新型電纜控制分層測(cè)試技術(shù)改進(jìn)

陳金宏,魏鵬,郭凱強(qiáng),王靜,解輝,黨益?zhèn)?/p>

(中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北分公司,河北任丘062552)

0 引 言

油層壓力監(jiān)測(cè)和控制在油田開發(fā)的整個(gè)過程中占有重要的地位,它是反映油藏驅(qū)動(dòng)能量大小及分布的重要指標(biāo),在油藏管理過程中發(fā)揮著重要的作用[1]。對(duì)于多層合采采油井,目前現(xiàn)場(chǎng)絕大多數(shù)情況下,主要通過壓力恢復(fù)或壓力降落曲線獲得全井段的平均壓力及其他地質(zhì)參數(shù)。然而,其解釋只能是全井各油層的平均參數(shù),對(duì)于單一層段的油井,可以滿足地質(zhì)工程師的分析要求,對(duì)于多層合采的油井意義不大,難以直接指導(dǎo)油田開發(fā)[2-3]。

新型電纜控制分層測(cè)試技術(shù)能夠測(cè)量各目的層段的地層壓力和溫度,求取各層段滲流參數(shù),計(jì)算合采時(shí)各層產(chǎn)液量,并能為油井提供合適的生產(chǎn)壓差。該項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)了壓力平衡開關(guān)和防砂卡管柱,提出了利用壓力計(jì)算流量的方法,并且具有壓力數(shù)據(jù)直讀的優(yōu)勢(shì)[4]。在現(xiàn)場(chǎng)施工方面,該項(xiàng)技術(shù)配合管式采油泵需要2次下入管柱,分別是丟手管柱和生產(chǎn)管柱。通過電纜對(duì)井下開關(guān)發(fā)送指令,可以隨時(shí)打開或關(guān)閉任何一個(gè)開關(guān),所有井下壓力計(jì)的數(shù)據(jù)可以在地面儀器上觀察和記錄。每支井下開關(guān)和井下壓力計(jì)都設(shè)置了獨(dú)立的地址,一次下井最多可以完成16段的測(cè)試。該項(xiàng)技術(shù)自2016年至今經(jīng)過多次上井試驗(yàn),通過提高儀器穩(wěn)定性、改變施工方式、優(yōu)化井下工具等措施解決了施工作業(yè)成功率低、周期較長、測(cè)量數(shù)據(jù)不精確等問題,大大提高了測(cè)井成功率。

1 井下壓力計(jì)的改進(jìn)

井下壓力計(jì)主要用于測(cè)量井下溫度、壓力數(shù)據(jù),由于儀器需要長時(shí)間在井下惡劣條件下工作,所以對(duì)儀器的穩(wěn)定性提出了更高的要求。在儀器試驗(yàn)初期,出現(xiàn)了耐溫性能不過關(guān)、與井下開關(guān)信號(hào)互相干擾、不能配接多支儀器等系列問題,因此,對(duì)井下壓力計(jì)電路部分進(jìn)行了改進(jìn)。

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),井下壓力計(jì)單獨(dú)供電使用時(shí)信號(hào)正常,當(dāng)與井下開關(guān)并聯(lián)使用時(shí),井下開關(guān)不能正常工作。檢查發(fā)現(xiàn),井下開關(guān)在負(fù)電狀態(tài)下工作,井下壓力計(jì)在正電狀態(tài)下工作,二者并聯(lián)在一起。地面給井下開關(guān)供負(fù)電,并發(fā)送1束命令信號(hào),井下壓力計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路影響命令信號(hào)幅度,導(dǎo)致命令信號(hào)幅度非常低,井下開關(guān)無法正常工作。通過合理改進(jìn)井下壓力計(jì)測(cè)量電路、井下開關(guān)電路、控制繼電器的連接關(guān)系(見圖1),當(dāng)?shù)孛嫦潴w供負(fù)電時(shí),繼電器處于斷開狀態(tài),井下壓力計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)命令信號(hào)脈沖幅度不會(huì)產(chǎn)生影響,井下開關(guān)可以正常工作。當(dāng)?shù)孛嫦潴w供正電時(shí),繼電器吸合,溫度壓力信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器OPA547、井下壓力計(jì)上傳到電纜上,井下壓力計(jì)正常工作。

圖1 改進(jìn)后的井下壓力計(jì)電路示意圖

2 井下開關(guān)的改進(jìn)

2.1 井下開關(guān)防進(jìn)水改進(jìn)

井下開關(guān)在任91井試驗(yàn)過程中,出現(xiàn)了3支儀器進(jìn)水的問題。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于儀器在井下工作時(shí)間較長,在開關(guān)經(jīng)過多次動(dòng)作后,動(dòng)密封圈損壞,導(dǎo)致儀器進(jìn)水。研究發(fā)現(xiàn)造成動(dòng)密封圈損壞的主要原因是由于動(dòng)密封圈與密封圈凹槽之間存在縫隙,動(dòng)密封圈在凹槽中晃動(dòng),傳動(dòng)桿上下動(dòng)作時(shí),動(dòng)密封圈被切壞,井下開關(guān)進(jìn)水。因此,對(duì)井下開關(guān)進(jìn)行了改進(jìn):①更換90 ℃密封圈;②在動(dòng)密封圈與凹槽之間加裝聚四氟乙烯墊片,減少動(dòng)密封圈移動(dòng)空間。通過改進(jìn),在一定程度上解決了開關(guān)儀器進(jìn)水的問題,井下開關(guān)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的井下開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 充油型開關(guān)儀器設(shè)計(jì)

為徹底解決井下開關(guān)進(jìn)水的問題,重新設(shè)計(jì)了充油型井下開關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)(見圖3)。將電路板與動(dòng)密封結(jié)構(gòu)分成2個(gè)空間,用連接軸將2個(gè)空間連接,動(dòng)密封空間可充油,即使儀器進(jìn)水也不會(huì)影響井下開關(guān)的正常工作,從而徹底解決井下開關(guān)由于進(jìn)水導(dǎo)致電流變大的問題。后期經(jīng)任91井和正式井試驗(yàn),均沒有發(fā)生儀器進(jìn)水的問題。

圖3 充油型井下開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

3 渦輪流量計(jì)的改進(jìn)

新型電纜控制智能分層測(cè)試技術(shù)對(duì)于注水井需要采用渦輪流量計(jì)儀器,經(jīng)過一段時(shí)間使用后,渦輪流量計(jì)可能存在誤差較大、流量測(cè)量不準(zhǔn)的問題,因此,需要對(duì)渦輪流量計(jì)儀器進(jìn)行重新標(biāo)定。圖4為一種計(jì)時(shí)稱重流量標(biāo)定裝置示意圖,水泵將容器1中的水通過管線泵入到標(biāo)定裝置底座中,水經(jīng)過渦輪及閥門流到容器2中。調(diào)節(jié)閥門可以調(diào)節(jié)流入標(biāo)定裝置底座中的流量。對(duì)容器2中的水進(jìn)行稱重可以準(zhǔn)確地獲得其體積,結(jié)合記錄時(shí)間可以準(zhǔn)確的算出流量,此標(biāo)定方法叫做計(jì)時(shí)稱重標(biāo)定法。由于時(shí)間和體積的精度可以達(dá)到很高,因此,這種標(biāo)定方法的誤差很小。

圖4 計(jì)時(shí)稱重流量標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 井下密封接頭的改進(jìn)

新型電纜控制分層測(cè)試技術(shù)采用單芯電纜供電,必須保證儀器密封接頭、四通接頭等井下工具絕緣性能穩(wěn)定、良好。在現(xiàn)已施工的井中,大多數(shù)問題都表現(xiàn)為在井下長時(shí)間工作后,絕緣性能變差。因此,必須對(duì)接線方式進(jìn)行改進(jìn)。

4.1 電纜與儀器密封接頭的改進(jìn)

在新型電纜控制分層測(cè)試技術(shù)試驗(yàn)初期,電纜與儀器密封接頭的外管采用金屬材料,并且管內(nèi)與管外互相連通,僅靠密封塞保證儀器插頭與外界絕緣,導(dǎo)致儀器在井下長期放置后電纜與儀器密封接頭絕緣性能變差。為了徹底解決電纜與儀器密封接頭絕緣性能差的問題,設(shè)計(jì)了充油的、壓力平衡的接線結(jié)構(gòu),圖5為電纜與儀器的密封接頭結(jié)構(gòu)示意圖。該密封接頭主要采用密封塞、膠管構(gòu)成,密封塞上焊接導(dǎo)線,膠管中充入液壓油形成獨(dú)立密閉的空間,通過膠管在井下的壓縮、膨脹保證內(nèi)部空間壓力平衡。

圖5 電纜與儀器密封接頭結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 四通接頭的改進(jìn)

新型電纜控制分層測(cè)試技術(shù)每一段都有給井下壓力計(jì)和井下開關(guān)供電的2根引線,除此之外,還需為向上一級(jí)和向下一級(jí)供電的2根引線。為了將這4根引線連接在一起,并形成一個(gè)獨(dú)立的空間與外界絕緣,設(shè)計(jì)了一個(gè)四通絕緣接頭(見圖6)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用發(fā)現(xiàn),最初設(shè)計(jì)的四通接頭在井下長時(shí)間放置后,絕緣性能變差,無法長時(shí)間在井下工作。經(jīng)過對(duì)四通接頭的改進(jìn),設(shè)計(jì)加工了一種充油的壓力平衡接線結(jié)構(gòu)(見圖7)。這種結(jié)構(gòu)采用聚四氟乙烯護(hù)帽、氟膠管作為主要材料,4根線的接頭放置在氟膠管內(nèi),氟膠管內(nèi)充入硅油,通過氟膠管的膨脹或壓縮,使內(nèi)部空間在下井后始終保持壓力平衡,即使氟膠管內(nèi)部進(jìn)入少量的水也不會(huì)破壞四通接頭整體的絕緣性。經(jīng)過任91井試驗(yàn)以及其他現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,徹底解決了四通接頭下井后絕緣穩(wěn)定性差的問題。

圖6 四通接頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 充油型四通接頭結(jié)構(gòu)示意圖

5 現(xiàn)場(chǎng)施工方式的改進(jìn)

在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí),該項(xiàng)技術(shù)配合管式采油泵需要2次下入管柱,分別是丟手管柱和生產(chǎn)管柱,施工方式比較繁瑣,周期較長。經(jīng)過對(duì)施工方式的改變,現(xiàn)已采用桿式泵。一趟管柱把井下開關(guān)、封隔器[5-8]、桿式泵支撐座下入井內(nèi),如圖8所示,每個(gè)井下開關(guān)配合使用1支井下壓力計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)井下開關(guān)的控制和壓力數(shù)據(jù)的傳輸,電纜從最下面一個(gè)井下開關(guān)連接到井口,旁通接頭以下電纜在油管內(nèi)部穿過,旁通接頭以上電纜在油管外面。利用一次管柱下井的施工方式,可以大大提高施工效率,減少施工風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 下井管柱結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié) 論

新型電纜控制分層測(cè)試技術(shù)經(jīng)過了不斷的改進(jìn),提高了儀器工作穩(wěn)定性,優(yōu)化了井下施工工具及施工方式。研制出計(jì)時(shí)稱重流量標(biāo)定裝置等,徹底解決了儀器性能不穩(wěn)定、井下施工工具不可靠、渦輪流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、施工方式復(fù)雜等問題。經(jīng)過多次上井應(yīng)用,施工效率和作業(yè)成功率都有顯著的提高,該項(xiàng)技術(shù)可以規(guī)模應(yīng)用于多層合采油井的測(cè)試作業(yè)。