孔11，出水管16的管体上设有出水孔13，短连管2与出水管16和下接头15依次连接，注水阀10安装在出水管16与下接头15之间，在注水阀10与短连管2之间还装有调节环3和调节弹簧5，水嘴14座于出水管16中的限位台阶7上面，配水孔11与出水孔13相对应；短连管2的外部还连接着外护管4，外护管4与下接头15之间装有注水筛管12，下接头15与尾管17、洗井阀、反洗井筛管27和丝堵28依次连接；洗井阀设有阀球24、阀座26和杆座22，阀球24与阀座26相配合，阀球24上方的球杆21穿插在杆座22中，阀球弹簧23安装于杆座22与阀座26之间，杆座22与阀座26之间通过阀管25连接。

在上述实施例一的基础上，本注水井改向注水装置还能够产生下述实施例：

实施例二

所述改向注水装置的注水通道由水嘴14的配水孔11、出水管16的出水孔13、注水阀10与下接头15之间的间隙和注水筛管12组成。注入水自水嘴14进入后被洗井阀所阻挡、由配水孔11和出水管16的出水孔13注入，从注水阀10与下接头15之间的间隙和注水筛管12流出。注入水由径向流出改变为经由注水筛管12的轴向流出，避免了径向流出的水流对套管的冲蚀，对套管形成保护。该种改向注水装置长期注水后、滞留在洗井阀上部的污垢，由下方连接的洗井阀洗出，在改变注入水流出方向的同时可完成反循环洗井作业。

实施例三

所述洗井阀还设有细筛管20，细筛管20连接在杆座22的一侧、位于杆座22的中心孔与外壁之间。

实施例四

所述细筛管20的内径设定在10mm－15mm之间，细筛管20能够阻挡注入水中的污垢、使其不能进入阀球24和阀座26之间，防止洗井阀损坏和沉淀杂物堵塞。

实施例五

所述外护管4的外壁设有扶正筋6，该扶正筋6在外护管4的外壁上至少设置三块。

参见图3，一种注水井改向注水装置包括短连管2、出水管16和水嘴14，水嘴14的管体中设有配水孔11，出水管16的管体上设有出水孔13，短连管2与出水管16和下接头15依次连接，注水阀10安装在出水管16与下接头15之间，在注水阀10与短连管2之间还装有调节环3和调节弹簧5，水嘴14座于出水管16中的限位台阶7上面，配水孔11与出水孔13相对应；短连管2的外部还连接着外护管4，外护管4与下接头15之间装有注水筛管12，下接头15与尾管17、洗井阀、反洗井筛管27和丝堵28依次连接，在水嘴14中座有打捞头9以及下方连接的细冲管18，打捞头9上面设有进水口8；洗井阀设有阀球24、阀座26和杆座22，阀球24与阀座26相配合，阀球24上方的球杆21穿插在杆座22中，阀球弹簧23安装于杆座22与阀座26之间，杆座22与阀座26之间通过阀管25连接。

在上述实施例一的基础上，本注水井改向注水装置还能够产生下述实施例：

实施例二

所述改向注水装置的注水通道由打捞头9中的进水口8、水嘴14的配水孔11、出水管16的出水孔13、注水阀10与下接头15之间的间隙和注水筛管12组成。注入水自打捞头9的进水口8注入，经细冲管18流出被洗井阀所阻挡、经由水嘴14的配水孔11和出水管16的出水孔13、自注水阀10与下接头15之间的间隙和注水筛管12流出。注入水由径向流出改变为经由注水筛管12的轴向流出，避免了径向流出的水流对套管的冲蚀，对套管形成保护。本改向注水装置由于有打捞头19和细冲管18的存在，能够防止注入水中的污垢滞留在洗井阀的上方，大大延长了洗井周期。长期注水后、可通过洗井阀对本装置做彻底的洗井作业，在改变注入水流出方向的同时可完成反循环洗井作业，同时也对洗井阀和注水层提供保护。反循环洗井作业中，在高压洗井液的冲刷下，打捞头9可能被冲至井口，可被安装在井口的捕捞装置捕获，待洗井结束，可再次投入本装置中。

实施例三

所述洗井阀还设有细筛管20，细筛管20连接在杆座22的一侧、位于杆座22的中心孔与外壁之间。

实施例四

所述细筛管20的内径设定在10mm－15mm之间。

实施例五

所述打捞头9的底座下端为锥形外圆与水嘴14上端的锥形内圆相配合。

实施例六

所述细冲管18的下端是冲砂笔尖19，细冲管18的内径设定在22mm－32mm之间；所述冲砂笔尖19的底部到丝堵28之间的距离设定在20cm－30cm之间。

实施例七

所述外护管4的外壁设有扶正筋6，该扶正筋6在外护管4的外壁上至少设置三块。

上述三种注水井改向注水装置中外护管4上的扶正筋6，能够保证油管与套管之间的环形空间距离相等，更有效地防止贴着套管壁注水而造成对套管的冲刺，同时也能够防止改向注水装置蠕动、偏磨套管壁。

上述在注水井改向注水装置中使用细冲管18注水的同时能够实现连续冲砂的效果，不会发生洗井阀上方的尾管17中沉淀堵塞、洗井不通的情况。

当需要测试测调时，在上述注水井改向注水装置中装有打捞头9和细冲管18的，需要先洗出打捞头9和细冲管18，在井口捕捞后取出井口，再打捞水嘴14，调整水嘴14后再投放打捞头9和细冲管18。

上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本实用新型不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本实用新型的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本实用新型的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明。