渤海油田測調(diào)一體分注關(guān)鍵技術(shù)改進及應(yīng)用

楊樹坤，李越，李 翔，郭宏峰，季公明，史景巖

渤海油田測調(diào)一體分注關(guān)鍵技術(shù)改進及應(yīng)用

楊樹坤，李越，李 翔，郭宏峰，季公明，史景巖

（中海油田服務(wù)股份有限公司 油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459）

針對渤海油田常規(guī)測調(diào)一體分層注水工藝測調(diào)效率偏低、無法實現(xiàn)分層靜壓測試等問題，開展了測調(diào)一體分注工藝關(guān)鍵技術(shù)改進。通過合理優(yōu)化管柱結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)注水壓力平衡，減小大排量注水造成的管柱蠕動；配水器采用橋式通道設(shè)計，大幅度增加過流面積，降低層間干擾，進一步提高測調(diào)效率；同時在配水器本體增設(shè)傳壓孔，建立地層-油管傳壓通道，并配套靜壓測試儀，實現(xiàn)了分層靜壓測試功能。改進工藝在現(xiàn)場應(yīng)用中取得良好效果，調(diào)配效率明顯提高，平均單井調(diào)配僅耗時6 h；分層靜壓測試功能可靠，能夠準(zhǔn)確判斷超壓層，為分層配注調(diào)整提供了依據(jù)。改進工藝在渤海油田的適應(yīng)性顯著增強。

渤海油田； 測調(diào)一體； 壓力平衡； 靜壓測試； 橋式通道

渤海油田經(jīng)過多年開發(fā)，已相繼進入全面注水開發(fā)階段，注水井?dāng)?shù)及分注率逐年提高，至2018年注水井?dāng)?shù)已達到800口，分注率接近92%。強化精細分層注水工作，提升注水開發(fā)效果，關(guān)系到渤海油田的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。渤海油田常用的精細分層注水工藝有空心集成、地面多管分注、同心分注、測調(diào)一體等[1?6]，這些工藝的技術(shù)特點在一定程度上解決了現(xiàn)場應(yīng)用需求，但隨著油田高效開發(fā)要求的不斷提高，以及在開發(fā)過程中不斷暴露出的新問題，對分層注水工藝提出了更高的要求。近幾年，渤海油田分層注水主要面臨以下幾個難點：（1）調(diào)配作業(yè)大量占用平臺有限的空間、時間，調(diào)配效率低、合格率低。（2）復(fù)雜斷塊油田，考慮注水安全性，分注工藝需具備分層靜壓測試功能。（3）單井注水量大，造成井下分注管柱蠕動現(xiàn)象嚴(yán)重，封隔器失效率高[7?12]。

針對以上問題，常規(guī)的分層注水工藝已不能滿足應(yīng)用要求。為此，本文在原有測調(diào)一體分注工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合海上油田注水井地層條件、完井方式等特點，開展了測調(diào)一體分注工藝優(yōu)化研究，以提高管柱可靠性和測調(diào)效率，滿足分層靜壓測試要求[13?15]。

1 常規(guī)工藝問題分析

1.1 管柱蠕動現(xiàn)象突出

注水井注水過程中，溫度場、壓力場的改變可能造成井下管柱蠕動，且注水量越大蠕動現(xiàn)象越明顯，若無法有效解決管柱蠕動問題，長期注水工作必然導(dǎo)致封隔器失效，影響分層注水效果。因此，設(shè)計合理的注水管柱結(jié)構(gòu)顯得尤為重要。

目前渤海油田常規(guī)測調(diào)一體分注管柱主要有兩種，如圖1所示。一種是可反洗測調(diào)一體分注管柱，主要由防蠕動密閉封隔器、測調(diào)一體化配水器和洗井閥組成，通過環(huán)空注水可實現(xiàn)不動管柱反洗井功能；另一種是同心測調(diào)一體分注管柱，主要由定位密封、測調(diào)一體化配水器、插入密封組成，管柱結(jié)構(gòu)簡單。

圖1　渤海油田測調(diào)一體分注管柱結(jié)構(gòu)

相較陸地油田，海上油田注水井具有單井注水量大、注水溫度高的特點，長期注水井下管柱更易產(chǎn)生蠕動現(xiàn)象，但從目前海上測調(diào)一體分注管柱結(jié)構(gòu)（見圖1）上看，主要采用了簡單的封隔器+配水器的管柱，并未針對性地考慮管柱防蠕動處理，導(dǎo)致封隔器的失效率偏高，管柱使用壽命縮短，不能滿足海上應(yīng)用要求。

1.2 分層調(diào)配效率較低

海上油田受平臺空間限制，加之近些年修井、酸化、調(diào)剖、設(shè)備維修等措施作業(yè)量逐年增加，留給注水井分層調(diào)配的作業(yè)窗口緊張，急需提高分注工藝的調(diào)配效率。

常規(guī)測調(diào)一體配水器結(jié)構(gòu)如圖2所示，調(diào)配作業(yè)時，電纜帶測調(diào)儀下入與配水器對接，通過測調(diào)儀機械手旋轉(zhuǎn)閥片實現(xiàn)水嘴開度調(diào)節(jié)。由于配水器內(nèi)徑（44 mm）與測調(diào)儀外徑（42 mm）兩者間隙只有2 mm，當(dāng)進行分層調(diào)配時，過小的過流面積會產(chǎn)生明顯的節(jié)流作用，流量穩(wěn)定，層間干擾明顯，嚴(yán)重影響調(diào)配效率，尤其是對于海上油田，水井注水量普遍較大，影響更為嚴(yán)重，單井調(diào)配周期需要1～2 d，調(diào)配精度只有90%。

1.3 無法分層靜壓測試

渤海部分復(fù)雜斷塊油田各類斷層發(fā)育，“通海底”斷層數(shù)量較多，注水壓力過高容易導(dǎo)致斷層失穩(wěn)開啟，造成地下流體沿斷層面溢出至地表，注水安全受到威脅，需要定時測試地層靜壓，控制注水壓力。另外，海上油田產(chǎn)層普遍較厚，且層間跨度大、分層數(shù)多，層間矛盾突出，油藏人員需要借助分層靜壓數(shù)據(jù)制定配注方案，提高油田開發(fā)效果。

配水器（見圖2）設(shè)有防返吐結(jié)構(gòu)（5單向活動凡爾控制），正常注水時，通過測調(diào)儀調(diào)節(jié)機械手打開水嘴，管內(nèi)壓力大于地層壓力，推動活動凡爾擠壓彈簧打開注水通道，實現(xiàn)注水；停注時，地層壓力大于管內(nèi)壓力，彈簧推動活動凡爾上行堵死注入通道，地層流體無法進入油管。

防返吐結(jié)構(gòu)的設(shè)計雖然可以避免停注時引起的地層出砂，以及污染物流入油管造成的水嘴堵塞，但同時也關(guān)閉了油管與地層的連通通道，導(dǎo)致地層壓力無法傳遞至油管，無法實現(xiàn)分層靜壓測試。

圖2　測調(diào)一體配水器結(jié)構(gòu)

2 工藝優(yōu)化研究

2.1 管柱平衡壓力設(shè)計

基于原測調(diào)一體注水管柱蠕動問題，對原管柱封隔器進行受力分析，發(fā)現(xiàn)管柱整體受力處于不平衡狀態(tài)。為此，對原注水管柱結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，在注水層上下各設(shè)計一個封隔器（見圖3）。

圖3　平衡壓力管柱

各封隔器受力：

1=1（1）

2=2-1（2）

3=3-2（3）

4=-3（4）

1+2+3+4=0（5）

式中，1、2、3、4分別為第一、二、三、四級封隔器；1、2、3分別為第一、二、三層注水壓力；為封隔器受力面積。

從受力分析情況來看，管柱優(yōu)化后整體受力平衡，管柱不受各層注水壓力差異影響而發(fā)生蠕動，避免封隔器膠筒破壞，延長管柱壽命。另外，可通過在管柱上安裝補償器，以及注水段上、下選用水力錨、支撐錨進行雙向錨定的方式，進一步消除管柱蠕動。

2.2 配水器橋式同心設(shè)計

圖4　配水器橋式結(jié)構(gòu)

2.3 分層靜壓測試設(shè)計

針對渤海油田對分層注水工藝靜壓測試的要求，在原測調(diào)一體配水器基礎(chǔ)上進行了改進，增加靜壓測試功能，并配套測調(diào)儀，實現(xiàn)了分層靜壓測試。

2.3.1可測靜壓配水器 可測靜壓配水器結(jié)構(gòu)如圖5、6所示，在原配水器主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加泄壓閥，建立地層與油管傳壓通道。正常注水狀態(tài)下，泄壓閥在短壓簧的作用下處于關(guān)閉狀態(tài)，地層流體無法進入油管。分層靜壓測試時，測調(diào)儀調(diào)節(jié)臂轉(zhuǎn)動開關(guān)盤推壓泄壓閥桿，使泄壓閥桿上行，打開測壓驗封通道。另外，在泄壓閥上、下各設(shè)密封段，用于同靜壓測調(diào)儀密封皮碗配合，實現(xiàn)對測試段密封。

圖5　可測靜壓配水器結(jié)構(gòu)

圖6　可測靜壓測調(diào)儀

2.3.2靜壓測調(diào)儀 根據(jù)可測靜壓配水器結(jié)構(gòu)重新研制了靜壓測調(diào)儀（見圖6），主要由定位臂、上下密封皮碗、壓力傳感器、調(diào)節(jié)臂等組成。測靜壓時，靜壓測調(diào)儀與配水器對接，上、下密封皮碗張開，實現(xiàn)靜壓測試段密封，調(diào)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)打開配水器泄壓閥，地層流體通過泄壓閥進入測壓通道，將壓力傳遞給壓力傳感器，實現(xiàn)靜壓測試。

2.3.3靜壓測試流程 ①停止注水，觀察井口壓力變化情況。②待井口壓力基本穩(wěn)定后，電纜帶靜壓測調(diào)儀入井，距離目的配水器20 m左右時定位臂張開，與目的配水器進行對接。③靜壓測調(diào)儀定位后，電機推動上、下密封皮碗漲開，實現(xiàn)測試層段密封。④機械調(diào)節(jié)臂張開，逆時針調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)芯子A，關(guān)閉水嘴，單流凡爾在彈簧力作用下右移（在井中是下行），注入通道關(guān)閉。⑤調(diào)節(jié)臂繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動開關(guān)盤推壓泄壓閥桿，使泄壓閥桿上行，打開測壓通道，開始壓降測試。⑥該層靜壓測試完成后，上、下皮碗回收，機械調(diào)節(jié)臂、定位臂回收，上提靜壓測調(diào)儀至下一個目的層位，進行其它層位靜壓測試。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

測調(diào)一體改進工藝自2019年開始應(yīng)用以來，已在渤海油田累計注水完井5次。根據(jù)油藏調(diào)配及靜壓測試要求，已完成調(diào)配作業(yè)10次，平均單井調(diào)配時間6 h，相較常規(guī)工藝效率提高1倍；完成靜壓測試作業(yè)5次，測試成果與油藏判斷相吻合，測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確?，F(xiàn)對B井應(yīng)用案例進行分析。

渤海油田B井井深1 780 m，最大井斜45°，于2016年下入常規(guī)測調(diào)一體分注管柱，分六層注水，期間進行6次分層調(diào)配作業(yè)，平均單井調(diào)配時間1.2 d；2018年氧活化測試發(fā)現(xiàn)存在層間竄流現(xiàn)象，判斷封隔器失效，需要更換注水管柱?；谟筒胤謱屿o壓測試的要求，該井于2019年下入改進后的測調(diào)一體分注管柱，封隔器驗封合格后，恢復(fù)注水。

（1）分層調(diào)配。注水穩(wěn)定后，根據(jù)油藏配注要求對該井進行分層調(diào)配，電纜帶測調(diào)儀入井，采用邊測邊調(diào)的方式依次完成6層調(diào)配，用時僅5 h，相較常規(guī)測調(diào)一體工藝效率明顯提升。從調(diào)配結(jié)果來看（見表1），各層調(diào)配誤差均在6.5%以內(nèi)，整井調(diào)配誤差1.5%，滿足油藏配注要求。

（2）分層靜壓測試。該井恢復(fù)注水后，井口注水壓力不斷升高，6個月后注入壓力增加到8 MPa，考慮注水安全性，停注并進行井口壓降測試，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)井下存在超壓層。為準(zhǔn)確找到超壓層，針對性調(diào)整配注，進行分層靜壓測試，測試結(jié)果如表1所示，2#、4#小層存在超壓現(xiàn)象，后續(xù)需調(diào)整注水量。

表1　分層調(diào)配結(jié)果和分層靜壓測試

4 結(jié) 論

針對渤海油田分層注水新要求，對常規(guī)測調(diào)一體分注工藝進行了優(yōu)化研究，解決分層注水難題，提高了技術(shù)適用性。

（1）結(jié)合渤海油田注水特點，從常規(guī)測調(diào)一體分注管柱組合、配水器結(jié)構(gòu)等方面詳細分析了管柱蠕動、測調(diào)效率偏低、無法靜壓測試的原因，為工藝改進提供了思路。

（2）通過優(yōu)化管柱結(jié)構(gòu)，設(shè)計壓力平衡管柱，緩解了注水時管柱蠕動現(xiàn)象；配水器設(shè)計橋式通道，增加過流面積，進一步提高了測調(diào)效率，節(jié)省了占用平臺時間；配水器本體增設(shè)傳壓孔，建立地層-油管傳壓通道，并配套靜壓測試儀，實現(xiàn)了分層靜壓測試功能。

（3）改進工藝在現(xiàn)場應(yīng)用中取得良好效果，測調(diào)效率大幅提高，單井調(diào)配時間減半；分層靜壓測試功能可靠，超壓層位判斷準(zhǔn)確，為油藏分層配注調(diào)整提供了依據(jù)。

［1］劉合，裴曉含，羅凱，等.中國油氣田開發(fā)分層注水工藝技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.石油勘探與開發(fā)，2013，40（6）：733?737.Liu H，Pei X H，Luo K，et al.Current status and trend of separated layer water flooding in China［J］.Petroleum Exploration and Development，2013，40（6）：733?737.

［2］程心平，馬成曄，張成富，等.海上油田同心多管分注技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.中國海上油氣，2008，20（6）：403?415.

Cheng X P，Ma C Y，Zhang C F，et al.The development and application of concentric multi?barrel separated water injection technology for offshore oilfield［J］.China Offshore Oil and Gas，2008，20（6）：403?415.

［3］賈慶升.液控式同心雙管分層注水技術(shù)［J］.石油機械，2009，37（5）：59?60.

Jia Q S.Research on the technology of separate layer water injection by concentric double?tubing with hydraulic control［J］.China Petroleum Machinery，2009，37（5）：59?60.

［4］程智遠，翁博，黃大云，等.同心集成分注工藝技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2006，18（3）：59?60．

Cheng Z Y，Weng B，Huang D Y，et al.Research and application of concentric integrated separation injection technology［J］.West?China Exploration Engineering，2006，18（3）：59?60.

［5］程心平，王良杰，薛德棟.渤海油田分層注水工藝技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.海洋石油，2015，35（2）：61?65.

Cheng X P，Wang L J，Xue D D.Current situation and development tendency separated water injection technology in Bohai offshore oilfield［J］.Offshore Oil，2015，35（2）：61?65.

［6］趙振旺，王春耘.分層注水定量配水工藝技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2000，22（4）：63?65.

Zhao Z W，Wang C Y.Research and application of separate layer water injection and quantification injection allocation［J］.Oil Drilling & Production Technology，2000，22（4）：63?65.

［7］王尊策，徐艷，閆月娟，等.偏心工況下水平井壓裂管柱噴砂器沖刷磨損數(shù)值模擬［J］.東北石油大學(xué)學(xué)報，2020，44（5）：98?106.

Wang Z C, Xu Y,Yan Y J,et al.Numerical simulation of the erosion due to particles within bypass crossover sub in the fracturing process of horizontal wells under eccentric working conditions［J］.Journal of Northeast Petroleum University，2020，44（5）：98?106.

［8］王立蘋，楊萬有，羅昌華，等.海上油田防砂完井注水井反洗工藝及配套工具［J］.石油機械，2013，41（5）：36?39.

Wang L P，Yang W Y，Luo C H，et al.Backwashing technology and matching tool for sand control completion water injection well in offshore oilfield［J］.China Petroleum Machinery，2013，41（5）：36?39.

［9］吉洋，王立，劉敏蘋，等.海上油田分層注水反洗井技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.中國海上油氣，2015，27（2）：87?92.

Ji Y，Wang L，Liu M P，et al.Research and application of integrated technology for zonal and backwashing in offshore oilfields［J］.China Offshore Oil and Gas，2015，27（2）：87?92.

［10］ 任冠龍，張崇，董釗，等.深水氣井測試管柱內(nèi)水合物沉積動態(tài)研究［J］.特種油氣藏,2019,26（3）：169?174.

Ren G L,Zhang C,Dong Z,et al.Hydrate deposition performance in the test string of deep water gas well［J］.Special Oil & Gas Reservoirs,2019,26(3)：169?174

［11］ 劉義剛，陳征，孟祥海，等.渤海油田分層注水井電纜永置智能測調(diào)關(guān)鍵技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2019，47（3）：133?139.

Liu Y G，Chen Z，Meng X H，et al.Cable implanted intelligent injection technology for separate injection wells in Bohai oilfield［J］.Petroleum Drilling Techniques，2019，47（3）：133?139.

［12］ 范錫彥，于鑫，楊洪源，等.分層注水井分層流量及驗封測試技術(shù)［J］.石油機械，2007，35（10）：64?65.

Fan X Y，Yu X，Yang H Y，et al.Layered flow rate and sealing testing technology in layered water injection wells［J］.China Petroleum Machinery，2007，35（10）：64?65.

［13］ 高勝，王妍，任永良，等.大型復(fù)雜油田注水系統(tǒng)優(yōu)化運行關(guān)鍵技術(shù)與智能化展望［J］.東北石油大學(xué)學(xué)報，2020，44（4）：91?98.

Gao S,Wang Y,Ren Y L,et al.Key technologies and intelligent prospect for optimized operation of large complex water injection systems in oilfield［J］.Journal of Northeast Petroleum University，2020，44（4）：91?98.

［14］ 董文軍，胡長城，劉清松，等.防聚合物返吐分層注水新技術(shù)［J］.石油機械，2004，32（7）：49?50.

Dong W J，Hu C C，Liu Q S，et al.New technology of layered water injection to prevent polymer return［J］.China Petroleum Machinery，2004，32（7）：49?50.

［15］ 劉永勝.注水井分層智能聯(lián)動調(diào)配系統(tǒng)［J］.石油儀器，2007，21（1）：62?63.

Liu Y S.Intelligent linkage adjusting system for separate injection well［J］.Petroleum Instruments，2007，21（1）：62?63.

Improvement and Application of the Key Technology of Separate Injection in Bohai Oilfield

Yang Shukun， Li Yue， Li Xiang， Guo Hongfeng， Ji Gongming， Shi Jingyan

（Production Optimization Division， China Oilfield Services Limited， Tianjin 300459，China）

Some strategies for improvement of the key technology of testing?adjusting integrated separate injection technology have been investigated, due to much lower efficiency of conventional testing?adjusting integrated separate injection technology, which cannot accomplish layered static pressure testing. Through optimizing the string structure to improve the pressure balance during water injection, the creep of the string caused by the large displacement water injection is reduced. Design of the bridge channel of the water distributor greatly increases the flow area,reduces the interlayer interference, and further improves the testing?adjusting efficiency. Meanwhile, the pressure hole is added in the water distributor body to establish stratum?tubing pressure transfer channel, and the static pressure testing instrument is equipped for further testing of the layered static pressure. The improved technology works well in application, the deployment efficiency has been significantly improved, which takes only 5 hours to complete the deployment of 6 layers. The overpressure layer can be successfully picked out during the layered static pressure test, which provides a basis for the layered injection allocation adjustment. The adaptability of the improved technology in Bohai oilfield is significantly enhanced.

Bohai oilfield； Integration of testing and adjusting； Pressure balance； Static pressure test； Bridge channel

TE935

A

10.3969/j.issn.1006?396X.2021.04.015

1006?396X（2021）04?0091?06

http://journal.lnpu.edu.cn

2020?09?02

2020?10?15

“十三五”國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)、渤海油田高效開發(fā)示范工程”（2016ZX05058）。

楊樹坤（1980?），男，碩士，工程師，從事采油工藝技術(shù)方面研究；E?mail:yangshukun2000@126.com。

（編輯 王戩麗）