電控分層堵水采油技術研究與應用

黃輝建

（中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程技術研究院，遼寧 盤錦 124010）

隨著油田多層系籠統(tǒng)開發(fā)的不斷深入，部分油層含水率逐年上升，層間矛盾日益突出[1]，高含水層容易倒灌潛力層，籠統(tǒng)合層開采一方面不能有效動用潛力層[2]，另一方面注入水的無效循環(huán)導致開發(fā)成本提高。

為有效挖掘多層系油井的生產(chǎn)潛力，長期以來形成了如封隔器找水-堵水技術[3]、插管式多級找堵水管柱技術[4-5]、機械式滑套開關找堵水技術、井下液壓開關調層找堵水技術[6-7]、智能找堵水分層采油技術和井下電動開關調層找堵水技術等堵水采油技術[8]。這些技術的不足分別是：需要重復調層，占產(chǎn)周期長，施工費用高；不能實現(xiàn)任意兩層合采，封上采下時，不能進行反洗井和動液面監(jiān)測，影響生產(chǎn)資料錄??；封隔層數(shù)有限，調層操作需要大型作業(yè)設備；受井下條件影響較大，調層成功率偏低；智能開關器的電池壽命短，導致智能開關器有效工作時間短[9]；環(huán)空中下入電纜易被纏繞，施工困難。為此，開發(fā)了電控分層堵水采油技術，該技術具有分采層位多、可實現(xiàn)任意層位合采，可進行各油層溫度、壓力參數(shù)監(jiān)測，調層過程簡單可靠，管柱有效期長，全周期施工成本低的特點[10]。

1 工藝管柱

1.1 管柱結構

電控分層堵水采油技術管柱結構圖如圖1 所示，該管柱主要由地面測調儀、鎧裝電纜、錨定器、過電纜封隔器和電控閥組成。根據(jù)現(xiàn)場需要，每增加一分采油層，對應增加一套過電纜封隔器和一套電控閥即可，最高可實現(xiàn)分8 層精細開采需求。

圖1 電控分層堵水采油技術管柱結構圖

1.2 工藝原理

該技術的工藝原理是通過封隔器實現(xiàn)各油層的分隔，并輔助錨定器用于降低抽油管柱的蠕動以提高封隔器的密封效果，再利用地面測調儀通過電纜控制電控閥進液孔的開關程度，從而實現(xiàn)各層分層開采和任意幾層組合開采。其中每個電控閥還設計了溫度、壓力傳感器，在地面可實時監(jiān)測各油層的溫度與壓力。

1.2.1 設計管柱并下井

根據(jù)井況條件及參數(shù)設計分層堵水采油管柱，采用過電纜封隔器將各油層分隔，每一油層位置串接一個電控閥，管柱下入過程中用鎧裝電纜連接好各電控閥，鎧裝電纜通過保護器固定在油管接箍處并隨管柱一直延伸至地面(見圖1)。

1.2.2 坐封封隔器并投產(chǎn)

地面泵車打壓使各封隔器坐封。下入泵抽生產(chǎn)管柱，使油井投入正常生產(chǎn)。通過電控閥地面測調儀逐層打開井下各電控閥。

1.2.3 找水過程及測試過程

生產(chǎn)初期即為找水階段，該階段只需每個電控閥單獨打開生產(chǎn)一段時間，并由采油工作人員在地面計量化驗，既可得到各層的流量、含水率等參數(shù)。電控閥內設計有壓力傳感器，當各層的電控閥分別處于開、關狀態(tài)時，可分別測得對應層位的壓力恢復、降落曲線，同時對各層進行試井解釋即可得出相應層的滲透率、表皮系數(shù)等。

1.2.4 堵水過程及再次調層

在確定各層的產(chǎn)液情況后,采油技術人員即可確定一個最優(yōu)開采方案,并通過地面測調儀控制電控閥實現(xiàn)對應層位的開或關，達到任意選層生產(chǎn)的目的。當生產(chǎn)一定時間后，各層油水關系發(fā)生變化時，此時可以再通過地面測調儀打開或關閉相應層位，達到調層生產(chǎn)目的。

1.3 技術特點

1）一趟管柱實現(xiàn)找水、堵水、測試和生產(chǎn)全過程，縮短了施工周期，降低了施工占產(chǎn)時間和施工費用。

2）調層安全、可靠、高效、費用低，最多分層數(shù)可達8 層，滿足精細分層開采需求。

3）電纜傳輸方式相較于井下存儲式電池供電方式，電控閥內溫度、壓力傳感器可實時測量傳輸，有利于獲取實時寶貴的油藏地質參數(shù)；電控閥所需電力可持續(xù)有效保障，調層成功率更高，有效工作時間更長，從而降低全周期成本。

2 主要工具

2.1 過電纜封隔器

2.1.1 結構

該封隔器主要由上接頭、長膠筒、短膠筒、中心管、推動套、卡環(huán)、固定套、鎖套、下接頭和電纜通道等組成，結構如圖2 所示。該封隔器依靠液壓坐封，上提管柱即可解封。其結構設計合理，原理可靠，即能實現(xiàn)上下層良好封隔，又能滿足鎧裝電纜順利安全通過的要求。

圖2 過電纜封隔器結構示意圖

2.1.2 坐封及解封原理

措施管柱入井后，地面泵車向油管內打壓，推動套在液壓作用下壓縮膠筒實現(xiàn)上下油層封隔，同時鎖套隨推動套一起運動并最終被卡環(huán)鎖緊固定，從而完成封隔器的坐封動作。

上提管柱，剪斷解封銷釘，在失去解封銷釘?shù)闹蜗?，固定套、鎖套、連接螺釘、推動套向下運動，膠筒逐步恢復原狀，最終封隔器完成解封動作。

2.1.3 主要技術參數(shù)

總長度750 mm，最大外徑114 mm，最小內徑62 mm，工作壓力30 MPa，坐封壓力12 MPa，解封拉力25 kN，連接螺紋2-7/8"TBG。

2.2 電控閥

2.2.1 結構

該電控閥主要由上接頭、外套、電路板、電機、絲杠、柱塞、溫壓一體傳感器和閥體等組成，機構如圖3 所示。

圖3 電控閥結構示意圖

地面測調儀可在地面操作控制該電控閥實現(xiàn)進液孔的任意開度動作，從而控制對應油層的開關程度實現(xiàn)分層堵水采油的目的，并能實時測取溫度、壓力數(shù)據(jù)。

2.2.2 工作原理

需要調層時，通過地面測調儀對相應層位電控閥發(fā)出開/關指令，指令信號通過鎧裝電纜傳遞至相應電控閥控制電路，控制電路收到指令后控制電機正/反轉動，在柱塞限位釘?shù)南拗葡?，絲杠迫使柱塞向左/右運動，從而實現(xiàn)進液孔的開/關。地面測調儀具有進液孔開度設定功能，操作人員可以根據(jù)各層配產(chǎn)量調控對應層位進液孔的開度。

2.2.3 主要技術參數(shù)

該電控閥最大外徑為114 mm，閥體上對稱設計2 個?20 mm 進液孔和4 個?16 mm 公共液流通道，適用于5-1/2"套管井，其主要技術參數(shù)如表1 所示。

表1 電控閥主要技術參數(shù)

2.3 地面測調儀

該設備由測調箱、顯示屏幕和電控閥控制軟件組成，其主要作用是通過鎧裝電纜控制電控閥開、關動作并能讀取溫度、壓力傳感器所測數(shù)據(jù)。測調箱不僅有數(shù)據(jù)處理、存儲等功能，還有為整個測調過程提供電能的功能。電控閥控制軟件操作界面如圖4 所示，該操作界面包括操作欄、數(shù)據(jù)顯示欄和曲線顯示區(qū)等部分，具有操作簡便易行，顯示直觀可靠的特點。

圖4 電控閥控制軟件操作界面

3 現(xiàn)場應用

2019年10月，電控分層堵水采油技術在遼河油田X22-325 井進行現(xiàn)場試驗。該井為高含水井，下入4 層分層堵水采油管柱后單獨生產(chǎn)各層，在確定各層含水率和壓力后，采取全開2、3 號層，全關1、4 號層的生產(chǎn)方式。油井在調配前后生產(chǎn)情況如表2 所示。

表2 X22-325 井調配前后生產(chǎn)情況對比

從表2 可以看出調配前后該井日產(chǎn)液量減少8.4 t，日產(chǎn)油增加2.3 t，含水質量分數(shù)降低32.3 個百分點。數(shù)據(jù)表明該井調配效果明顯，其原因主要是高壓高含水的1 和4 號油層被關閉，從而激發(fā)了2 和3 號油層的開發(fā)潛力?，F(xiàn)場應用表明該工藝技術坐封可靠，測調簡便高效，一趟管柱能實現(xiàn)找水、堵水、測試和生產(chǎn)全過程，為高含水油田開發(fā)提供了一種穩(wěn)定高效的控水增油手段。

4 現(xiàn)場結論

1）該電控分層堵水采油技術管柱結構合理，性能可靠，各項指標參數(shù)達到設計要求，能滿足現(xiàn)場對分層堵水采油管柱“封得住、打得開、關得牢”的基本要求。

2）該技術通過電纜傳送指令并供電的方式驅動井下電控閥實現(xiàn)油層的開與關，相比于其他方式具有驅動力平穩(wěn)、持久、可靠，分層級數(shù)多，調層控制精確高效的特點。

3）電控閥進液孔可任意開度技術進一步增加了調層配產(chǎn)的靈活性和多樣性，井下各層溫度、壓力參數(shù)的實時監(jiān)測為分析油藏特性提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。該技術多井協(xié)同測調應用對研究區(qū)塊注采關系，實施整區(qū)塊控水增油措施制定提供可靠依據(jù)。