長慶油田同心驗(yàn)封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)

楊玲智， 劉延青， 胡改星， 申曉莉， 畢福偉

（1. 中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018；2. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018）

大慶油田和勝利油田等油田的中高滲透油藏開發(fā)以直井、大配注量為主，主要采用橋式偏心分層注水技術(shù)。長慶油田采用叢式井開發(fā)，分層注水井為定向井，具有配注量低的特點(diǎn)，橋式偏心分層注水技術(shù)不能滿足要求，存在測調(diào)成功率和測調(diào)精度低等難題[1-4]。2012年，長慶油田提出了橋式同心電纜高效測調(diào)技術(shù)，同心水嘴與配水器一體化集成設(shè)計(jì)，平臺式對接測試，分層注水量測調(diào)的成功率和效率較高[5-10]，成為該油田主體分層注水技術(shù)，并進(jìn)行了推廣應(yīng)用。但該技術(shù)需分別配套驗(yàn)封儀及測調(diào)儀，配套費(fèi)用較高，現(xiàn)場測試時(shí)需起下2趟工具，作業(yè)效率低。為了提高分層注水技術(shù)的適應(yīng)性及作業(yè)效率，筆者等人研發(fā)了橋式同心驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器，將驗(yàn)封儀與測調(diào)儀進(jìn)行一體化集成，以期用一趟作業(yè)完成全井封隔器驗(yàn)封及分層注水量測調(diào)工序，形成了同心驗(yàn)封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)，并應(yīng)用430余井次，測調(diào)成功率達(dá) 98.0%，提高了施 工效率，降低了作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)增效。

1 一體化分層注水技術(shù)

同心驗(yàn)封測調(diào)一體化分層注水工藝主要包括管柱坐封、開注、驗(yàn)封及測調(diào)作業(yè)[11-14]，可以一趟作業(yè)完成全井各層段封隔器驗(yàn)封及配水器測調(diào)，實(shí)現(xiàn)分層注水井測試調(diào)配提質(zhì)增效。

1）管柱坐封。同心驗(yàn)封測調(diào)一體化管柱主要包括封隔器、橋式同心一體化配水器及井下附件，與油管連接下入井內(nèi)，通過地面加壓坐封封隔器。

2）開注作業(yè)。采用電纜將橋式同心驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器從油管內(nèi)下入同心驗(yàn)封測調(diào)一體化管柱內(nèi)，借助一體化儀器的磁定位功能確定下放位置。利用一體化儀器定位機(jī)構(gòu)與橋式同心一體化配水器進(jìn)行定位對接，調(diào)節(jié)爪帶動(dòng)同心活動(dòng)筒旋轉(zhuǎn)打開水嘴。

3）驗(yàn)封作業(yè)。地面發(fā)送指令，一體化儀器將離合機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)至驗(yàn)封狀態(tài)，電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)壓縮驗(yàn)封膠筒，實(shí)現(xiàn)出水口上下兩端封隔，地面控制產(chǎn)生激動(dòng)壓力，實(shí)時(shí)記錄出水口壓力及油管壓力，地面測試人員遠(yuǎn)程判斷驗(yàn)封結(jié)果，保存驗(yàn)封曲線，并控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使驗(yàn)封膠筒恢復(fù)原狀。

4）測調(diào)作業(yè)。地面發(fā)送指令，一體化儀器將離合機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)至測調(diào)狀態(tài)，電機(jī)帶動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生軸向位移，調(diào)節(jié)水嘴開度。調(diào)節(jié)過程中，地面實(shí)時(shí)測試流量，實(shí)現(xiàn)分層注水量邊測邊調(diào)。

2 關(guān)鍵工具及技術(shù)特點(diǎn)

同心驗(yàn)封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)的關(guān)鍵工具是驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器和橋式同心一體化配水器。驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器是分層注水量測試調(diào)節(jié)和封隔器驗(yàn)封的關(guān)鍵工具；橋式同心一體化配水器是分層注水的核心工具，要滿足不同層位注水需求。

2.1 驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器

驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器由同心電動(dòng)測調(diào)儀和電動(dòng)直讀驗(yàn)封儀集成，既具備同心電動(dòng)測調(diào)儀的流量計(jì)、扶正器、磁定位、電機(jī)、定位爪及調(diào)節(jié)爪，同時(shí)又具有電動(dòng)直讀驗(yàn)封儀的驗(yàn)封機(jī)構(gòu)，可由一套儀器完成分層注水量測試調(diào)節(jié)及封隔器驗(yàn)封。

2.1.1 儀器結(jié)構(gòu)

驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器主要包括電機(jī)、聯(lián)軸器、位移傳感器、傳動(dòng)絲杠、開收臂凸輪、定位爪、傳動(dòng)軸、驗(yàn)封傳動(dòng)絲杠、驗(yàn)封離合機(jī)構(gòu)、皮碗、測調(diào)離合機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)爪等部分，如圖1所示。

圖 1 驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器的基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of seal-check, logging and adjusting integration instrument

2.1.2 主要功能

1）定位對接。采用磁定位方式確定驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器的位置，當(dāng)其下到配水器以下時(shí)，上提至橋式同心一體化配水器上端，電機(jī)通過聯(lián)軸器、傳動(dòng)絲杠控制開收臂凸輪旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)定位爪打開，下放一體化儀器，完成對接。

2）封隔器驗(yàn)封。位移傳感器判斷傳動(dòng)軸處于驗(yàn)封離合機(jī)構(gòu)時(shí)，電機(jī)通過聯(lián)軸器、傳動(dòng)絲杠及傳動(dòng)軸帶動(dòng)驗(yàn)封傳動(dòng)絲杠壓縮皮碗，使皮碗在橋式同心一體化配水器出水口處上下坐封，通過地面壓力激動(dòng)測試封隔器的密封性；位移傳感器判斷傳動(dòng)軸不在驗(yàn)封離合機(jī)構(gòu)時(shí)，電機(jī)先通過聯(lián)軸器、傳動(dòng)絲杠拉動(dòng)傳動(dòng)軸至驗(yàn)封離合機(jī)構(gòu)，然后執(zhí)行驗(yàn)封過程。

3）分層注水量測試調(diào)節(jié)。位移傳感器判斷傳動(dòng)軸位于測調(diào)離合機(jī)構(gòu)時(shí)，電機(jī)通過聯(lián)軸器、傳動(dòng)絲杠及傳動(dòng)軸帶動(dòng)調(diào)節(jié)爪旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)橋式同心一體化配水器水嘴的開度，地面直讀顯示分層注水量，直至達(dá)到配注要求后停止調(diào)節(jié)；位移傳感器判斷傳動(dòng)軸不在測調(diào)離合機(jī)構(gòu)時(shí)，則電機(jī)先通過聯(lián)軸器、傳動(dòng)絲杠拉動(dòng)傳動(dòng)軸至測調(diào)離合機(jī)構(gòu)，然后進(jìn)行分層注水量測試調(diào)節(jié)。

2.1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）采用離合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)測調(diào)機(jī)構(gòu)與驗(yàn)封機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，用一套儀器完成封隔器驗(yàn)封及注水量測試調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級；

2）采用電纜作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程可視化操作，自動(dòng)化程度高；

3）一體化儀器的集成度高，減少了配套的儀器設(shè)備，降低了作業(yè)成本和作業(yè)強(qiáng)度。

2.2 橋式同心一體化配水器

橋式同心一體化配水器主體設(shè)計(jì)為“平臺對接、同心調(diào)節(jié)”結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)驗(yàn)封、測調(diào)一趟作業(yè)工序，對配水器主體結(jié)構(gòu)、同心活動(dòng)筒及出水口進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加了扶正機(jī)構(gòu)。

2.2.1 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋式同心一體化配水器主體與定位防反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采取分體設(shè)計(jì)，用絲扣連接，同時(shí)主體結(jié)構(gòu)下部增長，用于套裝同心活動(dòng)筒（見圖2）。

圖 2 一體化配水器的基本結(jié)構(gòu)Fig.2 Basic structure of integrated water distributor

橋式同心一體化配水器同心活動(dòng)筒的位置由配水器上部改在配水器下部，與驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器對接后，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生軸向位移，實(shí)現(xiàn)配水器水嘴開度的調(diào)節(jié)，向下為增大配水器水嘴開度，向上為減小配水器水嘴開度。

出水口由配水器下部優(yōu)化至配水器中間，從而滿足驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器在水嘴上下驗(yàn)證封隔器是否坐封，同時(shí)流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在下端與同心活動(dòng)筒對接，實(shí)現(xiàn)一套儀器、一趟作業(yè)完成驗(yàn)封和測調(diào)2道工序。

2.2.2 技術(shù)特點(diǎn)

1）采用同心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)平臺式對接，同心調(diào)節(jié)，測調(diào)成功率高；

2）優(yōu)化設(shè)計(jì)主體結(jié)構(gòu)、出水口、同心活動(dòng)筒，使之用一套儀器、一次對接，即可完成對應(yīng)的封隔器驗(yàn)封、配水器配注量調(diào)節(jié)；

3）增加扶正機(jī)構(gòu)，使測試儀器更容易通過，降低井下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；

4）采用橋式通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見圖3），封隔器驗(yàn)封、分層測調(diào)過程中儀器占用中心通道，不影響其他層正常注水。

圖 3 橋式通道的基本結(jié)構(gòu)Fig.3 Basic structure of bridge-type channel

3 室內(nèi)性能測試

3.1 配水器密封、調(diào)節(jié)性能

同心驗(yàn)封測調(diào)一體化技術(shù)的核心為配水器密封性及調(diào)節(jié)扭矩，要求25 MPa壓差下水嘴密封可靠，滿足封隔器坐封，同時(shí)帶壓測調(diào)扭矩小于18.0 N·m。

采用一體化配水器性能檢測裝置測試配水器性能，該裝置包括數(shù)顯扭矩儀、支撐臺、上密封接頭、模擬調(diào)節(jié)儀及標(biāo)準(zhǔn)套管（見圖4）。

圖 4 一體化配水器性能檢測裝置Fig.4 Detection device of integrated water distributor

測試一體化配水器密封性時(shí)，首先關(guān)閉一體化配水器水嘴，將下接頭連接絲堵，上接頭與上密封接頭連接，建立配水器內(nèi)部和配水器與標(biāo)準(zhǔn)套管環(huán)空2個(gè)密封腔；然后上密封接頭連接試壓泵向配水器內(nèi)部加壓，測試配水器正向密封壓力，加壓至25 MPa，觀察壓力變化情況，穩(wěn)壓 5 min 為合格；最后試壓泵向配水器與標(biāo)準(zhǔn)套管環(huán)空加壓，測試配水器反向密封壓力，加壓至25 MPa，觀察壓力變化情況，穩(wěn)壓5 min為合格。

調(diào)節(jié)扭矩測試分為常壓測試和帶壓測試。常壓測試時(shí)，正向、反向均不加壓進(jìn)行扭矩測試，連接好一體化配水器后，控制數(shù)顯扭矩儀帶動(dòng)模擬調(diào)節(jié)儀旋轉(zhuǎn)，模擬調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)水嘴開度，從而調(diào)節(jié)水嘴流量，測試調(diào)節(jié)扭矩不超過5.0 N·m為合格。

帶壓測試與常壓測試過程相同，但需采用試壓泵將配水器內(nèi)壓力升至20 MPa，配水器與標(biāo)準(zhǔn)套管環(huán)空壓力升至18 MPa，模擬正常注水時(shí)的水嘴開度，帶壓測試扭矩以不超過18.0 N·m為合格。

室內(nèi)測試了10套一體化配水器，常壓測試扭矩3.2～4.6 N·m，帶壓測試扭矩 8.5～12.6 N·m，均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 驗(yàn)封性能驗(yàn)證

將驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器放入驗(yàn)封加壓工裝中，依次連接好驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器、控制器；將驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器坐封到位，記錄不同情況下的坐封電流；觀察不同壓力下密封皮碗的密封性能；驗(yàn)封完成后，進(jìn)行不同壓力下的帶壓解封，記錄驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器的解封電流。

室內(nèi)測試結(jié)果表明，壓差分別為0，10，20，30，40，50和 60 MPa時(shí)，隨著測試壓力增大，開收臂、坐封、解封電流不斷增大，儀器設(shè)計(jì)電流為350 mA，開收臂電流最大為125 mA，坐封電流最大為200 mA，解封電流最大為275 mA，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

截至2019年底，同心驗(yàn)封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)在長慶油田南梁、環(huán)江、華慶等區(qū)塊應(yīng)用430余井次，配套測試 1 500 余井次，最大井深 2 845.00 m，最大井斜角42.5°，試驗(yàn)成功率95.0%，測試扭矩8.0～15.0 N·m，平均單井驗(yàn)封、測試時(shí)間由 6～8 h 縮短至4 h以內(nèi)，測調(diào)成功率達(dá)98.0%，單層測調(diào)誤差小于 10.0%，人工作業(yè)成本降低20.0%，年節(jié)約測試費(fèi)用412萬元，平均單井年作業(yè)費(fèi)用降低0.96萬元?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，同心驗(yàn)封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)在保持較高測調(diào)成功率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了施工效率、降低了現(xiàn)場作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)增效。

2019年，4口典型井應(yīng)用同心驗(yàn)封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)進(jìn)行測試，最大井深2 395.00 m，最大井斜角 39.1°，最多 4 層，單層配注量 6～20 m3/d，平均測試時(shí)間 3.6 h，扭矩 8～15 N·m，測試結(jié)果顯示封隔器坐封可靠，測調(diào)達(dá)到配注要求。其中，S56-011井測試深度 1 728.00 m，井斜角 20.12°，全井配注量 36.0 m3/d（其中，上層和下層配注量分別為 20.0 和 16.0 m3/d），測調(diào)結(jié)果如圖5所示。該井上層注水量20.18 m3/d，下層實(shí)注量 16.24 m3/d，現(xiàn)場驗(yàn)封測調(diào)用時(shí) 4.0 h，地面控制儀器顯示電流 100～130 mA，扭矩 8～11 N·m。

圖 5 S56-011井分層測調(diào)曲線Fig.5 Stratified logging and adjustment curve of Well S56-011

5 結(jié) 論

1）長慶油田注水井為定向井，具有配注量低的特點(diǎn)，采用同心對接、調(diào)節(jié)和電纜高效作業(yè)模式，一趟作業(yè)可完成全井驗(yàn)封測調(diào)工序，降本增效效果顯著，推動(dòng)了分層注水技術(shù)更新升級。

2）驗(yàn)封測調(diào)一體化儀器采用離合機(jī)構(gòu)，解決了測試儀器測調(diào)機(jī)構(gòu)、驗(yàn)封機(jī)構(gòu)的集成與自動(dòng)轉(zhuǎn)換的難題，實(shí)現(xiàn)了一套儀器完成封隔器驗(yàn)封及分層注水量測試調(diào)節(jié)功能。

3）室內(nèi)測試及現(xiàn)場應(yīng)用表明，同心驗(yàn)封測調(diào)一體化技術(shù)在較低扭矩下就能完成封隔器驗(yàn)封及分層注水量調(diào)節(jié)，測試時(shí)間由6～8 h縮短至4 h以內(nèi)。