大斜度分注井測調一體化工藝配套研究與應用

趙欽瑞，龍遠強，李 興

(中國石化江蘇油田分公司采油一廠，江蘇 揚州 225265)

江蘇油田采油一廠井斜在35°以上的注水井的數(shù)量逐漸增多，大斜度井分注[1-2]、測調[3]工作的重要性日益凸顯。2003年以來通過引進、攻關，解決了部分技術問題，但工藝對水質的要求高，現(xiàn)場大斜度分注測調仍然存在一些問題，主要有：①投撈成功率較低，大斜度偏心分注井投撈成功率僅為74%左右；②測調效率低，需要撈死嘴、投水嘴、測試等工序，單井測調合格需投入的投撈、測試工作量約需5.0井次；③層段合格率低，大斜度分注井層段合格率為60%左右，遠低于平均水平；④分注管柱有效期較短，大斜度分注井底部球座漏失問題較突出。亟需研究一種測調效率高的分層注水技術。

1 同心測調一體化工藝研究

1.1 工藝原理

同心測調[4]工藝由同心可調配水技術、在線測調技術[5]和地面控制技術組成，研制與配套了同心可調配水器、電動測調儀、電動驗封儀、地面控制器。同心可調配水器與分注管柱一起下入，內部裝有可調水嘴，可實現(xiàn)分層流量的調節(jié)；電動測調儀由電纜下入井下，與同心可調配水器工作筒對接，控制配水器水嘴動作進行流量調節(jié)；電動驗封儀由電纜下入同心可調配水器內實現(xiàn)封隔器驗封；地面控制器通過電纜獲取井下壓力、流量、溫度數(shù)據(jù)，并對驗封儀和測調儀進行在線控制。

1.2 管柱結構和特點

井下工藝管柱與常規(guī)分層注水管柱類似(圖1)，主要由同心可調配水器、可洗井封隔器、 單流閥、篩管等構成，常用的管柱為一級二層(段)、二級三層和三級四層。根據(jù)井深情況可設計油管錨定器，封隔器上或下設置扶正器。

圖1 井下工藝管柱

管柱特點：

(1)井下測調采用居中對接，受井斜影響小，對斜井適應性強。

(2)可調水嘴與配水器設計為一體，分注級數(shù)不受限制，可滿足多級分注要求。

(3)配水工具上設有橋式通孔，實現(xiàn)停層不停井功能，提高測試準確率和測試效率。

(4)配水器內活動水嘴具備關閉功能，封隔器坐封后即可進行測調，無需投撈死嘴。

(5)工藝管柱可滿足同位素測試。

1.3 測調技術

分層驗封[6]：電動驗封儀用電纜投放到目的層段的同心可調配水器主體中，雙探頭壓力計通過配水密封段設定的通道分別測取對應地層壓力、油管內壓力；通過改變油管中的壓力，觀察地層壓力變化情況，若不隨管內壓力變化則密封，否則失效，地面可顯示驗封情況。儀器密封皮碗的張、縮為電動控制，驗封儀可以對任意層段進行測壓，也可以實現(xiàn)任意層段的分層測壓。

分層流量測試：利用電纜連接井下測調儀，下入井下同心可調配水器之上，地面控制測調儀將調節(jié)臂打開，下放，機械臂與同心配水器調節(jié)機構對接，地面顯示器實時顯示該層流量、壓力、溫度等參數(shù)，流量與配注量不匹配時，地面發(fā)出調節(jié)指令，控制儀器調節(jié)臂旋轉，調節(jié)可調水嘴的開度實現(xiàn)流量調節(jié)，直至合格，重復上述動作對其它層位流量進行調配。

1.4 同心可調配水器研制

1.4.1 結構設計

同心可調配水器結構如圖2，主要由上接頭①、本體②、外護筒③、水嘴調節(jié)套④、第一密封圈組件⑤、活動水嘴⑥、固定水嘴⑦、第二密封圈組件⑧、固定水嘴座⑨、螺環(huán)⑩、下接頭等部件構成。

圖2 同心可調配水器結構

1.4.2 工作原理

將測調儀用電纜下放坐入到同心可調配水器內，儀器的驅動錐體便可帶動水嘴調節(jié)套④通過梯型螺紋做上下運動，從而帶動活動水嘴⑥在固定水嘴⑦中間同時上下運動，起到調整固定水嘴⑦出水口大小的作用，從而調節(jié)注水量的大小。同心配水器工作筒中的固定水嘴⑦和活動水嘴⑥的配合間隙很小，全關閉時可承壓30 MPa以上。

1.4.3 主要特點

(1)居中對接設計：活動水嘴組件設計于配水器中心通道內，與配水器軸線一致，測調時儀器與其居中對接，不需要導向定位，在大斜度井中測調成功率高。

(2)一體化結構設計：將活動水嘴與同心配水器設計為一體化結構，多級分注時配水器內通徑一致，可單獨調配任意層，便于分層測調、驗封及同位素測試，分注層數(shù)不受限制。

(3)全關閉設計：活動水嘴下部設計了“O”型密封圈密封，可實現(xiàn)完全關閉，能承壓差40 MPa，滿足分注管柱坐封要求，無需投撈死嘴，即可進行測調。

(4)橋式通道設計：配水器主體上留有橋式通孔，可實現(xiàn)停層不停井功能，測試某層時不影響其它層注水。

(5)防卡死設計：活動水嘴完全打開與關閉后有對應脫開機構，防止卡死。

(6)防砂卡設計：活動水嘴與固定水嘴間隙設計為0.05 mm，在工作筒轉動機構內注滿硅油，可有效防止砂卡。

(7)耐磨損、抗腐蝕設計：可調水嘴等關鍵部位選用耐磨損、抗腐蝕的司太令合金材料，在高溫下，保持較高的硬度和強度。

(8)高精度調配設計：出水口形狀設計為類三角形結構(圖3)，調節(jié)距離為0～16 mm，相應調節(jié)過流面積范圍為0～50 mm2，在10 MPa壓差下調節(jié)最小流量可達3.7 m3/d，滿足油田層間差異大、配注量小的分注調配要求。

圖3 配水器出水口形狀

2 工藝完善及配套

2.1 防斜防砂球座研制

同心測調一體化工藝中，井下應用Y341封隔器進行層位的封隔，需要在分注管柱底部設計單向球座，閥球依靠重力作用入座在閥座上進行密封，在大井斜情況下，閥球關閉滯后，造成底部管柱漏失。研制新型的底部球座，在大井斜狀況下閥球能夠及時入座，又具有沉砂的效果，主要由上接頭①、閥罩②、閥球③、閥座④、閥體⑤組成(圖4)。

(1)防斜設計：設計了特制閥罩，控制閥球與閥罩徑向間隙，限制閥球擺動幅度，同時限制閥球升降高度；加深了閥座上與閥球配合的倒角，以便閥球入座。工作時油管內液流下行，經(jīng)固定閥特制閥罩液孔進入閥罩中心孔，液流經(jīng)閥罩中心孔導向，液力直接作用于閥球頂部，使閥球快速關閉，從而解決大斜度井閥球關閉滯后問題。

(2)防砂設計[5]：閥罩上端設計有防砂帽A,阻止砂粒進入閥罩內；閥體上部設計了環(huán)形沉砂槽B，沉砂槽內設計了腰型沉砂通道D，與下部連通；沉砂槽內設計有沉砂斜面E，以方便砂粒沉積，進入防砂球座下部連接的尾管中。

(3)反洗井設計：閥體上設計了反洗井通道C，與閥座底部連通。反洗井通道設計為斜形，可防止砂粒在閥座底部積聚。

圖4 防斜防砂球座結構

2.2 地面監(jiān)控系統(tǒng)

為提高測調聯(lián)作的效率，滿足地面直讀、現(xiàn)場控制的技術要求，設計配套了集供電、地面控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理于一體的可視化智能控制系統(tǒng)。采用相對經(jīng)濟的Ф3.5 mm鎧裝電纜作為系統(tǒng)信號的傳輸媒介，配備筆記本電腦作為系統(tǒng)的顯示終端，實現(xiàn)井下和地面雙向通訊、地面直讀控制。

地面監(jiān)控系統(tǒng)主要由供電模塊、主控制模塊、程控電源模塊組成。系統(tǒng)供電模塊給整個系統(tǒng)供電，主控制模塊通過程控電源模塊給井下測調儀器供電，同時主控制模塊實現(xiàn)上位機軟件與井下儀之間的數(shù)據(jù)通信和命令控制。

2.3 液壓防噴舉升裝置

注水壓力較高的分注井進行測試時，測試儀器需要增加加重桿，現(xiàn)場需要人工安裝好防噴管，再將儀器串人工舉升放入防噴管內；測試過程中，還需要人工上操作平臺用扳手調節(jié)防噴頭密封盤根壓帽，具有安全風險。為解決上述問題，配套了液壓防噴舉升裝置，主要由液壓舉升機構、防噴管、防噴頭、天滑輪、地滑輪、由壬組件、油壓泵組件等七大部分組成(圖5)。

3 現(xiàn)場應用與效果

大斜度分注井測調一體化工藝在陳堡、沙埝、真武油田11口井現(xiàn)場應用，取得較好的效果。

3.1 提高了大斜度分注井測調成功率及測調效率

同心測調一體化工藝受井斜的影響小，11口井斜在35°以上的分注井應用該技術均測調成功，測調成功率達到100%，較常規(guī)工藝成功率提高了25.7%，層段合格率由64.8%提升到100%。

針對江蘇油田采油一廠井斜大于35°的分注井測調情況進行統(tǒng)計，2012年至2014年，單井測調合格投入工時平均為17.1 h。而上述11口試驗井均測調合格，共投入工時58.3 h，單井測調工時平均為5.3 h，測調效率提高了222.6%(表1)。

3.2 延長了分注井有效期

對大井斜分注管柱工藝進行了優(yōu)化后，新型防斜防砂球座解決了大井斜分注工況下底部球座的漏失問題，同時又具有沉砂的效果。陳2-33、陳2-34、陳2-65三口井最大井斜56°，平均井斜50.4°，應用該工藝技術后，陳2-33井分注管柱有效期已達483 d，較同類應用普通球座的分注井管柱有效期延長68 d，目前仍然有效。

圖5 液壓防噴舉升系統(tǒng)

4 認識與結論

大斜度測調一體化工藝配套的成功應用，使我廠分層注水工藝取得了重大技術進步：

(1)同心測調一體化工藝，將可調水嘴和配水器工作筒設計為一體，集合了空心配水適應大井斜、偏心配水可單獨測調任意層的兩種工藝技術優(yōu)勢，解決了大斜度分注井測調成功率低、效率低的問題。

(2)研制的測調儀器其性能可靠，對接成功率高，實現(xiàn)了地面直讀，井下測調同步。

(3)改進完善了同心測調一體化工藝，提高了工藝的適應性。

參考文獻：

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[2] 宋祖廠，劉揚，蓋旭波，等．橋式同心分注技術及其在深斜井中的應用[J]．石油礦場機械，2013,42(7)：62-65.

[3] 李常友．勝利油田測調一體化分層注水工藝技術新發(fā)展[J]．石油機械，2015，43(6)：66-70.

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