步進快速調(diào)節(jié)式同心分層注聚器研制與應(yīng)用

邢繼爽，王 巖，李東雷，劉致維，李 歡

1大慶油田有限責任公司第五采油廠，黑龍江 大慶

2青海油田采油一廠采油工藝研究所，青海 海西

1. 引言

油田注聚開發(fā)采用單管偏心分注技術(shù)作為分層注入的主體技術(shù)已在各大油田大面積推廣應(yīng)用[1] [2][3]。目前，采油X 廠共有聚驅(qū)注入井1162 口，分層550 口，平均分2.4 層，測試周期3 個月，單井測試時間4.5 天計算，年測試工作量2200 井次[4]。近年來，隨聚驅(qū)規(guī)模的不斷擴大，聚驅(qū)分注井數(shù)和測試工作量逐年大幅增加，測試工作量與現(xiàn)有測試能力之間的矛盾日益凸顯[5] [6]。采油X 廠共有聚驅(qū)分注井550 口，主要采用偏心分層注聚工具，測試過程中需反復(fù)起下工具，目前存在如下兩個主要問題。

1) 投撈難度及工作量大

偏心分注技術(shù)在測試過程中需對控制層進行反復(fù)投撈，受聚合物長期注入影響，雜質(zhì)多，投撈時常出現(xiàn)撈不著、投不進去的現(xiàn)象，投撈一次成功率僅50%，遠低于常規(guī)水驅(qū)井的一次投撈成功率，受注入穩(wěn)定性因素的影響，測試周期內(nèi)平均單層投撈次數(shù)為3.5 次，高于常規(guī)水驅(qū)井。

2) 測試效率及成功率低

受聚合物影響，每次投撈更換節(jié)流元件后需穩(wěn)定1～2 天才能進行流量測試，導(dǎo)致起立防噴管次數(shù)增加。受聚合物團和雜質(zhì)影響，測試儀器井下測試存儲地面回放的方式成功率低，在很大程度上影響了測試效率。

隨著聚驅(qū)開發(fā)的不斷深入，實現(xiàn)聚驅(qū)分注井免投撈測試、流量的連續(xù)調(diào)節(jié)和地面直讀是必然趨勢[7][8] [9]。為此，為提高聚驅(qū)分注井的測試效率，降低單井測試成本，緩解測試壓力，研制步進快速調(diào)節(jié)式同心分層注聚器。通過改變聚驅(qū)分注井的節(jié)流控制方式，實現(xiàn)測試過程中免投撈和同步測調(diào)，提高測試效率和成功率，滿足生產(chǎn)需要。

2. 步進快速調(diào)節(jié)式同心分層注聚器

如圖1，同心分層注聚技術(shù)工藝主要由地面調(diào)控裝置、單芯電纜、測調(diào)儀和同心注聚器組成[10] [11]。步進快速調(diào)節(jié)式同心分層注聚器作為技術(shù)核心，隨作業(yè)管柱下入井下指定位置，需要進行流量測調(diào)時，利用高效測調(diào)車通過Ф3.2 mm 單芯鋼管外鎧通訊電纜將同心測調(diào)儀下至井下與目的層同心注聚器同軸對接，實現(xiàn)地面直讀和快速調(diào)節(jié)，通過地面測試調(diào)控裝置實時讀取井下目的層流量值。

Figure 1. Schematic diagram of process principle of concentric layered polymer injection technology圖1. 同心分層注聚技術(shù)工藝原理示意圖

該工藝采用同心對接、節(jié)流元件偏心安裝的設(shè)計形式，在主體周向設(shè)置有8 個節(jié)流元件安裝孔，用于安裝具有不同阻尼槽數(shù)量的節(jié)流元件-梭形桿，此外在均布位置設(shè)有1 個空位，與8 個安裝孔呈均布狀態(tài)，用于控制該層停注。同心測調(diào)儀通過電纜下放到位后，打開定位爪，對接在導(dǎo)向筒上面，測調(diào)儀兩側(cè)的防轉(zhuǎn)塊卡進導(dǎo)向筒的防轉(zhuǎn)槽內(nèi)。測調(diào)工具的調(diào)節(jié)頭與調(diào)節(jié)套上的對接槽對接，然后帶動調(diào)節(jié)套轉(zhuǎn)動[12]，在調(diào)節(jié)套下端設(shè)置1 個注入孔，發(fā)生旋轉(zhuǎn)時調(diào)節(jié)套上的注入孔對應(yīng)不同的節(jié)流元件安裝孔，可實現(xiàn)節(jié)流元件周向步進調(diào)節(jié)，從而達到對注入量的調(diào)整。

調(diào)節(jié)套上部設(shè)置有9 個圓孔和2 個鋼球，9 個圓孔與節(jié)流元件安裝孔一一對應(yīng)，在旋轉(zhuǎn)的同時鋼球與不同的圓孔配合，對應(yīng)與不同的注入量。鋼球和圓孔之間設(shè)有彈簧，用于增大調(diào)節(jié)扭矩，調(diào)節(jié)過程中會產(chǎn)生扭矩波動，在地面以電流波動的形式體現(xiàn)，以此來對應(yīng)不同的注入量，從而實現(xiàn)各層注入量的步進快速調(diào)節(jié)(圖2)。

Figure 2. Structure diagram of step regulating concentric polymer injector圖2. 步進調(diào)節(jié)式同心注聚器結(jié)構(gòu)圖

主要技術(shù)指標：工具長度700 mm；最大外徑Φ114 mm；內(nèi)通徑Φ46 mm；最大承壓25 MPa；單井測試時間低于3 天。

為明確該工藝的有效性，對該工藝進行了現(xiàn)場試驗。現(xiàn)場試驗過程中發(fā)現(xiàn)應(yīng)用步進調(diào)節(jié)式同心注聚器在井下偶爾出現(xiàn)調(diào)不動的問題，分析主要原因為調(diào)節(jié)套上端圓孔與鋼球配合處的彈簧進入雜質(zhì)后無法壓縮，導(dǎo)致調(diào)不動，為此將其定位方式進行優(yōu)化，在密封盤外側(cè)設(shè)計與節(jié)流芯相對應(yīng)的9 個凹槽，在凹槽對應(yīng)位置處增加定位銷子，銷子末端設(shè)計彈簧。同時在兩個凹槽一側(cè)沒有過渡斜面，分別對應(yīng)水嘴的最大和最小位置。當密封盤旋轉(zhuǎn)到該位置時不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，只能反向旋轉(zhuǎn)，這樣就會給地面操作人員一個提示，用來判斷水嘴最大和最小位置。改進前后結(jié)構(gòu)圖如圖3 和圖4。

Figure 3. Schematic diagram of the original positioning scheme圖3. 原定位方案示意圖

Figure 4. Schematic diagram of improved scheme圖4. 改進后方案示意圖

3. 現(xiàn)場應(yīng)用

選定連續(xù)調(diào)節(jié)式同心注聚器進行現(xiàn)場應(yīng)用，并進行了驗封和調(diào)測，驗封均密封，密封率100%；如表1，根據(jù)調(diào)測7 井次統(tǒng)計結(jié)果，平均單井用時2.8 天，累計調(diào)測層段30 個，合格30 個，全井和層段測試合格率均為100%；累計同軸對接115 次，一次成功111 井次，一次對接成功率96.5%。

Table 1. Statistics of on-site survey表1. 現(xiàn)場調(diào)測情況統(tǒng)計表

單井驗封和調(diào)測實例：X1 井于2019 年9 月20 日下入連續(xù)調(diào)節(jié)式同心分層注聚器，分兩層注入，2個層的注聚器開度均為最大，于2019 年9 月24 日下入直讀驗封儀進行驗封，驗封曲線顯示封隔器密封，驗封曲線如圖5 所示：

Figure 5. Seal inspection curve of well X1圖5. X1 井驗封曲線

2019 年11 月8 日下入測調(diào)工具進行流量測試，測試曲線如圖6 示，將測試的各層注入量與配注量進行比對，發(fā)現(xiàn)偏2 實注53 m3/d (配注60 m3/d)，偏1 實注11 m3/d (配注5 m3/d)。

Figure 6. Test curve before well X1 adjustment圖6. X1 井調(diào)前測試曲線

將偏開度縮小，降低偏1 注入量，穩(wěn)定后測試曲線如圖7 所示：偏2 實注58 m3/d，偏1 實注6 m3/d，滿足配注要求。

Figure 7. Test curve of well X1 after adjustment圖7. X1 井調(diào)后測試曲線

聚驅(qū)工作的逐步開展，X 廠聚驅(qū)注入井數(shù)逐年增加，預(yù)計2023 年總井數(shù)達到1288 口，分層井數(shù)達到692 口，年測試工作量4000 井次以上，需組建聚驅(qū)測試班組69 個。在聚驅(qū)分注井中推廣應(yīng)用同心分層注聚工具，單井測試時間由4.5 天縮短至2.8 天，測試效率提高37.8%，可節(jié)省測試班組25 個。由于測試效率及成功率的提高，使分層注入效果得到改善，連通油井井組累計增油3793 噸，累計創(chuàng)效973 萬元。

4. 結(jié)論

1) 設(shè)計了步進快速調(diào)節(jié)式同心分層注聚器，將不同槽數(shù)的節(jié)流元件預(yù)置在同心分層注聚器內(nèi)，實現(xiàn)流量步進可調(diào)。

2) 采用配注-堵塞器一體設(shè)計思路，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)套即可改變聚合物注入量，避免了反復(fù)投撈堵塞器來調(diào)注入量的繁重工作；采用堵塞器與配注器同心設(shè)計，避免了傳統(tǒng)偏心設(shè)計時堵塞器撈不著、投不進去而工作量大、測試效率低問題，利用地面同心測調(diào)工藝可方便調(diào)節(jié)。

3) 試驗井全井和層段測試合格率為100%，對接一次成功率96.5%。在聚驅(qū)分注井中推廣應(yīng)用同心分層注聚工具，單井測試時間由4.5 天縮短至2.8 天，測試效率提高37.8%。