0 引言

海上油田采用潜油电泵开发高凝固点油藏时，油井长时间停井后，原油会在油管内凝固，造成油管堵塞，从而影响潜油电泵的再启动。因此，在台风停产、油田停产大修、油井故障关停时，需要用柴油或海水等介质将井筒中原油凝固点温度对应的地层深度以上的油管中原油进行置换^[1-2]。反循环洗井和正循环洗井是油田常采用的2种油管内原油置换方式^[2-3]。反循环洗井时，需要将潜油电泵以上井段井筒中的全部原油进行置换，消耗置换液多，作业时间长。正循环洗井时，只需将油管上部管段内易发生凝固的原油顶替至油套环空即可，消耗置换液少，作业时间短。但是，应用传统潜油电泵单流阀的生产井需要通过钢丝作业, 打开生产堵塞器, 建立正循环洗井井液循环通道，影响作业时间和作业成本。未安装井下单流阀的潜油电泵井正循环洗井前无需钢丝作业，但是潜油电泵停泵后，井液回流对泵轴施加的反向扭矩会严重影响潜油电泵的使用寿命。

为此，笔者研究了一种既可以防止潜油电泵停泵后井液回流，又能实现直接进行正循环洗井功能的新型潜油电泵单流阀。由于无需钢丝作业打捞生产堵塞器建立洗井液循环通道，从而大幅缩短了作业时间，降低了作业费用，非常适用于海上油田开采高凝固点原油的潜油电泵井。

1 技术分析 1.1 结构

新型潜油电泵井单流阀主要由阀体、定位环、定位螺栓、阀杆、阀杆导向座、阀杆弹簧、阀瓣、阀座、阀座弹簧和移动键等部分组成^[4-5]，其中，阀杆导向座上设置流道Ⅰ和流道Ⅱ，阀体上设置流道Ⅲ，阀瓣上镶嵌O形密封圈^[6]，阀座与阀杆导向座通过螺纹连接，阀杆导向座与阀体之间设置移动键。其基本结构如图 1所示。

1.2 工作原理

该潜油电泵单流阀通过阀体上、下两端的螺纹安装在潜油电泵出口，在油井生产、油井停井和油井正循环洗井3种工况下处于3种不同的工作状态。

油井生产时，潜油电泵启泵后，井液向上推动阀瓣，阀瓣上移^[7]，消除了阀瓣对阀座向下的作用力。阀座在向上流动的井液和阀座弹簧的弹力作用下向上移动，并推动阀杆导向坐同步向上移动至定位环，此时阀杆导向座侧面的流道Ⅱ与阀体侧面的流道Ⅲ交错开，实现了单流阀内腔与油套环空的隔离。然后，井液继续推动阀瓣上移，压缩阀杆弹簧，保持单流阀处于开启状态，流体通过阀杆导向座顶面设置的8个均匀分布的流道Ⅰ进入单流阀上方的油管中，实现了潜油电泵井的正常生产。

油井停井后，潜油电泵停泵，油管内液柱压力与井口回压之和大于潜油电泵出口压力，阀瓣受管柱内流体重力和阀杆弹簧的弹力作用，阀瓣坐落于阀座上，在O形密封圈的辅助作用下实现阀瓣与阀座密封，防止油管内流体从潜油电泵回流，从而防止潜油电泵泵轴遭受反向扭矩力^[8-10]。若油管内液柱压力与井口回压之和大于阀座弹簧弹力与单流阀处井下压力之和时，阀瓣和阀座向下移动，阀座同时带动阀杆导向座下移，单流阀内腔与油套环空连通，油管内液柱下降，直至单流阀阀座和阀瓣上、下两侧承受的压力平衡，这种特性不影响该新型单流阀防止潜油电泵泵轴遭受反向扭矩力作用的功能，不影响单流阀的使用效果。

油井正循环洗井时，压井泵从井口采油树油管四通处注入洗井液，油管内液柱压力与井口回压作用到阀瓣和阀座上，推动阀瓣和阀座向下移动，由于阀座与阀杆导向座通过螺纹连接成一个整体^[11]，阀座带动阀杆导向座下移，使阀杆导向座的流道Ⅱ与阀体的流道Ⅲ连通，从而实现单流阀内腔与油套环空的连通，建立起正循环洗井的洗井液循环流道。

1.3 主要技术参数

最大外径：89 mm；

总长度：850 mm；

连接螺纹：73 mm (2 in) 或89 mm ( in) 油管螺纹；

最大承受压差：30 MPa；

最高耐温：120 ℃。

2 结构特点及创新性 2.1 结构特点 2.1.1 阀体结构设计

图 2为新型平流阀阀体结构示意图。由图可知，在阀体上设计了流道Ⅲ，当阀杆导向座移动到阀体底部位置时，流道Ⅲ与阀杆导向座上的流道Ⅱ连通，从而达到连通油管内腔与油套环空的目的，建立起正循环洗井的洗井液流通通道。油井生产时，阀杆导向座移动到顶部位置，流道Ⅲ与流道Ⅱ发生错位，从而将油管内腔与油套环空隔离。阀体上部四周设置8个定位螺栓孔，用于安装定位螺栓，固定定位环。

2.1.2 阀杆导向座结构设计

图 3为单流阀阀杆导向座结构示意图。由图可知，阀杆导向座顶面设计了8个均匀分布的流道Ⅰ，为油井生产时的井液流通通道，也为正循环洗井作业时洗井液的流通通道。阀杆导向座侧面设计了流道Ⅱ，流道Ⅱ与流道Ⅲ配合，通过阀杆导向座的上、下移动实现流道Ⅱ与流道Ⅲ的连通或隔离，从而控制油管内腔与油套环空的连通或隔离。阀杆导向座的中心孔固定阀杆，可以防止阀杆上、下移动过程中发生倾斜。

2.1.3 阀杆导向座与阀体间设置移动键

阀杆导向座上设置移动键，阀体上部内侧设置键槽，移动键位于键槽内 (见图 1中的局部放大图A), 使阀杆导向座上、下移动过程中不会发生旋转，保证流道Ⅱ与流道Ⅲ不会在横向上发生错位，不影响油管内腔与油套环空的连通。

2.1.4 螺纹连接阀杆导向座与阀座

阀杆导向座与阀座通过螺纹连接 (见图 1中的局部放大图B)。正循环洗井作业时，油管内液柱压力与井口回压作用到阀瓣和阀座上，推动阀瓣和阀座向下移动，将阀杆导向座与阀座通过螺纹连接后，向下移动的阀座便可以带动阀杆导向座同步下移，从而实现油管内腔与油套环空的连通。

2.1.5 设置定位环

定位环可以防止阀座、阀杆导向座、阀杆和阀瓣等结构从阀体上方脱离。定位环通过阀体上的定位螺栓固定。

2.1.6 设置阀座弹簧和阀杆弹簧

油井生产时，阀座弹簧使阀座及阀杆导向座处于单流阀顶部位置，防止油管内腔与油套环空连通，同时，向上运动的流体将阀瓣从阀座上顶起，确保潜油电泵井正常生产。油井停井后，在阀杆弹簧的作用下，阀瓣与阀座压紧，防止井液从潜油电泵泵体回流，防止对潜油电泵泵轴产生扭矩。油井正循环洗井时，阀座弹簧被压缩，实现流道Ⅱ与流道Ⅲ连通，建立起正循环洗井的流体通道。

2.2 技术创新性

(1) 针对海上油田潜油电泵井无法直接通过正循环洗井方式置换油管内高凝固点原油的问题，提出了一种新型单流阀的设计方法。正循环洗井时，采用洗井液压迫阀座向下移动，阀座带动阀杆导向座同步下移，从而实现油管内腔与油套环空连通，建立起正循环洗井流体流通通道的技术方案，实现了无需打捞生产堵塞器便可直接通过正循环洗井方式置换油管内高凝固点原油的功能。

(2) 采用阀杆导向座上部设置定位环、阀杆导向座与阀体间设置移动键、螺纹连接阀杆导向座与阀座以及阀瓣上镶嵌O形密封圈等技术方案，保障了新型单流阀防止油井井液从潜油电泵泵体回流和正循环洗井作业时建立流体循环流道技术的实用性和可靠性。

3 现场试验

南海西部海域涠洲6-12油田有生产井10口，原油密度0.875 6 g/cm³，含蜡质量分数10.21%，凝固点27 ℃，沥青质质量分数3.76%，50 ℃动力黏度20.43 mPa·s。油井长时间停井后，深度约350 m油管内原油会发生凝固，需要用柴油或海水对其进行置换。采用反循环洗井方式置换油管内原油时，单井循环海水150 m³才能保证洗井效果，作业时间10 h。采用正循环洗井方式时，需通过钢丝作业打捞生产堵塞器建立循环通道，单井钢丝作业时间6 h，置换油管内原油耗时0.5 h。2015年3月，新型单流阀在涠洲6-12油田A1井、A5井、A8井和A10井4口生产井进行了试验，均安装在潜油电泵上泵出口 (见图 4)。在台风“彩虹”、“电母”、“莎莉嘉”和油田2015年度停产大修中，应用该新型单流阀实施正循环洗井作业16次，平均单井作业时间0.5 h，无需钢丝作业打捞生产堵塞器，单井单次节省作业费0.8万元。

4 结论与建议 4.1 结论

(1) 新型潜油电泵单流阀可以防止潜油电泵停泵后井液从电泵泵体回流，防止潜油电泵泵轴遭受反向扭矩；同时，进行正循环洗井作业时，无需钢丝作业打捞生产堵塞器，从而可以缩短洗井作业时间，降低作业成本。

(2) 新型单流阀结构合理，使用方便，故障率低，适用于海上油田开采高凝固点原油的潜油电泵井。

(3) 采用双潜油电泵的油井，只需选择1台潜油电泵安装新型单流阀即可实现正循环洗井置换油管内原油的功能。

4.2 建议

(1) 置换油管内高凝固点原油时，只需将油管内原油顶替至油套环空，若油井静液面较高，油套环空无法容纳置换出的油管内原油，需将套管返出的井液排放至油田闭排系统。

(2) 进行油管内原油洗井置换作业时，需要根据置换深度计算置换液用量，只需保证油管内原油不会在油井停井期间发生凝固即可。

(3) 阀座弹簧和阀杆弹簧的材质、强度和温度效应等性能指标严重影响新型单流阀的可靠性和使用寿命，应根据油井特性进行选择。