套管井帶壓測試注入裝置設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

尤立忠，劉 鵬，趙立安，初冬軍，李國偉，羅 兵

(中國石油大港油田分公司測試公司 天津 300280)

0 引 言

隨著環(huán)保要求逐步提高，套管井測試帶壓施工現(xiàn)場在安全、清潔生產(chǎn)方面的需求迫切。目前，帶壓測試現(xiàn)場使用采油廠提供罐車回收溢流污水并由其處理，罐車使用嚴(yán)重影響測試效率，不但污水需后期處理，且罐容積有限。此外，帶壓施工在測前開閘門多次出現(xiàn)防噴盒密封根部電纜損傷甚至斷裂，引起安全事故。目前利用一套單獨(dú)的泵入設(shè)備，測前在防噴管內(nèi)注滿水解決該問題，同時(shí)低注入量井測試時(shí)，溢流的產(chǎn)生對資料的測量精度有較大影響，注水裝置需要單獨(dú)運(yùn)輸和放置，嚴(yán)重影響規(guī)范施工生產(chǎn)效率[1]。有必要研究一套車載套管井測試帶壓施工注入裝置，滿足環(huán)保、安全需求并提高低流量資料品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)溢流污水收集、注入和測前注水工藝。

1 裝置基本功能和技術(shù)參數(shù)確定

1．1 裝置基本功能確定

裝置開發(fā)的目的是為了解決三個(gè)生產(chǎn)問題：一是注入剖面測試前防噴管內(nèi)注水，降低開閘門風(fēng)險(xiǎn)。二是和測試過程中，對防噴溢流液體實(shí)現(xiàn)回收和回注，解決溢流落地的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。三是實(shí)現(xiàn)溢流回注，提高低注入量測試資料品質(zhì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全可靠、穩(wěn)定性好、便于維護(hù)、易于操作。

基于上述需求明確裝置的主要功能為測前注水功能；輔助功能為液位報(bào)警功能、超壓保護(hù)功能、自動(dòng)起停功能。

1．2 裝置技術(shù)參數(shù)確定

裝置的開發(fā)主要針對帶壓注入井的測試，因此對大港油田近2a千余口注入剖面測試測試井進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得到數(shù)據(jù)見表1。

表1 注入剖面測試井及測試過程持續(xù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

以此確定裝置主要技術(shù)參數(shù)：

1)輸出壓力：保證溢流水可以回注到高壓井筒內(nèi)，不低于1.2倍最大油壓。1.2×28.5=34.2 MPa。

2)輸出排量：保證回注量大于溢流量，不低于1.5倍最大溢流量。1.5×14=21 m3/d=0.243 L/s。

3)儲(chǔ)水容積：保障測前攜帶水充滿防噴管和測試過程中裝置回注功能起動(dòng)前溢流收集。不低于防噴管內(nèi)容積的2倍。

在壓力為28.5 MPa測試時(shí)，對于5.6 mm電纜，儀器串配重為2.5p+10n,p為井口壓力，n為阻流管根數(shù)，即儀器串質(zhì)量：2.5×28.5+3×10=101.25 kg。

注入剖面測試方法以氧活化水流測試技術(shù)測試儀器串最長：5.7(儀器)+4.8(加重)=10.5 m。防噴管至少需要2.5 m防噴管4根。防噴管內(nèi)充水容積為：

空防噴管內(nèi)容積-儀器串體積=0.033-0.012=0.021 m3=21 L 儲(chǔ)水容積：21×2=42 L。

4)增壓泵功率：W=p.Q/K=35×0.243/0.85=10.01 kW，式中，W為泵功率，kW；K為泵效率，取K=0.85；Q為排量，L/s；p為輸出壓力，MPa。

5)驅(qū)動(dòng)力功率和驅(qū)動(dòng)源：最低驅(qū)動(dòng)功率應(yīng)滿足W1=K1W=1.05×10.01=10.51 kW，W1為驅(qū)動(dòng)功率;K1為功率儲(chǔ)備系數(shù)，1.05。

測井工程車原有動(dòng)力包括利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)取力的液壓泵和驅(qū)動(dòng)儀器的發(fā)電機(jī)，即驅(qū)動(dòng)方式有兩種：液壓和電。車載柴油發(fā)電機(jī)為8 kW，不能滿足泵驅(qū)動(dòng)功率要求。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為273 kW,滿足裝置驅(qū)動(dòng)功率需求[2]。選取液壓驅(qū)動(dòng)方式(取力于發(fā)動(dòng)機(jī))。

1.3 功能和基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)

套管井測試帶壓施工注入裝置，適用于壓力不高于35 MPa注入井各種測試項(xiàng)目。結(jié)合以上統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，裝置需要實(shí)現(xiàn)的功能和基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)如下：

1)測前注水功能

2)污水注入功能

3)液位報(bào)警功能

4)自動(dòng)卸荷功能

5)自動(dòng)起停功能

6)輸出壓力：≥35 MPa

7)排注入量：≥21 m3/d

8)儲(chǔ)液容積: ≥42 L

9)驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)

2 裝置設(shè)計(jì)及實(shí)施

注入裝置主要包括控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、儲(chǔ)液系統(tǒng)、管匯總成等部分，結(jié)合測井車有效空間和液壓油箱位置，設(shè)置于測井車后艙，不影響施工和操作的有效空間[3-4]。 考慮檢修和安裝方便，裝置整體尺寸定為 長0.8 m，寬0.25 m，高1 m。

套管井帶壓測試注入裝置如圖1所示。

圖1 套管井帶壓測試注入裝置

動(dòng)力系統(tǒng)為連接車液壓系統(tǒng)的液壓泵、由其驅(qū)動(dòng)的增壓泵和相應(yīng)液壓附件。測井液壓絞車也取力于發(fā)動(dòng)機(jī),為不影響該功能,選取雙聯(lián)液壓泵,一路仍輸出給液壓絞車,另一路輸出作為注入裝置動(dòng)力系統(tǒng),輸出壓力為20 MPa。

儲(chǔ)液系統(tǒng)包括儲(chǔ)水罐和替清罐，通過管匯和閥與動(dòng)力系統(tǒng)連接。兩罐均采用不銹鋼材質(zhì)，儲(chǔ)水罐容積為60 L，替清罐容積20 L。儲(chǔ)水罐的進(jìn)液口、出液口均設(shè)置過濾器。異常液位報(bào)警器為選擇24VDC聲光報(bào)警。另設(shè)有高低液位傳感器反饋電信號(hào)，用以控制裝置自動(dòng)起提停，高位啟動(dòng)，低位停。

液壓增壓部分主體增壓泵選用柱塞泵增壓比為2∶1，三位四通電磁閥控制活塞往復(fù)。為確保安全在液壓泵和三位四通閥間設(shè)計(jì)18 MPa溢流閥。為實(shí)現(xiàn)測前低壓注水功能，并聯(lián)設(shè)置3 MPa溢流閥，該閥啟閉用雙位雙通電磁閥控制。

控制系統(tǒng)以自動(dòng)手動(dòng)兩種工作模式控制本裝置的起停；可緊急制動(dòng)本裝置；面板上有動(dòng)力系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)顯示。管匯總成由各種管匯和閥等組成，提供流體通道和接受控制系統(tǒng)信號(hào)保證液路通、斷，其標(biāo)稱依據(jù)裝置參數(shù)選取。

3 實(shí)施工藝及現(xiàn)場試驗(yàn)

3．1 施工工藝流程

結(jié)合裝置的功能和現(xiàn)場測井的工序順序，編制了現(xiàn)場操作工藝流程，用以指導(dǎo)現(xiàn)場裝置的使用。

連接管匯：測井車擺放好位置后，連接各管線。防噴管的上端的溢流管線接入裝置溢流入口，輸出口與放空閘門以高壓管線連接。

測前注水：控制面板控制電磁閥1使低壓卸荷閥處于工作狀態(tài)，即防噴管內(nèi)最高為3MPa，確保實(shí)施該工藝時(shí)儀器不會(huì)頂鉆。手動(dòng)模式啟動(dòng)系統(tǒng)，液壓泵6和增壓泵2工作，將儲(chǔ)水罐內(nèi)清水注入通過單流閥13從輸出口注入防噴管，直至溢流口回液停止，完成測前注水工藝。

溢流收集及回注：將工作模式調(diào)整為自動(dòng)模式，開閘門開始測試作業(yè)，防噴系統(tǒng)溢流從溢流液口進(jìn)入儲(chǔ)水罐10，儲(chǔ)水罐10內(nèi)有內(nèi)部有液位傳感器與控制系統(tǒng)連接，液位傳感器以電壓的形式向控制面板1傳送液面高度信息，儲(chǔ)水罐中的液面達(dá)到第一液面高度閾值，裝置自動(dòng)啟動(dòng)，將儲(chǔ)水罐內(nèi)污水，經(jīng)過過濾器9通過輸出口自防噴裝置放空閘門回注到井內(nèi)。儲(chǔ)水罐中的液面低于第二液面高度閾值，則裝置自動(dòng)停止，如此往復(fù)，直至完成測井。

清潔保養(yǎng)：施工完成將替清罐11聯(lián)入，使替清液進(jìn)入，用于儲(chǔ)水罐10和增加泵2的清潔、防腐。

3．2現(xiàn)場試驗(yàn)

Z1512-X井為大港油田采油三廠的一口注水井，注入量80 m3/d，井口油壓18.1 MPa。該井同位素示蹤測試中應(yīng)用套管井帶壓測試注入裝置，防噴裝置連接后，連接管匯，啟動(dòng)注入功能，防噴管注滿水，測前注水功能得以實(shí)現(xiàn)。更改管匯連接，啟動(dòng)回注功能，開閘門測試，溢流收集，并完成了自動(dòng)回注，全程裝置運(yùn)行穩(wěn)定，無溢流落地[5]。

在隨后3口井不同測試項(xiàng)目該裝置均得到了較好的應(yīng)用。通過多井現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該裝置達(dá)到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)穩(wěn)定，操作簡單，維護(hù)便捷。測試井基本數(shù)據(jù)和實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 裝置應(yīng)用井統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)束語

套管井帶壓測試注入裝置研制的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)測前防噴管注水工藝，有效消減了開井時(shí)電纜損傷的風(fēng)險(xiǎn)；實(shí)現(xiàn)測井過程中境內(nèi)溢流的收集并回注，滿足了環(huán)保的要求；實(shí)現(xiàn)全注入量測量，較大提升低注入量井資料品質(zhì)；有效利用測井車動(dòng)力和有效空間，規(guī)范了現(xiàn)場工藝。