水平井油管輸送產(chǎn)液剖面測井集流器的研制

陳 蕾

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

目前水平井產(chǎn)液剖面測井主要使用牽引器預(yù)置式工藝，但因井下產(chǎn)砂，易于遇阻，測井成功率低，為此需要開發(fā)安全、可靠的水平井輸送工藝及測井技術(shù)——基于油管輸送模塊化水平井產(chǎn)液剖面測井技術(shù)，它分為在線式和存儲式兩種，本文指在線式模塊化水平井測井技術(shù)。油管輸送工藝在線式模塊化測井儀器包括模塊化測井組合儀和集流器。

國內(nèi)低產(chǎn)液水平井剖面測井技術(shù)主要以集流測量為主[1]，集流的目的就是提高低產(chǎn)液條件下的流體速度，進(jìn)而提高測試儀器的精度。現(xiàn)有產(chǎn)液剖面測井的集流器主要有機(jī)械封隔器、傘式集流器和皮球式集流器。機(jī)械封隔器封隔效果好，但隨著測井模塊長時(shí)間放置于水平井段，水平井出砂嚴(yán)重會砂埋機(jī)械封隔器，導(dǎo)致事故隱患；傘式集流器可靠性高，目前水平井測井集流器均采用傘式集流器，但由于集流傘的傘筋與套管之間存在縫隙以及測井儀器自身重量致使儀器不居中，這兩個(gè)因素導(dǎo)致傘式集流器的漏失量偏大，無法實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)液水平井井下各層段流體的準(zhǔn)確測量。傳統(tǒng)皮球式集流器[2]具有集流度高的優(yōu)點(diǎn)，但測井成功率偏低，因?yàn)閮x器在下井過程中，皮球容易刮破。而且工作時(shí)如果地面操作失誤，皮球抽入液體的時(shí)間長，皮球容易爆破。可伸縮皮球集流器是通過安裝在集流器底部的泵閥抽取井內(nèi)的液體來實(shí)現(xiàn)皮球的伸縮，但這種方式存在以下兩個(gè)缺點(diǎn)：一是井內(nèi)的液體含雜質(zhì)較多，雜質(zhì)顆粒容易將進(jìn)液口或輸液管道堵??；二是只能通過渦輪轉(zhuǎn)速來判斷皮球是否打飽，這種通過人為判斷的方式很容易誤判而將皮球打爆，這兩個(gè)因素嚴(yán)重影響了可伸縮皮球集流器的可靠性?；谝陨先N類型集流器的優(yōu)缺點(diǎn)，為開發(fā)基于油管輸送工藝模塊化水平井測井技術(shù)，有效借助油管測井模塊尺寸優(yōu)勢，設(shè)計(jì)一種適用于低產(chǎn)液、低流速自帶液柱塞驅(qū)動(dòng)式橡膠皮囊集流器，提高集流器的可靠性和集流度。

1 油管輸送式產(chǎn)液剖面測井工藝

油管輸送在線式產(chǎn)液剖面測井工藝井下工作狀態(tài)如圖1所示，模塊化測井儀器可以與油管進(jìn)行連接。在下井之前，根據(jù)水平井的層段數(shù)和層段深度，設(shè)計(jì)好油管和模塊化測井儀器連接次序，然后將其隨油管輸送到目的層段；模塊化測井儀器內(nèi)部主要由集流器驅(qū)動(dòng)器、測井傳感器組和采集控制電路組成。驅(qū)動(dòng)器的作用是控制皮球的張開和關(guān)閉操作；模塊化測井組合儀安裝于集流通道內(nèi)部，可以同時(shí)測量流量和含水等參數(shù)；控制電路的作用是接收地面?zhèn)魉偷闹噶?，并按照指令控制測井組合儀工作或者將傳感器采集的數(shù)據(jù)上傳至地面。通過地面設(shè)備對各模塊化測井儀器進(jìn)行控制，模塊化測井儀器定位好以后，恢復(fù)水平井生產(chǎn)，待產(chǎn)量穩(wěn)定后，地面控制井下集流器張開，對各產(chǎn)層流體進(jìn)行集流測量，即可實(shí)現(xiàn)低流量條件下的流量、含水率等參數(shù)的準(zhǔn)確測量[3]。

1-射孔層；2-油管扶正器；3-集流器；4-測井組合儀；5-電纜圖1 在線式模塊化測井儀器工藝示意圖

2 測井集流器結(jié)構(gòu)

水平井油管輸送產(chǎn)液剖面測井集流器為橡膠皮囊式集流器，外徑80 mm，相比皮球和集流傘[4]具有更加可靠、集流度高的優(yōu)點(diǎn)。橡膠皮囊式集流器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)短接、柱塞驅(qū)動(dòng)儲液腔短接和皮囊集流器短接組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。皮囊集流器短接由流體旁通短節(jié)和橡膠皮囊組成，流體旁通短節(jié)作為井內(nèi)流體和自帶液體流通通道，儲液通道和流體通道相互獨(dú)立。采用自帶液是為了保證工作液體的清潔，保證集流器工作的可靠性。流體旁通短節(jié)外部包裹了一個(gè)圓柱狀的橡膠皮囊，皮囊內(nèi)部通過流體旁通短節(jié)與柱塞儲液腔相連。腔體的一端通過旁通短節(jié)連通到皮囊內(nèi)部，另一端是柱塞推桿，橡膠皮囊式集流器兩個(gè)密封倉，一是柱塞腔，防止里外液體流入或流出，另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的密封倉，防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)水被燒，活塞腔的形成，平衡了推液活塞兩邊的壓力。

1-橡膠皮囊；2-旁通短接；3-扶正器；4-儲液腔；5-絲杠；6-電機(jī)圖2 橡膠皮囊式集流器結(jié)構(gòu)示意圖

橡膠皮囊式集流器采用自帶液體供液，液量固定，可以準(zhǔn)確掌握皮球供液量的多少；自帶純凈液體，防止砂卡；分體設(shè)計(jì)，扶正器緊挨橡膠皮囊，最大限度保護(hù)橡膠皮囊；采用流體旁通短節(jié)，一體化裝置，輸液管密封好，減輕儲液壓力；通過向橡膠皮囊內(nèi)部沖入液體使集流器打開，受模塊化測井儀器不居中的影響較??；水平井正常生產(chǎn)時(shí)，地面控制井下集流器張開與關(guān)閉，對各產(chǎn)層流體進(jìn)行集流測量，實(shí)現(xiàn)低流量條件下的流量、含水率等參數(shù)的準(zhǔn)確測量。

3 集流器的工作控制

通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，柱塞推桿與絲杠之間是螺紋連接關(guān)系，柱塞推桿受機(jī)械限制無法旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，就將絲杠的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)化為柱塞推桿的軸向推拉力，絲杠的旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)柱塞推桿的前進(jìn)和后退。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過控制帶動(dòng)絲杠、推動(dòng)柱塞的移動(dòng)距離，來控制液體進(jìn)入皮囊的量。

當(dāng)需要張開橡膠皮囊時(shí)，給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供正電，電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使柱塞推桿向前推動(dòng)，柱塞推桿將儲液腔內(nèi)部的液體從流體旁通短節(jié)中的通道推至橡膠皮囊與流體旁通短節(jié)外殼間的空間內(nèi)，由于液體不可壓縮，橡膠皮囊被進(jìn)入的液體撐開，從而封住了套管與集流器間的環(huán)形空間，實(shí)現(xiàn)了集流操作。當(dāng)需要收回皮球時(shí)，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)反相供電，使柱塞推桿后退，將橡膠皮囊內(nèi)的液體抽回至儲液腔內(nèi)，橡膠皮囊恢復(fù)初始狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)收橡膠皮囊操作。

4 室內(nèi)密封驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

橡膠皮囊式集流器配接模塊化測井組合儀在室內(nèi)玻璃套管內(nèi)做密封驗(yàn)證試驗(yàn)，集流器張開后，與套管有很大的接觸面積且接觸緊密，只在儀器出液口有液體流動(dòng)，說明集流器密封效果良好，在此條件下標(biāo)定渦輪。

然后在同樣條件下用43 mm傘式集流器配接模塊化測井組合儀標(biāo)定渦輪，傘式集流器在集流傘處液體存在漏失，傘式集流器和管柱式電動(dòng)擠壓橡膠集流器渦輪響應(yīng)如表1所示，根據(jù)表1所做的折線圖如圖3所示。

表1 橡膠皮囊式集流器和43 mm傘式集流測井儀渦輪響應(yīng)

圖3 橡膠皮囊式集流器和43 mm傘式集流測井儀渦輪響應(yīng)折線圖

由上述室內(nèi)試驗(yàn)及表1、圖3可以看出：橡膠皮囊式集流器打開時(shí)能緊貼套管，實(shí)現(xiàn)全集流，渦輪響應(yīng)線性度好，渦輪響應(yīng)折線圖可以看出，流量測量下限低于1 m3/d，所測流量精度高；此外，由于標(biāo)定儀器流量的最低排量為1 m3/d，從表中只能看出最低流量為1 m3/d，K值2.7，儀器的測量誤差[5]小于1%，一致性誤差小于5%。43 mm傘式集流測井儀由于傘式集流器漏失量大，流量下限約為4 m3/d，所測流量精度低。

5 結(jié) 論

針對目前幾種常見集流器的優(yōu)缺點(diǎn)，研制出一種適合水平井油管輸送產(chǎn)出剖面測井的集流器——橡膠皮囊式集流器，可以得出如下結(jié)論：

1)橡膠皮囊式集流器結(jié)構(gòu)合理、可靠性好、集流度高，可適用于低產(chǎn)液、低流速油管輸送式水平井生產(chǎn)測井。

2)橡膠皮囊式集流器采用自帶液體為橡膠皮囊式集流器供液，液量固定，可以準(zhǔn)確掌握皮球供液量的多少；自帶純凈液體，防止砂卡；分體設(shè)計(jì)，扶正器緊挨橡膠皮囊，最大限度保護(hù)橡膠皮囊；采用流體旁通短節(jié)，一體化裝置，輸液管密封好，減少儲液壓力。

3)橡膠皮囊式集流器能夠保證儀器在不居中的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)全集流，并且受井內(nèi)惡劣測試環(huán)境的影響較小，有效地解決了機(jī)械式封隔器長時(shí)間放置于水平段砂埋的安全隱患，解決傘式集流器的漏失以及皮球集流器可靠性低的問題。