注水井分層測壓影響因素分析及改進(jìn)措施

張 云

(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 163853)

0 引 言

大慶油田注水井分層壓力測試一直采用關(guān)井測壓和隔層測壓兩種測試工藝。通過對測試曲線的分析既可得到各注水層段的地層參數(shù)和儲層性質(zhì)，又可判斷井下封隔器密封狀況、計(jì)算層間壓差大小、了解滲透率分布情況，進(jìn)而指導(dǎo)分層測試施工[1]。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，往往會出現(xiàn)兩條壓力曲線完全重合、測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或缺失的現(xiàn)象，不能準(zhǔn)確反映地質(zhì)的真實(shí)狀況，造成了測試與應(yīng)用的嚴(yán)重脫節(jié)。

面對這一系列實(shí)際性問題，通過深入剖析橋式偏心配水器內(nèi)部構(gòu)造、封隔器工作原理及分層測壓工藝施工流程，分析得出封隔器解封、壓力計(jì)密封圈損壞和壓力計(jì)測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確是影響分層測壓的重要因素，提出測前封隔器驗(yàn)封、采用新型密封圈、改變測壓工藝流程的改進(jìn)措施，保證注水井分層測壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而獲得了較為準(zhǔn)確、可靠的地層壓力資料。

1 注水井分層測壓工藝

1.1 橋式偏心配水器結(jié)構(gòu)組成及工作原理

橋式偏心配水器主要由偏心配水工作筒主體、連接套、扶正器、下端導(dǎo)向體、偏心配水堵塞器等組成。

工作筒主體內(nèi)側(cè)的垂向偏孔直徑為20 mm，用于坐入、固定偏心配水堵塞器。正常注水時(shí)，配水堵塞器利用主體上部外徑為 22 mm的臺階坐在主體偏孔上，凸輪卡在偏孔頂部的2 mm的環(huán)形槽內(nèi)[2]。配水堵塞器主體利用上、下四道“O”型密封膠圈封住工作筒底部內(nèi)側(cè)面上的進(jìn)液孔和偏孔頂部的出液孔，使注入水經(jīng)配水堵塞器濾網(wǎng)、陶瓷水嘴、主體上的出液孔后，從工作筒主體外側(cè)的出液孔進(jìn)入油、套環(huán)形空間后，再進(jìn)入注水層位。

1.2 注水井分層測壓工藝原理及施工過程

注水井分層測壓工藝采用的堵塞式壓力計(jì)整體外型、尺寸大小與偏心配水堵塞器相同。分層測壓時(shí)，將偏心配水堵塞器從主體偏孔中打撈出，再投入堵塞式壓力計(jì)。壓力計(jì)上、下4道“O”型密封膠圈封住注水通道，使外部地層壓力與內(nèi)部壓力計(jì)連通[3]。在測試過程中，投入層段后的壓降變化，將被全部記錄下來，便于分析相應(yīng)層段的吸水能力及近井地層參數(shù)。測壓完畢后，需將堵塞式壓力計(jì)撈出，然后投入原配水堵塞器，恢復(fù)測試層段注水。通過壓力計(jì)數(shù)據(jù)回放軟件回放出測試數(shù)據(jù)，利用軟件計(jì)算壓力值變化，分析得到各種地層數(shù)值。

分層測壓施工過程分為隔層測壓、關(guān)井測壓兩種。隔層測壓是在分層測壓時(shí)，先隔層投入堵塞式壓力計(jì)，再將注水井開井。影響該方法的原因主要是測試注水層段壓力與下一級封隔器膠筒內(nèi)壓力平衡。當(dāng)下一級封隔器膠筒內(nèi)腔的壓力與膠筒外壁上部壓力是相同的時(shí)，容易導(dǎo)致封隔器解封或滲漏，致使測取的壓力值偏高。當(dāng)膠筒內(nèi)、外壓力平衡后，由于張力作用膠筒會靠自身的彈性回縮，可能造成解封或滲漏情況。關(guān)井測壓是在分層測壓時(shí)，先將全部層段投入堵塞式壓力計(jì)，再將注水井關(guān)井。影響該方法的原因主要是上一層油套環(huán)形空間內(nèi)壓力高，頂開下一級層段壓力低的封隔器解封閥，使下一級分隔器解封。由于層段上的多使用大水嘴，油套環(huán)形空間壓力與油管內(nèi)注水壓力的壓差非常小，即油套壓力與膠筒內(nèi)腔壓力的壓差也非常小。在壓差較小時(shí)，膠筒靠自身的彈性回縮，使封隔器處于密封與不密封之間難以判斷。

2 分層測壓影響因素分析

在分層測壓資料中，常會出現(xiàn)的問題主要是兩條壓力曲線完全重合、測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或缺失。針對兩條壓力曲線完全重合的問題，通過對數(shù)據(jù)分析可知：兩條曲線完全重合說明兩個(gè)測試通道傳遞的都是油管壓力，而造成這一現(xiàn)象的原因主要是封隔器解封、壓力計(jì)密封圈損壞或投送不到位。針對測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或缺失的問題，通過對壓力計(jì)結(jié)構(gòu)、原理分析可知：壓力計(jì)的數(shù)據(jù)問題主要受到壓力計(jì)電池、電子元件等部件的影響。分層測壓影響因素主要集中在封隔器、壓力計(jì)2個(gè)方面。

2.1 封隔器解封的影響

1)解封桿上的密封圈損壞：由于井下水質(zhì)差、管柱結(jié)垢等原因，會造成解封桿上的密封圈損壞。當(dāng)關(guān)井測壓時(shí)，膠筒內(nèi)腔壓力與油管內(nèi)壓力連通。當(dāng)膠筒內(nèi)腔壓力高于油管內(nèi)壓力時(shí)，由于解封桿下部密封圈損壞，膠筒內(nèi)腔壓力會逐漸泄壓，使封隔器慢慢被釋放。由于解封桿上部密封圈損壞，油管壓力高于套管壓力，壓力會向套管內(nèi)泄壓。當(dāng)?shù)貙訅毫Ω哂谟凸軌毫r(shí)，在壓力推動(dòng)下解封桿向下移動(dòng)，造成油管壓力與地層壓力平衡，造成封隔器被解封，使分層測壓中兩條壓力曲線完全重合[4-5]。

2)坐封閥的膠塞關(guān)閉不嚴(yán)：當(dāng)銹垢、沙粒等雜物粘在坐封閥上或井下水質(zhì)差洗井后有雜質(zhì)粘在坐封閥上，均會造成坐封閥的膠塞關(guān)閉不嚴(yán)，原膠筒內(nèi)腔壓力逐漸泄壓入油管內(nèi)，造成封隔器被解封，使分層測壓中兩條壓力曲線完全重合。

3)部件滲漏：關(guān)井測壓時(shí)，由于油管絲扣、井口裝置等滲漏，使油管內(nèi)壓力逐漸降低。當(dāng)減小到地層壓力高于油管壓力時(shí)，將會頂開解封閥的解封桿使封隔器被解封，使分層測壓中兩條壓力曲線完全重合。

4)老化失效：封隔器在井下使用時(shí)間過長，坐封閥與解封閥的密封圈老化失效或彈簧疲勞無法正常壓縮不能復(fù)位，造成封隔器被解封，使分層測壓中兩條壓力曲線完全重合。

5)內(nèi)外壓力平衡：膠筒質(zhì)量不好下井安裝時(shí)被刮壞或加壓坐封時(shí)膨脹損壞造成油套環(huán)形空間內(nèi)壓力與油管內(nèi)壓力相通，當(dāng)封隔器內(nèi)外腔壓力平衡或地層壓力高于油管內(nèi)壓力時(shí)，造成封隔器被解封，使分層測壓中兩條壓力曲線完全重合。

6)停泵反吐：停泵后，由于層間矛盾大，造成注水層段注入水反吐，造成封隔器被解封，使分層測壓中兩條壓力曲線完全重合。

2.2 壓力計(jì)的影響

1)壓力計(jì)密封圈損壞：配水器上與偏心孔對應(yīng)的出水環(huán)槽內(nèi)沒有進(jìn)行倒角處理或有毛刺，容易刮壞堵塞式壓力計(jì)下面兩道密封圈，造成管外地層壓力與油管內(nèi)部壓力相通，使分層測壓中兩條壓力曲線完全重合。

2)投送不到位：配水器偏心孔內(nèi)有鐵銹、結(jié)垢等雜質(zhì)，造成堵塞式壓力計(jì)投不到位，使分層測壓中兩條壓力曲線完全重合。

3)密封圈不規(guī)范：堵塞式壓力計(jì)上的密封圈過盈量大，造成壓力計(jì)投送不到位或密封圈錯(cuò)位損壞；堵塞式壓力計(jì)上的密封圈過盈量小，密封圈會出現(xiàn)不規(guī)范的纏繞，造成密封效果不好，使分層測壓中兩條壓力曲線完全重合[6]。

4)電池電壓不足或接觸不良：電池電壓不足，測試中途沒電；電池接觸不良，中途斷開，導(dǎo)致壓力計(jì)中的測試數(shù)據(jù)缺失。

5)進(jìn)壓孔堵塞：壓力計(jì)進(jìn)壓孔被雜物所堵塞，導(dǎo)致壓力計(jì)中的測壓數(shù)據(jù)偏低[7]。

6)電子元件損壞：投送堵塞式壓力計(jì)時(shí)，下放速度過快，使壓力計(jì)的晶振等電子元件損壞。壓力傳感器、溫度傳感器等電子元件損壞，導(dǎo)致壓力計(jì)采集到的測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

7)通訊數(shù)據(jù)傳輸不暢：通訊線路不暢通、接觸不良，導(dǎo)致壓力計(jì)未采集到測試數(shù)據(jù)。

3 分層測壓工藝改進(jìn)措施

3.1 測前封隔器驗(yàn)封

針對于封隔器密封性的影響因素，提出測前封隔器驗(yàn)封操作：在分層測壓前，對封隔器進(jìn)行驗(yàn)封，壓力計(jì)驗(yàn)封測試工藝?yán)妹芊舛蚊芊馀渌髦行耐ǖ?，通過改變井口注水壓力來了解配水器以下的壓力變化情況，判斷封隔器密封狀況。封隔器密封時(shí)，儀器坐封后壓力測試曲線光滑平穩(wěn)；封隔器不密封時(shí)，改變井口注水壓力會導(dǎo)致壓力的變化，以減小封隔器不密封對測壓工藝的影響。

3.2 采用新式密封圈

針對于壓力計(jì)密封圈不規(guī)范、投送不到位的影響因素，提出采用新式密封圈：采用17.2 mm×2.4 mm的新式密封圈替換原有的17.2 mm×2.6 mm的密封圈，更換后的每一道密封圈應(yīng)整齊規(guī)范，使用游標(biāo)卡尺逐一測量密封圈的過盈量，密封圈的過盈量應(yīng)在0.1～0.2 mm之間?，F(xiàn)場投入前，將密封圈均勻涂抹上黃油，以減少配水器偏孔對密封圈的刮劃。在投送完成后，再次下放投撈器，確保堵塞式壓力計(jì)投送到位，保證注水井分層測壓測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

3.3 改變測壓工藝流程

對于封隔器內(nèi)外壓力平衡的影響因素，將采用2個(gè)測壓周期開井測壓方式：在第一個(gè)測壓周期中，進(jìn)行單層注水，其余層段投入堵塞式壓力計(jì)進(jìn)行分層測壓，選擇最下面的一個(gè)層段注入。在第一個(gè)測壓周期中，選擇最下面層段注水原因：1)最下部的注水層段多數(shù)吸水能力較差，因而致使注入壓力相對較高，容易形成壓差，利于封隔器脹封；2)封隔器的解封閥在上半部分，壓力傳導(dǎo)解封都是向下壓力傳導(dǎo)。開井后，在井況條件允許的情況下，全井的注入壓力將控制在高于啟動(dòng)壓力2.5 MPa以上，使封隔器能夠再次坐封，并在整個(gè)測壓過程持續(xù)脹封。在第二個(gè)測壓周期中，在最下面一個(gè)層段投入堵塞式壓力計(jì)，并在最相鄰的2個(gè)層段投入死水嘴，以消除層間干擾，保證注水井分層測壓測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

4.1 原有測壓工藝的現(xiàn)場應(yīng)用效果

在龍X9-2X注水井進(jìn)行了關(guān)井、開井、關(guān)井的測壓試驗(yàn)，在正常注水的情況下，分別在偏Ⅰ、偏Ⅱ、偏Ⅲ、偏Ⅳ 4個(gè)層段投進(jìn)堵塞式壓力計(jì)進(jìn)行注水井分層測壓。采取了關(guān)3 d，開3 d，再關(guān)4 d的操作方式，測試成果如圖1所示。

從4個(gè)層測壓曲線分析研究中，驗(yàn)證出注水井分層測壓的影響因素：關(guān)井后，解封閥密封圈不嚴(yán)或坐封閥膠塞關(guān)閉不嚴(yán)，膠筒內(nèi)腔的壓力逐漸滲漏，最后造成封隔器解封。開大注水后，重新加壓釋放，封隔器重新脹封，再關(guān)井又逐漸滲漏解封。

4.2 改變方式后的現(xiàn)場應(yīng)用效果

龍X9-2X注水井，在測前進(jìn)行封隔器驗(yàn)封，堵塞式壓力計(jì)采用新型密封圈，在正常注水的情況下，在第一個(gè)測壓周期中，分別在偏Ⅰ、偏Ⅱ、偏Ⅲ 3個(gè)層段投進(jìn)堵塞式壓力計(jì)進(jìn)行注水井分層測壓，偏Ⅳ正常注水，測試時(shí)間為10 d。在第二個(gè)測壓周期中，在偏Ⅳ層段投進(jìn)堵塞式壓力計(jì)進(jìn)行注水井分層測壓，偏Ⅱ、偏Ⅲ投入死水嘴，測調(diào)時(shí)間為10 d，測試成果如圖2所示。

從測壓曲線分析研究得出：通過測前封隔器驗(yàn)封、采用新型密封圈、改變測壓工藝流程的方式解決了在測壓資料中常會出現(xiàn)兩條壓力曲線完全重合、測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的情況。在整個(gè)測壓周期中，采用開井測壓方法，使封隔器膠筒內(nèi)腔的壓力高于油套環(huán)形空間的壓力，保證封隔器處于完全密封的狀態(tài)。通過測前封隔器驗(yàn)封、采用新型密封圈、改變測壓工藝流程的方式既不影響注水泵效，又有效提升了分層測壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可及時(shí)、準(zhǔn)確反映管柱狀況。

圖2 改變方式后偏Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ層段測壓成果

5 結(jié)束語

影響注水井分層測壓的因素主要有封隔器、壓力計(jì)，封隔器解封是最主要影響因素。通過測前封隔器驗(yàn)封、采用新型密封圈、改變測壓工藝流程的方式既不影響注水泵效，又可有效提升了分層測壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，及時(shí)、準(zhǔn)確反映管柱狀況。改變測壓工藝流程的方式是利用單層注水提高注入壓力，并通過臨近的停注層段消除層間干擾，保證整個(gè)測壓過程封隔器持續(xù)脹封。