分層定量注水分層測(cè)壓一體技術(shù)

宋顯民張立民張宇輝張建忠劉宇飛劉世英

1.中國(guó)石油冀東油田公司；2.中國(guó)石油華北油田公司；3.中國(guó)石油玉門(mén)油田公司

分層定量注水分層測(cè)壓一體技術(shù)

宋顯民1張立民1張宇輝2張建忠1劉宇飛1劉世英3

1.中國(guó)石油冀東油田公司；2.中國(guó)石油華北油田公司；3.中國(guó)石油玉門(mén)油田公司

引用格式：宋顯民，張立民，張宇輝，張建忠，劉宇飛，劉世英. 分層定量注水分層測(cè)壓一體技術(shù)［J］. 石油鉆采工藝，2016，38（4）：526-530.

注水井分層注水過(guò)程中地層的壓力、溫度監(jiān)測(cè)可以為油層地質(zhì)分析提供真實(shí)的資料，而現(xiàn)有分注測(cè)試技術(shù)存在著無(wú)法全程測(cè)試地層壓力、溫度的問(wèn)題?；谄亩孔⑺夹g(shù)和井下測(cè)試技術(shù)的原理和工具結(jié)構(gòu)，采用技術(shù)集成化研究和設(shè)計(jì)方法，研制了具有測(cè)試總成的注水測(cè)壓堵塞器、帶有測(cè)試通道的注水測(cè)壓工作筒、帶有閥底支撐總成且滿足斜井投送注水測(cè)壓堵塞器需要的專用投送器等關(guān)鍵工具，形成了注水井分層定量注水分層測(cè)壓一體技術(shù)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明關(guān)鍵工具密封可靠且滿足在斜井上投撈更換注水測(cè)壓堵塞器的需要。目前該技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5口井，投撈成功率100 %，測(cè)壓、測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)提取合格率100%，擴(kuò)展了現(xiàn)有偏心分層注水技術(shù)的功能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

配水器；工作筒；投送器；定量注水；分層測(cè)壓

注水井分層注水過(guò)程中的地層壓力和溫度監(jiān)測(cè)可以為油層動(dòng)態(tài)分析提供真實(shí)資料。注水井測(cè)壓技術(shù)只能在關(guān)井狀態(tài)下測(cè)試壓力恢復(fù)和封隔器驗(yàn)封，如用鋼絲或電纜下入壓力計(jì)測(cè)試地層壓力恢復(fù)，或者通過(guò)將水嘴式壓力計(jì)投到工作筒偏孔內(nèi)來(lái)驗(yàn)證封隔器密封性或測(cè)試分段壓力恢復(fù)，在測(cè)試地層壓力過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)分層定量注水［1-7］。目前偏心定量技術(shù)是分層注水的主體技術(shù)，調(diào)配后的各段流量在注水過(guò)程中不隨井口壓力變化而波動(dòng)，但在分層定量注水過(guò)程中無(wú)法監(jiān)測(cè)地層壓力、溫度［8-14］?；谀壳捌亩糠肿⒓夹g(shù)，研制了注水測(cè)壓堵塞器、注水測(cè)壓工作筒、專用投送器等關(guān)鍵工具，形成了注水井分層定量注水分層測(cè)壓一體技術(shù)。

1　關(guān)鍵工具研制Development of key tools

1.1定量注水測(cè)壓堵塞器

Plug for quantitative water-flooding and pressure monitoring

在常規(guī)定量配水器基礎(chǔ)上增加測(cè)試總成，將定量配水機(jī)構(gòu)和壓力溫度監(jiān)測(cè)總成集成設(shè)計(jì)為一體，形成定量注水測(cè)壓堵塞器。

（1）技術(shù)原理。定量注水測(cè)壓堵塞器由上部的投撈總成、中部的測(cè)壓總成、下部的定量注水總成組成。投撈總成與配水堵塞器相同。測(cè)壓總成的上部有感壓元件，用于測(cè)試油壓；其中間為電路板，用于存貯數(shù)據(jù)；其下部有感壓、感溫元件及測(cè)試孔，與工作筒測(cè)壓孔對(duì)應(yīng)，用于測(cè)試地層壓力和地層溫度；最底部為電池倉(cāng)，用于容納電池。定量注水總成利用預(yù)壓彈簧的彈力來(lái)使閥芯復(fù)位，利用注水壓力來(lái)控制閥芯的上下移動(dòng)距離以及閥芯和水嘴的間距，保證通過(guò)水嘴的流量為常數(shù)，達(dá)到定量注水目的，如圖1所示。

圖1　投撈式注水測(cè)壓堵塞器結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of recoverable water-flooding and pressuremonitoring plug

（2）技術(shù)指標(biāo)。上部臺(tái)階直徑?22 mm，本體直徑?19.7 mm，長(zhǎng)度340 mm，額定流量5～150 m3/d，流量精度±5%，最大工作壓差35 MPa，最大工作壓力70 MPa；測(cè)試時(shí)間240 d；定流量值10～100 m3/d；外型尺寸與普通堵塞器相同。

1.2注水測(cè)壓工作筒

Working barrel for water flooding and pressure monitoring

在偏心定量注水工作筒上增加測(cè)壓部分，將注水工作筒和測(cè)壓工作筒設(shè)計(jì)成一體，具有注水通道、測(cè)壓通道和定流輔助通道，形成注水測(cè)壓工作筒。

（1）技術(shù)原理。如圖2所示，注水測(cè)壓工作筒主要由2部分構(gòu)成。一是組合導(dǎo)向?qū)?zhǔn)機(jī)構(gòu)：開(kāi)口槽頂端呈V字型開(kāi)口的扶正體+上部導(dǎo)向體+下部導(dǎo)向體，在投送過(guò)程中，當(dāng)投送手臂張開(kāi)的投送器向下沖擊時(shí)，組合導(dǎo)向?qū)?zhǔn)機(jī)構(gòu)可使投送器徑向旋轉(zhuǎn)，并使投送手臂及所攜帶的堵塞器對(duì)準(zhǔn)工作筒的偏孔。二是測(cè)壓注水機(jī)構(gòu)（即工作筒主體），工作筒主體上的偏孔用于容納注水測(cè)壓堵塞器，工作筒主體的偏孔與外壁有上下2個(gè)通孔，上部通孔用于測(cè)試地層壓力和溫度，下部通孔用于定量注水；偏孔與主通道有一個(gè)通孔，與注水測(cè)壓堵塞器的油管壓力導(dǎo)壓孔對(duì)應(yīng)，用于提供定量注水時(shí)所需的油管壓力。

（2）技術(shù)參數(shù)。外徑?114 mm；內(nèi)徑?46 mm；長(zhǎng)度120 mm；工作壓力35 MPa；工作溫度135 ℃。

圖2　注水測(cè)壓工作筒結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of water-flooding and pressure-monitoring barrel

1.3專用投送器

Special delivery device

定量注水測(cè)壓堵塞器與偏心定量堵塞器外徑相同、長(zhǎng)度增加100 mm。由于被投送工具長(zhǎng)度增加，隨著井斜增大，用常規(guī)投送器投送定量注水測(cè)壓堵塞器時(shí)，盡管投送器經(jīng)工作筒導(dǎo)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)發(fā)生正常的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，但連接在投送器上的堵塞器無(wú)法對(duì)準(zhǔn)工作筒偏孔，無(wú)法被投送到工作筒偏孔內(nèi)，而是會(huì)從工作筒主通道通過(guò)。為滿足長(zhǎng)度較長(zhǎng)的注水測(cè)壓堵塞器的投送需要，在常規(guī)投送器上增加支撐機(jī)構(gòu)，提高投送時(shí)堵塞器與工作筒偏孔的對(duì)準(zhǔn)程度，由此形成了定量注水測(cè)壓堵塞器的專用投送器。

（1）技術(shù)原理。專用投送器設(shè)計(jì)有強(qiáng)制支撐機(jī)構(gòu)，克服被投撈工具長(zhǎng)度和重力增加而造成的堵塞器對(duì)不準(zhǔn)工作筒偏孔的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)如圖3所示。大斜度井內(nèi)投送長(zhǎng)堵塞器時(shí)，支撐塊機(jī)構(gòu)可將長(zhǎng)堵塞器徑向支撐出開(kāi)口槽槽口之外，并與投撈送器軸線平行，注水測(cè)壓堵塞器經(jīng)過(guò)工作筒導(dǎo)向后能夠?qū)?zhǔn)工作筒偏孔，并投送到工作筒偏孔內(nèi)；當(dāng)長(zhǎng)堵塞器從投送頭意外脫落時(shí)，不會(huì)卡于油管和投送器的間隙內(nèi)，而會(huì)掉入投送器口袋，避免卡投送器事故發(fā)生。

（2）技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)。外徑?40 mm；長(zhǎng)度110 mm；可投送堵塞器長(zhǎng)度330 mm，工作壓力35 MPa；工作溫度135 ℃，適應(yīng)最大井斜55°。

圖3　專用投送器結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of the special delivery device

2　分層定量注水分層測(cè)壓一體技術(shù)原理Principles of integrated separate-layer quantitative water-flooding and pressuremonitoring

（1）井下管柱。井下用注水測(cè)壓工作筒和封隔器組配成分注分測(cè)管柱。管柱結(jié)構(gòu)（以3段為例）：絲堵+油管+注水測(cè)壓工作筒+注水封隔器+油管+注水測(cè)壓工作筒+注水封隔器+油管+注水測(cè)壓工作筒+油管+逐級(jí)解卡錨定器+油管（至井口）。

（2）水量調(diào)配方式。按流量10 m3/d、20 m3/d、30 m3/d……100 m3/d來(lái)制造定流量的偏心定量注水測(cè)壓堵塞器，注水井井下各段水流調(diào)配時(shí)，用打撈器撈出井下工作筒中原有的注水測(cè)壓堵塞器，用投送器投入符合配注流量要求的定量注水測(cè)壓堵塞器。

（3）測(cè)溫、測(cè)壓過(guò)程及數(shù)據(jù)提取方式。分注井井下測(cè)試資料包括各段油管壓力、地層壓力和地層溫度。連續(xù)測(cè)溫、測(cè)壓時(shí)間長(zhǎng)度決定于電池容量和測(cè)點(diǎn)間隔的步長(zhǎng)，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)可按10 min取一組點(diǎn)來(lái)設(shè)定，連續(xù)測(cè)試時(shí)間可達(dá)8個(gè)月?，F(xiàn)場(chǎng)在定量注水過(guò)程中可全程監(jiān)測(cè)井下各段壓力和溫度，在需要讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候（或電池電量即將耗盡時(shí)），用專用打撈器撈出注水測(cè)壓堵塞器，將注水測(cè)壓堵塞器中測(cè)壓部分拆卸，并連接于電腦上讀取數(shù)據(jù)，獲得對(duì)應(yīng)層段的定量注水期間 的地層壓力、油管壓力和地層溫度資料，更換電池后再將注水測(cè)壓堵塞器投入到井下預(yù)定的工作筒內(nèi)。溫度、壓力數(shù)據(jù)提取也可在分注井水量調(diào)配操作時(shí)進(jìn)行。

（4）操作過(guò)程。在各級(jí)注水測(cè)壓工作筒內(nèi)投入壓力計(jì)或堵塞器，使各工作筒處于封閉狀態(tài)；按管柱結(jié)構(gòu)在地面組配管柱；下入注水測(cè)壓管柱至預(yù)定深度；校核管柱深度；從油管內(nèi)憋壓坐封封隔器和錨定器；下入大斜度井打撈器依次撈出各級(jí)堵塞器（或驗(yàn)封堵塞器），撈出每級(jí)堵塞器后可油管打壓驗(yàn)封，驗(yàn)證封隔器密封性；根據(jù)配注要求，地面用鋼絲攜帶專用投送器將相應(yīng)的注水測(cè)壓堵塞器投入到各段工作筒內(nèi)，投送過(guò)程與偏心分注技術(shù)投撈過(guò)程相同；開(kāi)始分層定量注水和分層測(cè)壓、測(cè)溫，一段時(shí)間（一般半年）后需要調(diào)配水量、更換水嘴或電池電量不足時(shí)用鋼絲攜帶專用打撈器撈出各段工作筒內(nèi)的注水測(cè)壓堵塞器，打撈過(guò)程與偏心分注技術(shù)打撈過(guò)程相同；地面回放各段地層壓力、油管壓力和地層溫度；按配注要求對(duì)各段再次投入注水測(cè)壓堵塞器，繼續(xù)分層定量注水和分層測(cè)壓測(cè)溫。

（5）技術(shù)指標(biāo)。適應(yīng)井斜≤55°；最大工作壓差35 MPa，溫度135 ℃；最大工作壓力70 MPa；連續(xù)測(cè)試時(shí)間240 d。

3　注水測(cè)壓堵塞器室內(nèi)實(shí)驗(yàn)Lab tests of water-flooding and pressuremonitoring plug

（1）將注水測(cè)壓堵塞器放入加壓裝置內(nèi)，加壓70 MPa，穩(wěn)壓12 h后取出拆開(kāi)，液壓密封合格，連接電腦回放數(shù)據(jù)正常。

（2）在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將注水測(cè)壓定量堵塞器中的定量部分用絲堵連接，并投入工作筒偏孔內(nèi)，對(duì)工作筒進(jìn)行密封性測(cè)試，測(cè)試壓差35 MPa，密封合格。

（3）實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用投送器和打撈器進(jìn)行注水測(cè)壓堵塞器投撈實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，說(shuō)明投送器滿足60°以內(nèi)井斜投撈需要。

表1　鋼絲投撈實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test results of wireline positioning and recovery

4　分層定量注水分層測(cè)壓一體技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)On-site tests of integrated separate-layer quantitative water-flooding and pressuremonitoring

（1）基礎(chǔ)狀況。L35-4井為柳贊油田的一口注水井，1991年完鉆，最大井斜37°/1 354 m，油層套管?139.7 mm，人工井底3 199.15 m，固井質(zhì)量合格，注水層位Es3位。此次分3段注水，上段井段2 252～ 2 865 m，31.2 m/6層，不注水；中段井段2962 ～3 005 m，15.2 m/4層，日配注40 m3；下段井段3 019.3～3 053.3 m，10.0 m/3層，日配注30 m3。2014年10月21日開(kāi)始施工。

（2）實(shí)施過(guò)程。①在地面上在工作筒內(nèi)投入測(cè)壓堵塞器或堵塞器。②地面組配管柱，管柱結(jié)構(gòu)為：固定球座（3 061 m）+油管+注水測(cè)壓工作筒（3 042 m）+油管+Y341注水封隔器（3 011 m）+油管+注水測(cè)壓工作筒（2 981 m）+油管+Y341注水封隔器（2 941 m）+逐級(jí)解卡錨定器（2 940 m）+油管至井口。③管柱下到預(yù)定深度并校深。④在地面上用泵車(chē)打壓座封。⑤撈出下段工作筒內(nèi)堵塞器，用泵車(chē)打壓10 min，壓力最高10 MPa，之后撈出中段工作筒內(nèi)測(cè)壓堵塞器，在地面上進(jìn)行壓力數(shù)據(jù)回放。數(shù)據(jù)顯示套壓不隨著驗(yàn)封壓力變化而變化，說(shuō)明下部封隔器密封合格。⑥用泵車(chē)打壓10 min，壓力最高10 MPa，套管壓力無(wú)變化，說(shuō)明上部注水封隔器密封合格。⑦用專用投送器連接投偏心定量注水測(cè)壓堵塞器（30 m3/d），向下段工作筒內(nèi)投送，入孔時(shí)下沖速度80 m/min，投送成功。⑧用專用投送器連接投注水測(cè)壓堵塞器（40 m3/d），向下段工作筒內(nèi)投送，入孔時(shí)下沖速度80 m/min，投送成功。⑨1個(gè)月后用專用投撈器分別打撈下段和中段的定量注水測(cè)壓堵塞器，在地面上將壓力計(jì)連接到計(jì)算機(jī)上回放壓力數(shù)據(jù)，得到1個(gè)月定量注水情況的壓力和溫度數(shù)據(jù)。⑩將2個(gè)注水測(cè)壓堵塞器繼續(xù)投送到中段和下段工作筒內(nèi)，繼續(xù)邊定量注水邊測(cè)壓測(cè)溫。

（3）回放數(shù)據(jù)分析。2014年11月26日撈出下段工作筒內(nèi)定量注水測(cè)壓堵塞器，單段注量30 m3/ d，每5 min取1個(gè)點(diǎn)，總共取點(diǎn)4 900組。如圖4所示曲線可得到3點(diǎn)結(jié)論：獲得了下段井底流壓（油管壓力）的變化情況，初期波動(dòng)較大，后期波動(dòng)較小，長(zhǎng)期呈下降趨勢(shì)，由47 MPa下降到45 MPa；獲得了下段地層壓力變化情況，相比注水壓力，地層壓力波動(dòng)很小，長(zhǎng)期呈上升趨勢(shì)，由41.4 MPa上升到43.2 MPa；獲得了下段嘴損壓力（井底油壓-地層壓力）的變化情況，最高8 MPa、最低1 MPa，初期波動(dòng)較大，后期波動(dòng)較小，長(zhǎng)期呈下降趨勢(shì)，平均由4.4 MPa下降到2.1 MPa，而單段注水量為30 m3/d恒定，說(shuō)明定量水嘴水量與嘴損壓差無(wú)關(guān)。圖5為地層實(shí)際測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)生成曲線，從曲線中可以看出初期未注水時(shí)地層溫度93 ℃～98 ℃，后期由于注水原因，地層溫度下降到72 ℃。該技術(shù)目前應(yīng)用5口井，施工成功率100 %，投撈操作20次，投撈成功率100 %；井下各段壓力回放10次，測(cè)壓測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)提取合格率100%。

圖4　L35-4井下段定量注水過(guò)程中測(cè)壓數(shù)據(jù)Fig.4 Pressure datas acquired during quantitative water-flooding in the lower section of Well L35-4

圖5　L35-4 井下段定量注水過(guò)程中測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)Fig.5 Temperature datas acquired during quantitative waterflooding in the lower section of Well L35-4

5　結(jié)論Conclusions

（1）形成了一套完整的注水井分段定量注水分段測(cè)壓一體技術(shù)，定量注水測(cè)壓堵塞器在原有偏心定量注水堵塞器結(jié)構(gòu)上設(shè)置了測(cè)溫測(cè)壓總成，注水測(cè)壓工作筒在原偏心注水工作筒結(jié)構(gòu)上增加了測(cè)試通道，投送定量注水測(cè)壓堵塞器的專用投送器在原有偏心投送器結(jié)構(gòu)上增加了閥底支撐總成機(jī)構(gòu)。

（2）定量注水測(cè)壓堵塞器滿足70 MPa密封要求，專用投送器滿足了60°以內(nèi)井斜投撈需要。注水井分段定量注水分段測(cè)壓一體技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用5口井，投撈調(diào)配和壓力數(shù)據(jù)錄取全部成功。

（3）該技術(shù)在分層定量注水同時(shí)能夠全程監(jiān)測(cè)各層地層壓力、地層溫度、油管壓力，可以通過(guò)專用投撈器定期投撈注水測(cè)壓堵塞器來(lái)調(diào)配分注井各段水量和提取各段壓力溫度數(shù)據(jù)，擴(kuò)展了現(xiàn)有偏心分層注水技術(shù)的功能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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（修改稿收到日期 2016-06-04）

〔編輯 李春燕〕

Integrated technology of separate-layer quantitative water flooding and pressure monitoring

SONG Xianmin1， ZHANG Limin1， ZHANG Yuhui2， ZHANG Jianzhong1， LIU Yufei1， LIU Shiying3
1. PetroChina Jidong Oilfield Company， Tangshan， Hebei 063004， China； 2. PetroChina Huabei Oilfield Company， Renqiu， Hebei 062550， China；3. PetroChina Yumen Oilfield Company， Jiuquan， Gansu 735019， China

Monitoring formation pressure and temperature during separate-layer water flooding can provide reliable data for geologic study of relevant formations， but monitoring techniques currently available can not monitor formation pressure and temperature all the way. Based on principles and tool structure of eccentric quantitative water flooding technique and downhole monitoring technique，integration of separate-layer quantitative water flooding and pressure monitoring has been achieved by adopting integration research principles and designs. During the course， a plug with water-flooding and pressure monitoring capacities， water-flooding and pressuremonitoring barrel with testing channels， and special delivery device with valve-bottom supporting assembly have been developed. Lab test results show all the key tools have reliable sealing performance to satisfy demands related to place， recover and replace of waterflooding and pressure-monitoring plugs. Up to now， the technique has been used in 5 wells with a success rate of 100%. Moreover， 100% of pressure and temperature data acquired are qualified， expanding the function of conventional eccentric separate-layer water flooding technique， the newly developed system has bright prospects of application on site.

water regulator； working barrel； delivery device； quantitative water flooding； separate-layer pressure monitoring

TE934

B

1000 - 7393（ 2016 ） 04- 0526- 05

10.13639/j.odpt.2016.04.023

SONG Xianmin， ZHANG Limin， ZHANG Yuhui， ZHANG Jianzhong， LIU Yufei， LIU Shiying. Integrated technology of separate-layer quantitative water flooding and pressure monitoring［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（4）: 526-530.

宋顯民（1971-），西南石油大學(xué)石油礦場(chǎng)機(jī)械專業(yè)在讀博士研究生，現(xiàn)從事采油工藝研究工作，高級(jí)工程師。通訊地址：（063004）河北省唐山市路北區(qū)光明西里冀東油田鉆采院。電話：0315-8768028。E-mail：songxm@petrochina.com.cn