橋式同心分層注水測調(diào)技術(shù)的研究及應(yīng)用

陳朋剛，趙亞杰，史鵬濤，員玉平.

(延長油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西延安 716000)

?

橋式同心分層注水測調(diào)技術(shù)的研究及應(yīng)用

陳朋剛，趙亞杰，史鵬濤，員玉平.

(延長油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西延安 716000)

橋式偏心分層注水測調(diào)工藝需要精確的機(jī)械導(dǎo)向完成測調(diào)工具的定位以及與配水器堵塞器調(diào)節(jié)頭的對接，這不僅導(dǎo)致測調(diào)工具機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且存在測調(diào)成功率和效率低、作業(yè)風(fēng)險大等問題。依據(jù)空心分層注水工藝的同心對接方式具有對接成功率高這一優(yōu)點(diǎn)，同時借鑒橋式過流通道具有層間干擾小的優(yōu)點(diǎn)，提出橋式同心分層注水工藝，并根據(jù)現(xiàn)場測試效果逐步試制了橋式同心分層注水測調(diào)系統(tǒng)。該測調(diào)系統(tǒng)具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單的同心連桿動力傳遞機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)水嘴與配水器一體化設(shè)計，可實(shí)現(xiàn)測量和調(diào)節(jié)的同步性，具有結(jié)構(gòu)簡單、動力傳遞效率高、測調(diào)成功率高等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場應(yīng)用證明，該系統(tǒng)具有省時、省力、省成本、測調(diào)準(zhǔn)確、及時、可靠性高等特點(diǎn)，值得進(jìn)一步推廣使用。

注水井測試；橋式同心；工藝；配水器；測調(diào)工具

近年來，針對延長油田注水井油稠出砂、斜井多、地層吸水差異大等特點(diǎn)，以提高分層注水工藝的適應(yīng)性、小配注量下的測調(diào)效率和精度為目標(biāo)，通過研制分層注水工藝的關(guān)鍵工具以及小配注量的測調(diào)工藝改進(jìn)與優(yōu)化，形成了延長油田定向井小配注量橋式偏心分層注水工藝[1-7]。隨著油田開發(fā)的不斷深入，大斜度井、采出水回注井、小卡距井及深井逐年增多，測調(diào)中測調(diào)工具遇阻卡、無法對接或?qū)硬怀晒Φ仁鹿暑l發(fā)，導(dǎo)致作業(yè)風(fēng)險大、注水效率低，進(jìn)而對分層注水工藝及配套測調(diào)技術(shù)提出更高要求。為進(jìn)一步滿足分層注水工藝的精細(xì)化需求、提高分層注水的測調(diào)成功率及效率，經(jīng)過現(xiàn)場測試中的長期積累和改進(jìn)，試制并形成了新一代橋式同心分層注水測調(diào)工藝及技術(shù)，并在長慶、青海、大港、延長等油田進(jìn)行了推廣應(yīng)用[8-10]。

1 橋式同心分層注水測調(diào)工藝簡介

1.1 系統(tǒng)組成及原理

橋式同心分層注水測調(diào)系統(tǒng)由電纜測井車、輔助設(shè)備、地面控制器、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)、同心測調(diào)儀、橋式同心配水器組成，如圖1所示。

圖1 橋式同心測調(diào)工藝原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of bridge-concentric stratified injection measurement and adjustment process

橋式同心分層注水測調(diào)工藝技術(shù)是指注水井在作業(yè)時用封隔器將各儲層分隔開來，同時下入橋式同心配水器為各儲層注水，完井后采用橋式同心測調(diào)工藝技術(shù)。橋式同心配水器與可調(diào)水嘴一體化設(shè)計，可采用電動驗(yàn)封儀完成對各層封隔器的檢驗(yàn)，驗(yàn)封完成后使用井下測調(diào)儀進(jìn)行水嘴的打開、試注、水量調(diào)配及后期定期測調(diào)。

具體工作過程為：井下電動驗(yàn)封儀及測調(diào)儀由測試絞車通過電纜下放到分注管柱與目標(biāo)層配水器進(jìn)行對接，地面控制器通過電纜獲取驗(yàn)封壓力數(shù)據(jù)或者測調(diào)壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)，并對驗(yàn)封儀和測調(diào)儀進(jìn)行實(shí)時控制。依據(jù)地面控制器或上位機(jī)所發(fā)送的命令實(shí)現(xiàn)地面直讀驗(yàn)封及流量測調(diào)。在流量測調(diào)過程中，通過地面操作對井下測調(diào)儀的動作進(jìn)行控制，井下測調(diào)儀通過調(diào)節(jié)頭帶動可調(diào)式水嘴轉(zhuǎn)動，改變配水器水嘴的開度大小，實(shí)現(xiàn)注水量的精細(xì)化調(diào)節(jié)。該橋式同心分層注水測調(diào)工藝在短時間內(nèi)即可完成對注水井各層段的配注量測調(diào)工作，縮短了測調(diào)時間，大幅提高了測調(diào)效率和分層注水效率。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)橋式同心分層注水測調(diào)工藝技術(shù)將橋式同心配水器與可調(diào)水嘴集成于一體，可利用測調(diào)儀帶動高強(qiáng)度的可調(diào)水嘴組件在配水器內(nèi)部上、下自由地活動，使同心配水器處于半開、全開以及完全關(guān)死的幾種狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)測量和調(diào)節(jié)的同步性，具有結(jié)構(gòu)簡單、動力傳遞效率高、測調(diào)時間短、測調(diào)成功率高等優(yōu)點(diǎn)。

(2)電機(jī)動力傳動采用同心連桿式結(jié)構(gòu)，動力傳遞效率高；對接方式采用同心中心通道遇阻式對接，對接成功率高，消除了橋式偏心側(cè)向?qū)映晒β实偷膯栴}以及遇阻易卡的事故，更適用于大斜度井作業(yè)。

(3)配水器具有較大面積的橋式過流通道，目標(biāo)層作業(yè)占用中心通道時不影響其他層段的正常注水，可有效解決層間干擾的問題，提高測試精度。配水器的活動水嘴可無級連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度高。

2 關(guān)鍵工具與儀器

橋式同心分層注水測調(diào)系統(tǒng)配套工具與儀器主要有電纜絞車、防噴裝置、地面控制器、地面數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)、同心測調(diào)儀以及橋式同心配水器等。其中，橋式同心配水器與同心測調(diào)儀為該測調(diào)系統(tǒng)最為關(guān)鍵的工具與儀器。

2.1 橋式同心配水器

2.1.1 結(jié)構(gòu)

橋式同心配水器由上接頭、本體、外護(hù)筒、調(diào)節(jié)套、活動水嘴、防反吐組件、固定水嘴、固定水嘴座、螺環(huán)及下接頭等部件組成，如圖2所示。

2.1.2 技術(shù)參數(shù)

表1 橋式同心配水器技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of bridge-concentric water distributor

圖2 配水器結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of water distributor1.上接頭；2.本體；3.外護(hù)筒；4.調(diào)節(jié)套；5.活動水嘴；6.防反吐組件；7.固定水嘴；8.固定水嘴座；9.螺環(huán)；10.下接頭

2.1.3 工作原理

橋式同心配水器與分層注水管柱連接之前，需將配水器水嘴置于關(guān)死狀態(tài)，與管柱連接下放到井下預(yù)定位置，向油管注水加壓，封隔器坐封。使用電纜帶同心測調(diào)儀下放進(jìn)油管內(nèi)，到達(dá)目標(biāo)層同心配水器預(yù)定位置上方10 m處進(jìn)行開臂操作；儀器定位爪打開，下放儀器與該配水器本體定位臺對接，測調(diào)儀調(diào)節(jié)頭伸縮塊與配水器調(diào)節(jié)套調(diào)節(jié)槽對接，調(diào)節(jié)頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)帶動測調(diào)儀防轉(zhuǎn)塊進(jìn)入本體防轉(zhuǎn)槽內(nèi)；測調(diào)儀繼續(xù)轉(zhuǎn)動帶動活動水嘴組件(包括調(diào)節(jié)套和活動水嘴)做螺旋運(yùn)動，改變活動水嘴與固定水嘴上出水口的相對位置，進(jìn)而改變出水口節(jié)流面積大小，實(shí)現(xiàn)對注水量的調(diào)節(jié)。由于橋式過流通道的存在，當(dāng)前層注水不會影響下層注水，從而實(shí)現(xiàn)其他層段分層配注的需要，最大限度降低層間干擾。該橋式同心配水器對固定水嘴出水口結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)為三角形結(jié)構(gòu)，便于小排量注水需求。同時增加了防反吐功能設(shè)計，滿足當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥谧⑺凸軆?nèi)水壓，防反吐組件結(jié)構(gòu)發(fā)生作用，將出水口進(jìn)行封堵，阻止地層水或油進(jìn)入油管內(nèi)。同時停注或壓力波動時，可有效防止污垢、沙礫等堵塞配水器。

2.2 同心測調(diào)儀

2.2.1 結(jié)構(gòu)

同心測調(diào)儀是橋式同心分層注水工藝技術(shù)的關(guān)鍵部分，其主要由扶正器、流量測量裝置、磁定位校深裝置、集成控制裝置、電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、定位臂、防轉(zhuǎn)塊和調(diào)節(jié)組件構(gòu)成。

圖3 同心測調(diào)儀結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of concentric tuning instrument1.扶正器；2.流量計；3.磁定位裝置；4.集成控制裝置；5.電機(jī)；6.傳動機(jī)構(gòu)；7.定位臂；8.防轉(zhuǎn)塊；9.調(diào)節(jié)組件

2.2.2 技術(shù)參數(shù)

表2 同心測調(diào)儀技術(shù)參數(shù)

2.2.3 工作原理

同心測調(diào)儀采用單芯電纜下井結(jié)構(gòu)，儀器在單芯電纜上采用單極性供電，實(shí)現(xiàn)雙向ST編碼數(shù)據(jù)通信。測調(diào)儀通過單芯電纜給地面控制系統(tǒng)發(fā)送測量數(shù)據(jù)，同時地面控制器通過發(fā)送不同的控制命令來控制測調(diào)儀，測調(diào)儀通過其下端的調(diào)節(jié)頭帶動同心配水器的轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)配水器的開度大小，進(jìn)而對不同層位的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)到配注要求。該同心測調(diào)儀采用了單電機(jī)工作，通過其獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證了定位臂的打開/收回、可調(diào)水嘴的正負(fù)調(diào)節(jié)采用同一個電機(jī)進(jìn)行控制。

同心測調(diào)儀可實(shí)時顯示流量、壓力、溫度等參數(shù)。同心測調(diào)儀采用超聲波相位差法測量流量，壓力、溫度傳感器均采用恒流供電的方式，流量、壓力、溫度3種電量信號最終以直流電平方式分時進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最終由流量計的數(shù)字電路部分將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，得到測量數(shù)據(jù)，并通過ST編碼電路將數(shù)字信號編碼上傳到地面控制器。測調(diào)儀具備狀態(tài)檢測功能。利用霍爾元件、磁鋼及相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)可實(shí)時檢測支撐臂的狀態(tài)、對接狀態(tài)，以及對接后流量調(diào)節(jié)過程中的配水器開度變化。儀器還具備磁定位校深功能，用來輔助尋找配水器和儀器坐層。通過相應(yīng)的控制器、筆記本和上位機(jī)軟件的配合，可以更加精確地了解測調(diào)儀井下工作狀態(tài)，使注水工作更加可視化、透明化。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

橋式同心分層注水測調(diào)工藝技術(shù)已在長慶油田、江蘇油田、青海油田、克拉瑪依油田、華北油田、大港油田、延長油田等進(jìn)行了推廣使用。其中延長油田于2014年投入現(xiàn)場試驗(yàn)，截至2017年1月累計現(xiàn)場應(yīng)用200多口井，最多分注層數(shù)5層，最大井深2833 m，最大井斜42.6°，最小卡距1 m，一次測調(diào)成功率可達(dá)90%以上，平均單井測調(diào)時間在6 h以內(nèi)，分層流量測調(diào)誤差在10%以內(nèi)，測調(diào)精度在2%以內(nèi)，分層配水合格率在95%以上。

試驗(yàn)結(jié)果表明，橋式同心分層注水測調(diào)技術(shù)在大斜度井、深井、多層分注井和采出水回注井中施工成功率高，測調(diào)儀與同心橋式配水器對接成功率高，集成于配水器內(nèi)部的可調(diào)式水嘴調(diào)節(jié)靈活，測調(diào)效率和精度均較高。具體的試驗(yàn)效果見表3。

表3 延長油田橋式同心分層注水測調(diào)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)表3所示的現(xiàn)場測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，橋式同心分層注水測調(diào)技術(shù)大斜度井、深井中測調(diào)成功率均為100%，針對多層分注井分層流量測調(diào)誤差均在10%以內(nèi)，單井測調(diào)時間均為8 h以內(nèi)?，F(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表明，橋式同心分層注水測調(diào)技術(shù)具有省時、省力、測調(diào)成功率高及測調(diào)精度高的優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)論

(1)橋式同心分層注水測調(diào)技術(shù)在現(xiàn)場測試應(yīng)用結(jié)果表明，橋式同心配水器將高強(qiáng)度可調(diào)水嘴與配水器一體化設(shè)計，采用中心通道內(nèi)免投撈配水作業(yè)模式，具有連續(xù)無極可調(diào)機(jī)制，具有測調(diào)成功率和效率高以及測調(diào)精度高的特點(diǎn)。

(2)井下同心測調(diào)儀與橋式同心配水器采用同心對接方式，地面實(shí)時在線監(jiān)測，對接成功率高，降低了測試的工作強(qiáng)度。同時井下儀可實(shí)現(xiàn)流量測量與調(diào)配同步進(jìn)行，只需單純的電纜作業(yè)即可完成分層注水測調(diào)技術(shù)，提高分層注水測試成功率和效率。

(3)橋式同心分層注水測調(diào)技術(shù)試驗(yàn)效果好，技術(shù)性能可靠，可有效解決大斜度井、深井、采出水回注井以及小卡距井分層注水和測試調(diào)配難題，對大幅提高分注率、測調(diào)成功率和效率，降低綜合成本和人員隊伍配備，提高油藏開發(fā)效果將起到巨大的推動作用，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

[1] 鄧剛,王琦,高哲.橋式偏心分層注水及測試新技術(shù)[J].油氣井測試,2002,11(3):45-48.

[2] 張玉榮,閆建文,楊海英,等.國內(nèi)分層注水技術(shù)新進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J].石油鉆采工藝,2011,33(2):102-107.

[3] 李明,王治國,朱蕾,等.橋式偏心分層注水技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].石油礦場機(jī)械,2010,39(10):66-70.

[4] 李明,金文慶,巨亞鋒,等.橋式偏心分層注水技術(shù)在大斜度井上的應(yīng)用[J].石油機(jī)械,2010,38(12):70-72.

[5] 巨亞鋒,王治國,馬紅星.等.分層注水井智能測試調(diào)配技術(shù)試驗(yàn)評價[J].油氣井測試,2006,15(6):52-52,56.

[6] 石建設(shè),顧春元,姜建勝,等.定向井分層注水工藝研究與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2000,22(1):46-47.

[7] 賈兆軍,李金發(fā),陳新民.橋式偏心分層注水技術(shù)在平方王油田的試驗(yàn)[J].石油機(jī)械,2006,34(3):66-68.

[8] 王建華,孫棟,李和義,等.精細(xì)分層注水技術(shù)研究與應(yīng)用[J].油氣井測試,2011,20(4):41-44.

[9] 黎明,李得信,張智峰,等.免投撈同心分注測調(diào)技術(shù)在青海油田的應(yīng)用[J].石油機(jī)械,2014,42(6):99-101.

[10] 巨亞鋒,于九政,晏耿成,等.姬塬油田多層細(xì)分注水工藝技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(18):4504-4506,4511.

The Research and Application of Bridge-Concentric StratifiedInjection Measurement and Adjustment Technology

Chen Penggang, Zhao Yajie, Shi Pengtao, Yun Yuping

(Research Center of Exploration and Development, Yanchang Oilfield Co., Ltd.,Yan＇an，Shaanxi 716000， China)

The technology of bridge-eccentric separate flooding requires precise mechanical orientation, positioning and docking, which not only leads to measurement of mechanical structure adjustment and testing tool for complex, but also has low success rate and efficiency, high operational risk and other issues. According to the method of concentric docking of hollow stratified water injection process, the advantage of high docking success rate was obtained. At the same time, the bridge supercircuit channel had the advantages of small interlayer interference, and the bridge concentric stratified water injection process was put forward. Bridge-type concentric stratified water injection measurement system. The system has the advantages of simple mechanical structure of concentric connecting rod power transmission mechanism, regulating water faucet and water distributing device integration design, can realize the measuring and adjusting the synchronization, has the advantages of simple structure, high efficiency of power transmission, measuring and adjusting the success rate is high. Field application showed that the system has the advantages of time saving, labor saving, cost saving, accurate and timely measurement, high reliability, and is worthy of further popularization and application.

test of water injection well; bridge-concentric; technology; water distributor; tools for measuring

陳朋剛(1980—)，男，工程師，碩士，主要從事注水開發(fā)研究工作。郵箱：chenpenggang369@163.com.

TE934.1

A