海上油田小井眼注聚井分層測調技術研究及應用

黃澤超，沙吉樂，羅昌華，鄭春峰，牛貴鋒，薛德棟，劉鐵明，黃 鋮

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

0 引言

渤海油田注聚試驗區(qū)的試驗結果表明：油層物性非均質性會導致油田注聚層間矛盾越來越突出，聚合物溶液分段注入成為聚合物驅提高采收率的關鍵技術[1]。國家十三五重大專項研究期間，海油重點針對海上油田注聚井分層段受限、測調效率低、粘度損失高的問題，開發(fā)了注聚井單管分層注聚測調工藝，能夠實現(xiàn)海上油田注聚井的分層測調注聚，解決了4.75in防砂通徑注聚井大排量注入、高效測調、保粘難題，但對于小井眼注聚井多層段分層測調報道較少。隨著海上油田鉆完井工藝技術發(fā)展，小井眼注入井逐漸增多，直接利用注水工藝管柱聚合物粘度損失大，多管分注受油套管尺寸和套管帶壓限制，鋼絲作業(yè)分層測調效率低，纜控智能注聚工藝成本高，且對于小井眼工具的開發(fā)暫時報道較少[2-10]，如何實現(xiàn)小井眼注聚井的多層段、大排量高效測調，降低粘損，增強配注效果，挖掘潛力油層，提高驅油效率，亟需開發(fā)小井眼高效測調注聚工藝及配套工具。

鑒于此，開發(fā)了海上油田小井眼注聚井分層測調技術，該技術通過小尺寸注聚工具實現(xiàn)注聚井多層段、大排量保粘注入，利用電纜攜帶測調儀器下入井下監(jiān)測配注流量、壓力參數(shù)，地面控制設備在線直讀井下參數(shù)，控制測調儀器邊測邊調，精確調節(jié)各層注聚量，提高測調效率和地層配注精度，降低作業(yè)成本，為海上油田小井眼注聚提供了技術保障。

1 技術研究

1.1 技術方案

小井眼注聚井分層測調技術由地面設備和下井工具組成，地面設備包括地面控制器、電纜絞車、地滑輪、通訊電纜、天滑輪、防噴器及井口管匯；下井工具包括測調注聚分注管柱和井下測調儀器，井下分注管柱包括井口安全閥、洗井滑套、層間封隔工具和注聚工具等組成，如圖1。

圖1 小井眼注聚井分層測調技術方案Fig.1 Technical scheme of layered measurement and adjustment of polymer injection wells in small wells

電纜連接測調儀器與地面控制器，并將測調儀器下入井下與注聚工具對接，測調儀器監(jiān)測地層注入?yún)?shù)、調節(jié)注聚工具水嘴大小。注聚工具、層間封隔工具及其他井下工具通過油管下入井下，層間封隔工具分隔各注入層段，注聚工具對各層段進行分層注聚。

1.2 技術原理

小井眼注聚井分層測調技術適用于最小防砂段為3.25″及以上的防砂完井和套管完井管柱，根據(jù)分層注聚層段數(shù)量需求，管柱攜帶多級注聚工具和配套層間封隔工具下入，達到多層段分層注聚的目的。

電纜連接地面控制器和測調儀器，并將測調儀器下入井下與注聚工具對接，根據(jù)油藏對各層的配注需求，逐層測調注聚量。測調時，地面控制器通過電纜向井下測調儀器發(fā)送流量監(jiān)測和水嘴調節(jié)指令，測調儀器調節(jié)水嘴開度的同時監(jiān)測注入流量數(shù)據(jù)，測調一體，直至測調注入量滿足油藏配注要求。

層間驗封時，可采用機械驗封和電動驗封，分別采用鋼絲和電纜作業(yè)下入，井下驗封儀器通過密封盤根封堵注聚工具水嘴上下，調節(jié)井口油嘴開度改變油管內注入壓力，通過監(jiān)測油管內壓力與地層內壓力數(shù)據(jù)的變化情況，對比分析，確定分注管柱層間封隔效果。

1.3 技術特點

1）適用于最小防砂段為3.25″及以上的防砂完井和套管完井管柱的分層注聚測調，適用井斜≤60°，工藝管柱結構簡潔，作業(yè)難度低。

2）在線直讀，精確監(jiān)測井下注入流量、注入壓力數(shù)據(jù)，邊測試邊調節(jié)，配注精度高。

3）一趟電纜作業(yè)逐層調節(jié)各地層注聚量，測調效率高、成本低。

2 配套工具設計

2.1 注聚測調工具

2.1.1 結構及主要技術參數(shù)

注聚測調工具是小井眼注聚井分層測調技術中關鍵的配套工具，主要由上接頭、四筆尖、短外套管、調節(jié)軸套、彈簧、上配注芯座、長外套管、中間套管、閥內套、閥外套、內套管、下配注芯座及下接頭組成，形成定位防轉機構、水嘴調節(jié)機構、大排量注入中心通徑，以及用于壓力平衡的橋式通道和螺旋梭形波可調節(jié)保粘注聚通道，如圖2。

圖2 注聚測調工具結構示意圖Fig.2 Schematic diagram of the structure of injection and adjustment tools

注聚測調工具的主要技術參數(shù)為耐溫等級：150℃；最高工作壓力：25MPa（壓差）；最大外徑：φ80mm；最小內徑：φ46mm；保粘率≥85%；流量調配范圍：0m3/d～500m3/d。

2.1.2 工作原理

聚合物經大排量中心通道進入注聚工具，一部分經保粘注入通道后注入當前地層，另一部分沿著中心通道和橋式通道流向下一地層。儀器測調時，橋式通道確保其他地層正常配注。

測調儀器下入井下后，經四筆尖導向，與定位防轉機構配合，定位在工具內部，測調儀器調節(jié)臂與水嘴調節(jié)結構的調節(jié)槽配合，測調儀器轉動帶動調節(jié)槽旋轉，拉動中心內套管上、下移動，改變保粘過流通道的大小。保粘過流通道增大時，壓降減小，配注量增大；保粘過流通道減小時，壓降增大，配注量減小。如圖3。

圖3 測調儀器與注聚工具配合示意圖Fig.3 Schematic diagram of the coordination between the measuring and adjusting instrument and the polymer injection tool

2.2 井下測調儀

2.2.1 結構組成見圖4

圖4 測調儀器結構示意圖Fig.4 Schematic diagram of the structure of the measuring and adjusting instrument

小井眼注聚井下測調儀時，通過單芯電纜連接過載保護電纜頭，經電纜頭連接電磁流量計，再連接壓力、溫度傳感器。經壓力、溫度傳感器座連接線路、測量、控制模塊，再連接變速伺服電機。電機通過多級減速提高扭矩，輸出軸通過高壓防水密封后與導向支撐臂連接，之間安置了收攏、放開、對接、調節(jié)角度位置傳感器。同時，在導向支撐臂的下部安裝有調節(jié)臂和加重桿連接球頭。

2.2.2 技術參數(shù)

主要技術參數(shù)包括儀器外徑：φ42mm；儀器長度：1830mm；流量測試范圍：0m3/d～1000m3/d；流量測試精度≤3%；壓力測試范圍：0MPa～60MPa；壓力測試精度：0.2%FS；輸出扭矩：40N·m；耐溫等級：150℃；工作電源：130VDC～140VDC；供電與通訊：單纜變頻載波。

2.3 地面控制器

2.3.1 結構及技術參數(shù)

外部設置防爆等級為ExdII BT6、防護等級為IP55～56的防護箱，內部設置ST104工控機、LCD顯示器、控制模塊、編碼模塊和程控電壓、電流顯示模塊。適用溫度：-30℃～80℃，輸入電源：220V±0.5%、50HZ±1，輸出電源：0VDC～175VDC、0mA～500mA，供電與通信：單纜變頻載波。通過USB通訊連接測控軟件，通訊電纜連接井下測調儀器，實現(xiàn)對井下參數(shù)的監(jiān)測和對測調儀器的控制。

2.3.2 工作原理

通過RS485接頭與PC上位機相連，通過通訊電纜與井下測調儀器相連，為井下測調儀器輸出動力電壓、電流，通過上位機設置地面控制器和井下測調儀器參數(shù)。地面控制器接收上位機的命令，向井下測調儀器發(fā)送流量、壓力等數(shù)據(jù)監(jiān)測和水嘴調節(jié)指令信號，調節(jié)配注量的同時，接收井下測調儀器返回的流量數(shù)據(jù)，并傳遞至上位機，實現(xiàn)邊測邊調注聚。

3 現(xiàn)場應用

3.1 室內試驗

針對注聚工具開展室內保粘測試試驗，利用測調儀器分 別 在6m3/d、10m3/d、15m3/d、19m3/d流 量 下，調 節(jié)注聚水嘴至全開、4/5開度、3/5開度、2/5開度及1/5開度，收取注聚工具嘴前、嘴后聚合物，對比測試聚合物粘度，分析注聚工具保粘率。試驗結果如圖5。

圖5 注聚工具在不同流量、開度下的保粘率Fig.5 The viscosity retention rate of the injection tool under different flow rates and opening degrees

試驗結果表明：測調儀器與地面控制器通訊正常，測調功能可靠性高，注聚工具在不同流量、不同水嘴開度情況下，水嘴前后保粘率在86%以上，具有較好的保粘效果，滿足現(xiàn)場應用需求。

3.2 現(xiàn)場試驗

小井眼注聚井分層測調技術在渤海油田XX36-1油田現(xiàn)場應用5井次，分注管柱順利實現(xiàn)多層段分層注聚，分層驗封合格，分層調配作業(yè)順利，井下儀器與測調控制器通訊正常，測調性能可靠。應用統(tǒng)計見表1。

表1 小井眼注聚井分層測調技術現(xiàn)場應用統(tǒng)計Table 1 Statistics of field application of layered measurement and adjustment technology for polymer injection wells in small wells

現(xiàn)場應用結果表明：小井眼注聚井分層測調技術能夠滿足海上油田注聚井多層段分層測調注聚需求，整體工藝管柱簡潔，注聚工具與測調儀器匹配性良好，測調儀器與地面控制器通訊良好，測調性能可靠，邊調節(jié)邊測試，調節(jié)精度高，一趟電纜作業(yè)完成所有層位調配，測調效率高，單井測調作業(yè)用時不超過12h。

4 結論

針對海上油田小井眼注聚井分層測調困難、配注效率低、粘度損失高的問題，開發(fā)了小井眼分層測調注聚技術，設計研發(fā)了注聚工具，測調儀器和地面控制器。

1）解決了渤海油田3.25in防砂通徑注聚井的分注難題，滿足小井筒、大排量、多層段、高保粘測調注聚。

2）注聚工具與井下測調儀器配合良好，對接成功率高，測調儀器與地面控制器通訊良好，測調性能可靠。

3）測調一體化，提高了注聚效率、調配效率和配注精度，降低了作業(yè)成本，滿足海上油田精細分注、高效驅油的需求，為海上油田注聚、調驅工藝的發(fā)展提供強有力技術支持，具有較高的應用推廣價值。