注水井总闸门维修放压导流装置研究与应用

谢芳芳

摘要：注水井总闸门在发生井口刺漏故障时，采用常规方法维修会导致大量井下液体泄漏，对环境造成污染。采用放压导流装置，可经过其内部封闭、导流作用使井下液体倒入罐车当中，进行密闭回收，使整个维修过程不发生泄漏，避免环境污染事件发生。

关键词 注水井;总闸门;渗漏;导流

1、前言

注水井总闸门是井口通往井下的最后一道关口，如果总闸门损坏进行维修的时候，由于井下压力无法控制，井底的液体就会流到地面，不但维修困难，还会对地面造成污染。部分注水井地处中心，周围建筑密集，井位往往位于繁华地区。特别是基础井网，地下连通较好，经过较长时间放压依然会有溢流，所以只能带水维修。在拆下总闸门大压盖后，井下污水就会喷涌而出，维修人员的工服瞬间被污水打透，大量的污水涌向地面。为此，需要通过技术手段控制井下注入水流向，进行集中收集，在不造成污水外排的情况下实现维修操作。

2、250闸门渗漏的原因及危害

目前，油田注水井所采用的井口大多为250型井口。井口由250闸门、大四通、油管挂、大压盖、小四通、卡箍、油套压装置等部分组成。使用中会根据现场操作及防冻等需要，去除其中1-2个250闸门。由于井口连接部位及运转部位较多，在使用过程中会发生各种渗漏现象。在其它部位发生渗漏时，可通过改变流程，切断渗漏部位压力来源，然后进行拆卸维修。而当总闸门发生渗漏时，维修就较为困难。由于总闸门上部连接小四通，下部连接大四通上部的大压盖，注入水从注水干线经切断阀，注水支线到达配水流程的上、下流阀门，经油管阀门后到达小四通后向下通过总闸门进入油管，再经各层段配水器进入地层，实现分层注水功能。通过以上注水流程可以看出，注入水经过总闸门后，即进入油管，流向油层，总闸门下方与油层直接连通，无阀门控制。

2.1 总闸门渗漏产生的危害

而250闸门由于结构原因存在两处密封点渗漏问题。第一处为闸门大压盖与阀体处。此处为两道∮120mm×3.5mm橡胶密封圈密封，但由于此处属于静密封，发生渗漏几率较小。第二处为大压盖与闸门丝杠处密封。丝杠通过阀门大压盖后，里端通过“工”形槽与闸板连接，外端螺纹处与铜套连接，而铜套限位台阶上下分别布置有推力轴承，上轴承外侧通过小压盖定位推力轴承及铜套。铜套外部连接手轮，通过旋转手轮带动铜套旋转。在开闭阀门时，转动手轮带动铜套旋转，而铜套内螺纹则与丝杠外螺纹配合，带动丝杠进行轴向运动，通过丝杠的运动带动阀体内部的闸板进行上下运动，实现阀门的开闭。而丝杠与大压盖配合处，为两道∮35mm×3mm密封圈密封，密封圈镶嵌于大压盖内孔凹槽内，通过过盈配合实现密封。但由于密封压力较高（10Mpa以上），注入水具有一定腐蚀性，且该部位实现润滑较难，同时闸门丝杠在注入水的腐蚀下，容易产生不光洁表面，对密封圈造成磨蚀。所以在阀门开关过程中，在摩擦腐蚀，密封圈老化等等原因作用下，逐渐形成渗漏现象。在渗漏发生后，井液延密封部位向外流出，在流经推力轴承时，造成润滑油乳化失效，轴承部位生锈，形成阀门开关困难或者阀门开关不动现场发生。

2.2 渗漏维修过程中产生的危害

注水井总闸门在维修过程中，由于设备因素，会造成大量井液泄漏，对环境产生危害。注水井总闸门通常的维修方式是在维修前先将注水井关井降压，即切断来水阀门，使井口压力逐渐降低。当井口压力降到一定数值后，通过连接管线到罐车，对注水井井下压力进行释放。对于加密井网，在经过20-60分钟的放压后，井下溢流会逐渐减小，少部分注水井井口会达到无溢流。此时在维修总闸门拆卸大压盖时，会有少量井液泄漏。而对于地层连通较好的基础井网，部分井井下溢流可在10-15分钟内放满一台罐车（17m2左右），并且经过长时间放压，依然无法使溢流量减少至可维修状态。此时在无其它措施的情况下，只能在存在压力的情况下拆卸总闸门大压盖，而从大压盖处流出的井液将在短时间内造成大范围的污染。同时，由于一定压力的存在，在拆装总闸门大压盖时，存在操作安全风险。

3、通过导流装置实现无外排维修

在维修过程中，若实现总阀门在拆卸大压盖后，开口部位无污水流出，需要对总阀门闸板以下进行分隔，或者将下部液体通过导流方式将导出井外。但由于井下封闭后压力较大，实现密封后，在压力积聚的情况下，需要较高的耐压等级，存在一定安全风险，为此首选分隔导流方式实现无外排维修。而在井筒密封方面，可借鉴具有较好密封效果的井下封隔器原理。封隔器工作在井下几百米乃至千米以下，是井下分层注水必需的工具。它通过缸体上的胶筒的压缩、膨胀实现对套管内壁的密封，分隔各个层段，使注入水按照要求达到所需的井段，实现分层注水。如果让总闸门以下通过封隔器类工具的工作原理，制作专业导流工具进行密封导流，让井下污水通过内部通道绕过总闸门大压盖开口部位，即可避免污水外排。

首先，工具可利用封隔器胶筒结构，还要有使胶筒产生压缩膨胀的内筒、外筒。井下封隔器由于在井下数百米乃至上千米，所以多采用液压传递方式使胶筒产生压缩膨胀。而此工具在地面使用，可以采用机械方式进行压缩。基于以上原理，制作了注水井放压导流装置。该装置由卡箍座、上盖、手轮、铜套、丝杠、外管、内管、胶段、限位拉杆、油壬等部分组成。卡箍座下部可与井口小四通或四通式250阀门的卡箍头连接。卡箍座上部筒体侧壁开槽，用于通过60mm外连接管，外连接管与装置外筒呈90°布置，而且内部相互连通。筒体上部连接上盖，上盖内镶有铜套、丝杠、手轮，丝杠下部连接装置外管。外管内套入内管，内、外管尾部为胶筒。该装置通过操作手轮实现各种功能。在正常状态下，装置内、外筒及胶筒等部件处于收缩状态，即自卡箍头以下尺寸最短。当顺时针旋转手轮时，手轮带动装置上盖内的铜套旋转，而铜套通过螺纹与丝杠配合，带动丝杠产生向下的轴向运动，从而带动丝杠下部连接的外筒、内筒及胶筒的同时向下运动。而当以上部件向下运行90mm后，位于上筒体内限位拉杆即发生了作用，穿过外筒上部顶盖对内筒进行限位。此时再次旋转手轮时，内筒在限位拉杆的作用下实现了定位，而外筒在丝杠的轴向压力的作用下继续向下运行。而外筒继续下行的结果导致其下部的胶筒在内外筒的相对位移压缩下，产生径向膨胀。同理，在逆时针转动手轮时，在铜套的带动下，丝杠向上运行，首先带动外筒上行，使内外筒之间的压缩间隙变大，胶筒恢复原来长度，同时径向收缩回位。继续逆时针转动手轮，内外筒及胶筒保持上行，直至回到初始位置。

在现场使用时，先将注水井关井降压，关闭上流阀门及总闸门，打开放空阀门放压后，卸去小四通上部丝堵，将装置尾部内、外筒下入井内，用卡箍将装置与井口小四通连接（如果是四通式250闸门的则与闸门上部卡箍頭连接），此时装置的外筒最下端停留在总闸门闸板以上部位。在装置外连接管油壬处连接管线至罐车，打开总闸门放压，此时井液通过外接管线流入罐车，待井底压力逐渐降低后，将总闸门开至最大，此时总闸门内部65mm通道完全打开。顺时针旋转装置手轮，装置内外筒随丝杠整体下行。当下行至总闸门闸板以下位置后，内筒在内部限位拉杆的作用下停止下行，而外筒随丝杠继续下行，内外筒之间的相对位移压缩胶套产生径向膨胀，当膨胀直径达到总闸门内径时，即对筒下空间实现了封闭。此时井液通过外筒、内筒经外连接管线油壬接头、排污管线进入罐车，而胶筒所封闭的上部空间内则不会有井液经过。此时即可对总闸门的大压盖进行拆卸，而当大压盖拆除后，其开口部位由于下部井液来源被切断并绕道通过，因此整个过程实现了密闭操作，不会产生井液泄露的现象发生，避免了地面污染，降低了操作难度。

该装置投入使用后，通过现场二十余口井的使用，有效防止污水外排，在避免污染的同时提高工作效率。

4、结论

通过装置胶筒的压缩膨胀功能，对250闸门的内部实现了分隔导流功能，安全有效地将井液导流至地面，规避了维修操作中污水外排的环境风险及带压操作的安全风险，解决了生产中的技术难题。

参考文献：

[1]邹艳霞.采油工艺技术.石油工业出版社，2006.