水平井智能分注工藝管柱研制與應(yīng)用

薛 玲

（吉林油田公司油氣工程研究院 吉林松原 138000）

吉林油田水平井的數(shù)量逐年增多，采油生產(chǎn)水平段經(jīng)濟鉆井長度在500-700米，規(guī)模壓裂段數(shù)目前已經(jīng)達到15段以上，注水補充能量是其穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。受油藏的低滲透非均質(zhì)性影響，地質(zhì)上需要分注的井?dāng)?shù)和段數(shù)越來越多。而前期研究的水平井地面分注工藝技術(shù)僅能滿足水平井二段分注的需求，無法滿足水平井三段以上分注。因水平井注水管柱受重力效應(yīng)和水平拐點的影響，導(dǎo)致水平井注水存在著“分不開注水層位、起不出注水管柱、注不清每一層段的注水量、測不準(zhǔn)每一層段的注水量”等問題，為此，開展了水平井智能分注工藝管柱研制。該工藝具有了“分得開、起得出、注得清、測得準(zhǔn)、調(diào)得快”的特點，同時，解決了上提管柱解封載荷過大的問題；且能夠?qū)崿F(xiàn)四段以上分注，通過地面控制精確調(diào)節(jié)井下各段注入量，極大的提高了測調(diào)試效率與成功率。并能更全面真實的反映全井吸水剖面，有利于提高水平井最終采收率。真正地實現(xiàn)水平注水井多段有效分段配注。

圖1 水平井智能分注工藝管柱示意圖1-智能測

1 水平井智能分注工藝管柱結(jié)構(gòu)及工藝原理

1.1 管柱結(jié)構(gòu)

該分注工藝管柱主要由液壓扶正器、Y341逐級解封封隔器、智能配水器、動力傳輸電纜、地面測控儀及操作控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

1.2 工藝原理

按施工設(shè)計要求將管柱下入井內(nèi)，通過井下與地面軟硬件的配合實現(xiàn)，無需動用測調(diào)管柱的水平井智能分注管柱：地面測控儀安裝操作控制軟件，借助傳輸電纜，經(jīng)井下電纜傳輸接頭穿過扶正器、封隔器連接井下智能配水器，實時采集井下注水壓力、溫度、注水量等參數(shù)，經(jīng)傳輸和控制系統(tǒng)，在地面進行數(shù)據(jù)收集和分析整理，根據(jù)油藏地質(zhì)分注要求，實時反饋至井下智能配水器，實時監(jiān)測控制注水量，實現(xiàn)水平井精細控制分段配注；分注管柱通過逐級解封封隔器與液壓扶正器，保證密封與解封穩(wěn)定可靠。

2 水平井智能分注工藝管柱主要配套工具

水平井智能分注工藝管柱主要包括Y341逐級解封封隔器、液壓扶正器、智能配水器。

2.1 智能配水器

通過智能配水器實現(xiàn)井下測調(diào)一體化。智能配水器集成壓力、溫度、流量監(jiān)測傳感器與可調(diào)水嘴，借助傳輸電纜連接井下智能配水器與地面測控儀，實現(xiàn)井下各分注段相關(guān)數(shù)據(jù)的錄取、解析與水量控制。

2.1.1 工具結(jié)構(gòu)

主要由上電纜頭、上接頭、控制電路版、流量計、水嘴電機總成、驗封短節(jié)、下接頭、下電纜頭組成，如圖2所示。

圖2 智能配水器結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 工作原理

智能配水器各部分相對獨立，由信號和控制線連接進行供電和通信。下層注水從過流通道流過；本層注水經(jīng)流量計、可調(diào)水嘴之后注入地層。驗封壓力計可以實時監(jiān)測管內(nèi)注水壓力和管外地層壓力，具有驗封功能。過流通道和各個功能短節(jié)都完全密封，因此工作筒內(nèi)部不受注水壓力作用，可用來作各短節(jié)連接和控制走線。

2.1.3 主要技術(shù)參數(shù)

（1）最大外徑：Φ114mm；

（2）內(nèi)部過流通徑：Φ40mm；

（3）單層流量調(diào)節(jié)范圍50m3/d；

（4）本體耐壓60MPa；

（5）耐溫150℃。

2.1.4 工具特點

（1）上接頭與過流通道和流量計相連，流量計與可調(diào)水嘴相連，過流通道為本層和其它注水層提供通道。

（2）電纜通過上電纜頭進入配水器內(nèi)部，為本層配水器供電，通過下電纜頭引出配水器。

（3）流量計將測量數(shù)據(jù)傳送給控制電路，控制芯片通過電纜將采集到的壓力、溫度、流量計數(shù)值傳送給地面控制器。

（4）控制芯片接收地面調(diào)控命令，控制電機轉(zhuǎn)動改變水嘴開度，完成流量調(diào)節(jié)。

（5）在每個注水層位上均裝有一個智能配水器，層間用封隔器隔開。

（6）實時監(jiān)測每層注水量的大小，由微處理器根據(jù)設(shè)置調(diào)節(jié)閥門開度，將注水量控制在需要的水平上。

（7）能夠與地面雙向通訊，隨時監(jiān)測地面指令，重新配置每層注水量的大小。

2.2 Y341逐級解封封隔器

水平井多級分注的實現(xiàn)，需要一種解封載荷小、坐封解封穩(wěn)定且具有過電纜功能的封隔器。基于此，進行了Y341液壓逐級解封封隔器的設(shè)計，可實現(xiàn)多級穩(wěn)定坐封、安全解封，過電纜接頭密封可靠。

2.2.1 工具結(jié)構(gòu)

主要由上過電纜接頭、密封部分、坐封機構(gòu)、解封機構(gòu)、下過電纜接頭組成，如圖3所示。

圖3 Y341逐級解封封隔器結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 工作原理

坐封：將封隔器下入預(yù)定位置，先將套管灌滿水，從中心管內(nèi)緩慢打壓，壓力達到12MPa時停泵憋壓5分鐘，繼續(xù)緩慢加壓至18MPa停泵，完成坐封。

解封：上提管柱（大于管柱自重30kN左右），上接頭、中心管及下接頭上行，拉動解封機構(gòu)動作解卡，與此同時，釋放機構(gòu)動作也完成，膠筒得到釋放恢復(fù)到自由狀態(tài)，封隔器解封。

2.2.3 主要技術(shù)參數(shù)

（1）外形尺寸：Φ110×Φ50×1214mm；

（2）坐封壓力：18MPa；

（3）最高壓力：20MPa；

（4）適應(yīng)井溫：≤120℃；

（5）解封載荷：20kN～30kN；

（6）工作壓差：15MPa；

（7）適應(yīng)套管：5 1/2in；

（8）連接方式：2 7/8TBG。

2.2.4 工具特點

（1）具有過電纜功能且密封可靠；

（2）具有逐級解封功能，適合多級封隔應(yīng)用；

（3）采用了鋸齒鎖環(huán)和卡塊鎖緊機構(gòu)，坐封可靠；

（4）采用了解封釋放機構(gòu)，解封時膠筒向下滑行，膠筒能充分釋放，避免造成卡井現(xiàn)象。

2.3 液壓扶正器

水平井水平段由于重力作用會造成封隔器膠筒不居中，基于此，設(shè)計一種液壓可重復(fù)坐封的扶正裝置是水平井有效安全分注的重要保障。

2.3.1 工具結(jié)構(gòu)

主要由上過電纜接頭、坐封液缸、扶正塊、復(fù)位液缸、下過電纜接頭組成，如圖4所示。

圖4 液壓扶正器結(jié)構(gòu)圖

2.3.2 工作原理

扶正：液體通過上接頭進水閥進入，扶正塊伸出扶正體，起到擴張扶正作用。

解封：上提上接頭后，內(nèi)部壓力通過上鋼套上端水孔排出，扶正塊失去擴張支撐，在彈簧彈力下復(fù)位。

重復(fù)扶正：液壓通過中心管下端水孔進入復(fù)位液缸，使扶正體及坐封液缸復(fù)位后，繼續(xù)加壓即可使扶正塊伸出工作。

2.3.3 主要技術(shù)參數(shù)

（1）長度：580mm；

（2）最大外徑：φ100mm；

（3）接頭扣型：2 7/8TBG；

（4）最小內(nèi)徑：φ40mm；

（5）坐封壓力：10MPa；

（6）解封載荷：10kN；

（7）單只扶正塊變形力極限：3kN；

（8）工作溫度：≤120°C；

（9）工作井徑：φ121mm-φ127mm。

2.3.4 工具特點

（1）具有過電纜功能且密封可靠。

（2）外徑φ100mm，在下井過程中，扶正塊含在扶正體內(nèi)部，只有工作時才伸出扶正體。下井過程中不易刮壞。

（3）使用儲能彈簧和液壓控制扶正塊，液壓啟動扶正時儲存能量，并輔助鎖緊扶正。解壓后，扶正塊在彈簧彈力作用下復(fù)位，防止卡井。

（4）含有鎖定裝置，泄壓后依舊對管柱起到扶正作用，提拉解封。

（5）如因扶正塊而發(fā)生卡井事故時，直接提拉，即可使鋁合金扶正塊變形，不易形成真正意義上的卡井。

（6）只要鋁合金材質(zhì)的扶正塊不發(fā)生變形，就可在井下重復(fù)使用。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

截止2017年12月底，共施工9口井（短路1口井），均多段分注，目前可對井下設(shè)備的工作狀態(tài)進行查詢，獲取了各層的咀前、咀后壓力和流量等信息，可遠程監(jiān)測與控制，井下數(shù)據(jù)精確、實時監(jiān)測基本穩(wěn)定。

典型井例：木XX-XX井，三段分注，封隔器驗封合格、水量測調(diào)成功，實現(xiàn)了注入嘴前、嘴后壓力及注入量實時監(jiān)測，達到了預(yù)期目標(biāo)，測調(diào)結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 第二層段監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖6 第一層段水嘴堵塞成功處理

初期現(xiàn)場測試得知，第二、三層段注入量正常（略偏大），第一層段無流量，其節(jié)流壓差為7MPa左右，判斷為第一層段水嘴遇堵，打開第一層段水嘴開度，雜物排除，油管壓力迅速下降，嘴后壓力緩慢恢復(fù)，又進行了驗封測試，封隔器坐封合格，成功處理了水嘴堵塞問題。三段分注，智能測調(diào)、井下數(shù)據(jù)實時監(jiān)測成功。

4 結(jié)論與認識

（1）對水平井智能分注工藝技術(shù)進行了國內(nèi)外的技術(shù)調(diào)研，與相近技術(shù)進行對比，該技術(shù)具有領(lǐng)先性。對于水平井地層吸水狀況的認識，以及吉林油田水平井開發(fā)區(qū)塊的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)都具有重要意義。

（2）通過預(yù)制電纜實現(xiàn)水平井多段分注，信號損失小、現(xiàn)場連接簡便、成本低廉、耐溫耐用，過工具各端部位密封可靠。在地面實時監(jiān)測控制各段注水，測調(diào)免投撈、管柱自驗封，滿足水平井多段精細注水需求。

（3）從軟件與硬件兩方面對地面測控系統(tǒng)進行了設(shè)計研制，地面測控裝置及操控軟件可實現(xiàn)對井下注水信息的接收，手動或自動操作對智能配水器下達測調(diào)指令，保證了水平井多段分注整個工藝的協(xié)調(diào)運行。

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