1、1提高分层注水管柱洗井成功率胜利油田分公司胜利采油厂工艺所注水井洗井 QC 小组一、小组概况1、小组活动情况（见表 1）表 1 小组活动情况简介表小组名称 工艺所注水井洗井 QC 小组 成立时间 2006 年 1 月 3 日课题名称 提高分层注水管柱洗井成功率 注册编号 SC117-2006课题类型 攻关型 活动时间 2006 年 1 月12 月小组人数 10 人 活动次数 16 次获奖情况 石油工业 QC 成果二等奖2、小组成员情况（见表 2）表 2 小组成员情况简介表序号 姓名 年龄 文化程度 职务、职称 组内分工1 田 冰 26 大学 助工 组长、实施改进2 刘全国 35 大学 工程师
2、副组长、图纸设计与改进实验3 高建刚 50 研究生 采油厂副厂长、高工 组织协调4 高纯玺 40 研究生 技术监督科科长、高工 组织协调5 付路长 46 研究生 工艺所所长、高工 现场实施6 李健康 35 研究生 工艺所副所长、高工 资料收集7 王顺波 32 大学 工程师 现场监督8 阴川生 45 大学 工程师 现场操作9 尹风利 26 大学 助工 数据收集10 刘玲玲 28 大学 助工 资料记录2二、选题理由成功洗井是保证分层注水管柱有效的重要措施。2005 年分层注水管柱洗井成功率仅为85.7%，全年因分层注水管柱洗井不成功造成作业检管 102 口井，占总分层注水管柱的 15.6%，水井作
3、业费用高达 600 多万元。分层注水管柱在注水过程中，由于注水水质差、地层污染和油管结垢等因素，造成水井欠注和无法测试等问题的发生，严重影响了注水开发的效果。解决上述问题的唯一办法就是对分层注水管柱进行洗井。为此，我们选择围绕提高分层注水管柱洗井成功率这一课题进行攻关。三、现状调查小组成员针对 2005 年分层注水管柱洗井成功率低的问题，查阅了工艺所 2005 年分层注水管柱洗井资料汇编 ，发现分层注水管柱洗井不成功共 116 井次。小组成员对发现的问题进行了详细的记录，绘制了洗井成功率低问题统计表（见表 3）和排列图（见图 1）表 3 洗井成功率低问题调查统计表序号 项目 频数（次） 频率（
4、） 累计频率（）1 洗井不通 89 76.72 76.722 洗井短路 11 9.49 86.213 洗井水排量小 7 6.03 92.244 洗井操作不规范 5 4.31 96.555 其它 4 3.45 100.00合计 116 100 3图 1 洗井成功率低问题排列图绘 图 人：田 冰绘制时间：2006 年 1 月 21 日结论：从排列图可以看出，造成洗井成功率低的主要影响因素是洗井不通。四、确定目标1、目标制定依据根据理论公式的计算结果：85.7（185.7%）76.72%=96.67%，如果解决了洗井不通的问题，可以将分层注水管柱洗井成功率提高到 90%以上。另外，根据胜利采油厂分层
5、注水管柱洗井规范中规定，分层注水管柱洗井成功率不得低于 90%。2、确定小组活动目标分层注水管柱洗井成功率由 85.7%提高到 90%（见图 2） 。 洗井不通 洗井水排量小 洗井操作不规范 其它洗井短路N=116频数（口） 累计频率（）0576.72%711895811605010086.21%96.55%492.24%485.7%90%活 动 前 目 标图 2 小组活动目标柱状示意图五、原因分析及要因确认1、原因分析小组成员对于导致分层注水管柱洗井不通的所有因素进行了分析研究（见图 3）：图 3 造成洗井不通影响原因关联图分层注水管柱洗井成功率洗井不通无沉砂通道材质不好 无法沉砂无沉砂尾管
6、Y型封隔器洗井通道小腐蚀结垢严重洗井压力损失大洗井压力损失过大出口不返水水力锚截流严重砂埋封隔器出砂量增加机杂、颗粒多洗井水漏失底筛堵设计存在缺陷地层砂返吐注入水水质差管柱配套不优化洗井通道堵塞 5绘 图 人：田冰绘制时间：2006 年 1 月 20 日分 析 人：田 冰 付路长 阴川生 尹风利 2、要因验证小组成员对上述 5 条末端影响因素逐一进行了验证：验证一：底筛堵设计存在缺陷验证时间：2006 年 1 月 21 日1 月 25 日验证地点：采油厂工具队、作业施工现场验证人：田冰 刘全国 刘玲玲 正常注水时 反洗井时图 4 底筛堵工作原理示意图底筛堵工作原理如图 4 所示：当分层注水管柱
7、正常注水时，小球在重力和注水压力的作用下坐在小球座上，密闭洗井通道；当分层注水管柱反洗井时，小球在水流的作用下向上运动，打开洗井通道，此时可进行正常洗井工作。由此可见，底筛堵在分层注水管柱中只起到了单流阀的作用，不具备沉砂功能。小球座洗井通道小球6图 5 砂埋底筛堵示意图从砂埋底筛堵示意图中可以看出（见图 5） ，由于底筛堵不具备沉砂条件，油管中沉降的地层砂等杂物逐渐将底筛堵的小球埋死，使小球无法再向上打开洗井通道，导致洗井不通问题的出现。小组成员调查发现，2005 年因砂埋底筛堵导致洗井不通而作业的井有 55 井次，占洗井不通总井次的 61.8%，砂埋底筛堵深度从 1 米到 9 米不等（见表
8、 4） 。表 4 因砂埋底筛堵造成洗井不通的作业井统计表2005 年一季度 2005 年二季度 2005 年三季度 2005 年四季度作业井数（口） 12 11 17 15砂埋底筛堵深度（米） 19验证结果：底筛堵设计存在缺陷是要因验证二：地层砂返吐验证时间：2006 年 1 月 25 日1 月 31 日验证地点：采油矿注水组地层砂7验证人：田冰 李健康 王顺波 胜坨油田经过近 40 年的强注强采，地层砂粒胶结程度大幅度降低，由于地面频繁停井等原因，造成注入水压力波动，极易引起地层注入水回流，导致地层砂返吐现象的发生。地层砂返吐会造成砂埋封隔器，出现洗井不通的问题。调查发现，2005 年因地层
9、砂返吐导致分层注水管柱洗井不通的井仅有以下 3 井次, 占洗井不通总井次的 3.4%（见表 5） 。表 5 因地层砂返吐导致洗井不通井次调查表序号 井号 洗井不通时间 作业时间 作业冲砂记录 洗井不通的原因1 NHT85-26 2005.02.15 2005.02.19 冲出灰白色细 砂 0.2m3 地层砂返吐导致砂埋第 一级封隔器2 ST2-3-237 2005.08.23 2005.08.27 冲出灰白色细 砂 0.3m3 地层砂返吐导致砂埋两 级封隔器3 ST3-6-900 2005.10.10 2005.10.15 冲出灰白色细 砂 0.2m3 地层砂返吐导致砂埋第 二级封隔器验证结果
10、：地层砂返吐是非要因验证三：洗井水漏失验证时间：2006 年 2 月 1 日2 月 8 日验证地点：采油厂注采科验证人：田冰 高纯玺 阴川生 刘全国 表 6 因洗井水大量漏失导致洗井不通井次调查表序号 井号 洗井不通时间 作业时间 洗井不通的原因1 ST2-4X305 2005.01.06 2005.01.15 洗井水大量进地层导致第二级封隔器 洗井通道未打开2 ST2-3-148 2005.03.03 2005.03.19 洗井水全部进地层导致洗井不返水3 ST3-7-180 2005.04.12 2005.04.28 洗井水大量进地层导致第三级封隔器 洗井通道未打开4 ST2-6N55 2
11、005.11.06 2005.11.21 套管有漏点，导致洗井水大量漏失， 第一级封隔器洗井通道未打开8据调查，胜坨油田 652 口分层注水井中，2005 年由于洗井水地层漏失导致封隔器洗井通道打不开和洗井不返水的井仅有 4 井次，占洗井不通总井次的 4.5%（见表 6） 。验证结果：地层水漏失是非要因验证四：注入水水质差验证时间：2006 年 2 月 9 日2 月 17 日验证地点：污水处理站验证人：田冰 高建刚 刘玲玲 刘全国胜坨油田水井的注入水是地层采出液经处理后回注的污水，经检测，注入水已达到国家C3 标准，基本能满足胜坨油田分层注水的需要。2005 年因注入水水质差导致洗井不通的井仅
12、有 2 井次，占洗井不通总井次的 2.2%（见表 7） 。表 7 因注入水水质差导致洗井不通井次调查表序号 井号 洗井不通时间 作业时间 洗井不通的原因1 ST2-1X220 2005.03.08 2005.03.15 封隔器腐蚀结垢严重导致洗井通道未打开2 ST3-3-148 2005.05.03 2005.05.10 油管内壁腐蚀结垢严重，掉落的锈垢将配水器芯子堵死验证结果：注入水水质差是非要因验证五：管柱配套不优化验证时间：2006 年 2 月 18 日2 月 27 日验证地点：准备大队工具队、作业施工现场验证人：田冰 李健康 阴川生 尹风利 调查发现，分层注水管柱配套应用的水力锚和 Y
13、 型封隔器对分层注水管柱洗井有很大的影响。9图 6 水力锚卡瓦及洗井通道截面示意图水力锚是通过六个卡瓦卡在套管内壁上来达到防止管柱上下蠕动的。其洗井通道为卡瓦之间的六个缝隙（见图 6） 。通过计算，油套环形空间洗井通道面积为 7886mm2，而水力锚洗井通道面积仅为 185mm2，为油套环形空间的 1/43。图 7 Y 型封隔器洗井通道截面示意图Y 型封隔器洗井时胶皮不回缩，洗井时洗井水从洗井进水孔进入封隔器，打开洗井活塞，进入洗井通道（见图 7） 。通过计算，Y 型封隔器洗井通道的面积为 196 mm2，为油套环形空间的 1/40。洗井通道小，容易造成堵塞，并且根据流体力学节流装置的局部阻力
14、系数公式可知，洗井时对水流的截流作用也非常大。从表 8 中可以看出，当洗井通道的gVhj2面积减小到 1/10 时，阻力系数 就达到了 309。阻力系数 越大，水头损失 就越大。jh洗井通道洗井活塞洗井进水孔卡瓦洗井通道10表 8 局部阻力系数 计算表s/S 1/10 1/6 1/4 1/3 1/2孔板 309 87 29.8 11.3 4.37小组成员调查发现，2005 年因管柱配套不优化导致洗井不通的井次为 25 次，占洗井不通总井次的 28.1%。验证结果：管柱配套不优化是要因结论：经过上述逐一验证，确认导致洗井不通的要因是：底筛堵设计存在缺陷和管柱配套不优化。六、制定对策针对找出的要因
15、，我们制定了对策表（见表 9）：表 9 对策表序号 要因 对策 目标 措施 地点 负责人 完成日期1 底筛堵设计 存在缺陷研制出沉砂底筛堵年沉砂深度大于 9 米1、研制沉砂底球 2、沉砂底球下部设计沉砂尾管和丝堵田 冰刘全国王顺波2006.62 管柱配套不 优化优化管柱配套模式造成洗井不通的比例由28.1%降到5%以下1、将水力锚改为伸缩管 2、将 Y 型封隔器改为 K 型祥生机械制修厂、实验室及水井现场 付路长阴川生李健康2006.7七、对策实施实施一、研制沉砂底筛堵措施一：研制沉砂底球由于原底筛堵不能沉砂，因此我们决定研制沉砂底球，设计思路是对沉砂底球采用桥式通道设计（见图 8） ，该通道
16、为两个独立的通道：11一是洗井通道，可进行正常的洗井工作，桥式洗井孔、小球和洗井出水孔是洗井专用；二是加沉砂通道，管柱内的砂可通过沉砂通道沉降到尾管。为防止油管内的砂沉降到小球上，设计了一个挡砂帽。图 8 沉砂底球设计示意图根据胜坨油田注水井井况和套管尺寸，我们将沉砂底球的尺寸设计为 104mm；沉砂通道和洗井通道的尺寸设计是沉砂底球设计的技术关键，我们制定了五种尺寸设计方案，通过地面模拟试验，我们进行了方案优选（见表 10） 。表 10 五种设计方案地面模拟试验测试结果表方案一 方案二 方案三 方案四 方案五洗井通道尺寸沉砂通道尺寸洗井通道尺寸沉砂通道尺寸洗井通道尺寸沉砂通道尺寸洗井通道尺寸
17、沉砂通道尺寸洗井通道尺寸沉砂通道尺寸项目44mm 10mm 40mm 12mm 36mm 14mm 32mm 16mm 28mm 18mm测试结果洗井一切正常通道堵塞严重洗井一切正常通道略有堵塞洗井一切正常通道无堵塞洗井不彻底轻微通道无堵塞洗井不彻底严重通道无堵塞洗井出水孔沉沙通道洗井进水孔小 球挡砂帽12从表 10 可以看出，洗井通道尺寸设计过大会造成沉砂通道尺寸过小，导致不能正常沉砂；沉砂通道尺寸设计过大会造成洗井通道尺寸过小，导致洗井不彻底。因此我们优选第三套方案。措施二：沉砂底球下部设计沉砂尾管和丝堵图 9 沉砂底筛堵结构示意图为了能够盛装从沉砂底球沉降下来的地层砂，我们在沉砂底球下部
18、设计了沉砂尾管和丝堵（见图 9） 。沉砂底球下部的沉砂尾管盛装地层砂，一般选用普通的油管，下入尾管长度等于尾管内沉砂体积除以油管内截面积。丝堵起到密闭管柱的作用。尾管内沉砂体积可由下式求得： hqnrV2式中： 尾管内沉砂体积，m 3；油管内半径，mm；r从底筛堵到井口距离，m；h洗井时出口水含砂量，%；q沉沙底球沉砂尾管丝 堵13预计洗井次数。n通过对原底筛堵实施以上两个改进，我们将沉砂底球、沉砂尾管和丝堵统称为沉砂底筛堵（见图 9） 。2006 年 3 月 20 日3 月 22 日，我们将造出的样品在三口出砂严重的井上进行现场试验，试验结果表明，沉砂底筛堵完全能够满足胜坨油田分层注水管柱沉
19、砂的需要（见表 11） 。表 11 沉砂底筛堵现场试验沉砂情况统计表井号 下入日期 起出日期 洗井次数 洗井成功率(%) 年沉砂深度(m)ST3-7-78 2006.03.20 2006.05.23 4 100 28.7ST143-10 2006.03.21 2006.05.23 4 100 28.3ST3-12-185 2006.03.22 2006.05.25 4 100 37.8从表 11 可以看出，三口井在试验期间各洗井四次，洗井成功率都为 100，并且年沉砂深度都达到目标要求（9） 。实施二、优化管柱配套模式措施一：将油管锚改为伸缩管 将油管锚改为伸缩管（见图 10） ，它是通过中心
20、管的伸缩达到补偿管柱上下蠕动的。洗井通道面积为工具与套管的环形空间 2046.5mm2，洗井通道面积扩大了 11 倍，能够满足分层注水管柱洗井的需要。图 10 伸缩管示意图措施二：将 Y 型封隔器改为 K 型14将 Y341-113G 型封隔器改为 K344-113Z 型，该封隔器洗井时胶筒收缩，洗井通道面积为工具与套管的环形空间，从而使洗井通道面积由改进前的 192.2 mm2提高到 2046.5 mm2，完全可以满足分层注水管柱洗井的需要。小组成员将改进前后两种分层注水管柱配套模式，在石油大学（华东）水射流实验室进行洗井模拟对比实验，实验结果表明，采用优化后的分层注水管柱配套模式，未发现洗
21、井不通的现象（见表 12） 。实验条件：洗井压力 510Mpa，洗井排量 2030m3/h，洗井污水含砂量 0.1%0.3%，洗井次数各 50 次，每次洗井时间为 2h。实验人：田冰、刘全国、阴川生实验结果：表 12 洗井实验结果对比表管柱配套模式 洗井出口压力损失 （MPa） 洗井不通次数 洗井不成功率（%）优化前 3.54.2 3 6 优化后 0.10.2 0 0从表 12 中可以看出，优化后的分层注水管柱洗井不成功率为 0，达到目标要求的 5以下。八、效果检查1、 现场应用效果2006 年 8 月11 月共计作业分层注水管柱下沉砂底筛堵、伸缩管和 K344-113Z 型封隔器进行优化管柱
22、配套 319 口井，截至 2006 年 12 月 20 日，对以上 319 口分层注水管柱井采取洗井措施共 487 井次，洗井不成功 19 井次，造成水井作业 14 口，洗井成功率为 96.1%，达到了预期效果（见图 11） 。1585.7%90%96.1%活 动 前 目 标 活 动 后图 11 活动目标完成情况柱状图2、经济及社会效益评价1）经济效益：直接经济效益：减少因洗井原因导致水井作业 319 口15.6%-14 口50 口-14 口36 口，累计减少作业费用 36 口6 万元/口216 万元；减少洗井费用487 井次（96.1%-85.7%）0.1 万元/次51 井次0.1 万元/次
23、5.1 万元工具使用费用增加了（沉砂底筛堵费用-底筛堵费用）实施井数（1550 元/口-650元/口）319 口28.71 万元；取得直接经济效益 216 万元5.1 万元28.71 万元192.39 万元。间接经济效益：洗井成功率的提高，减少了欠注层数，提高了注水时率。累计增注 20640m3，对应油井增油 908 吨，创效 1480 元/吨908 吨134.38 万元。总的经济效益直接经济效益间接经济效益192.39 万元134.38 万元326.77 万元。分层注水管柱洗井成功率162）社会效益注水时率由95.24%上升至97.85%，为我厂稳产夯实了基础。减少了水井作业井次，降低了作业
24、工人的劳动强度。从方案确定到现场试验成功，开拓了职工创造思维，激发了广大职工技术创新的热情。本活动形成的沉砂技术在国内属于领先地位，对类似油田具有较高的借鉴作用。九、巩固措施1、修订了注水井作业设计标准 ，见附件。将沉砂底筛堵、伸缩管和 K344-113Z 封隔器推广应用到每口分层注水管柱中。2、对各采油矿技术人员进行培训，并对标准进行宣贯，现场施工由专人技术监督。十、体会与下步打算本次 QC 活动，大大减少了分层注水管柱失效问题的发生，从而提高了经济效益，节约了生产成本。同时，小组成员充分认识到，运用 QC 小组的活动能够有效地解决生产和工艺技术方面的实际问题，提高工作质量和工作效率，创造良好的经济效益。下步我们将以延长双胶筒封隔器的使用寿命为课题继续开展 QC 小组活动。
