井下工具性能評價試驗系統(tǒng)

吳 頻，王春亮，馬辰辰，邢攸為

（1.渤海石油裝備（天津）中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280；2.大港油田第四采油廠（灘海開發(fā)公司），天津 300280；3.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

國內(nèi)各大油田穩(wěn)產(chǎn)保產(chǎn)開發(fā)多年，油井開發(fā)地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，油田鉆井技術(shù)得到快速發(fā)展，國內(nèi)鉆井采油工藝工具研究技術(shù)也快速趕上并超越世界先進(jìn)水平；各國石油公司都將研究重點放在井下工具的研發(fā)、試驗、性能檢測、應(yīng)用過程地面模擬、特殊鉆井工況環(huán)境模擬[4]。本性能評價試驗系統(tǒng)結(jié)合冀東油田鉆采院對淺海油田開發(fā)井下工具試驗檢測中心建造項目，主要介紹試驗檢測系統(tǒng)及其配套設(shè)施配置，圍繞多項典型井下工具及特殊工況環(huán)境進(jìn)行。

1 井下工具試驗性能評價范圍

井下工具試驗性能評價范圍見表1。

表1 井下工具試驗性能評價范圍

2 試驗設(shè)備技術(shù)指標(biāo)及功能

2.1 試驗設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

試驗設(shè)備技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 試驗設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

2.2 防砂篩管性能測試

性能評價系統(tǒng)由混砂系統(tǒng)、泵砂系統(tǒng)、試驗筒組和固液分離系統(tǒng)組成，其中，混砂系統(tǒng)用于配試驗用攜砂液，給攪拌池供液；泵砂系統(tǒng)滿足砂漿濃度為0.2%（體積比）泵注要求，要求砂粒粒徑在0～1 mm、工作壓力≤20 MPa；試驗筒組由篩管性能試驗筒、礫石充填效果試驗筒并聯(lián)組成（圖1、圖2）；固液分離系統(tǒng)是整個試驗流程的末端，收集試驗過程中產(chǎn)出液，并可以循回至混砂系統(tǒng)中的配液池。圖2中，內(nèi)筒內(nèi)徑分別為124 mm和59 mm。

圖1 篩管性能測試筒

圖2 礫石充填效果測試筒

2.3 主控系統(tǒng)

（1）模擬試驗井系統(tǒng)：遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)遠(yuǎn)程流量調(diào)節(jié)；手動或遠(yuǎn)程流程切換，遠(yuǎn)程泄壓操作?？刂剖揖邆鋵崿F(xiàn)緊急情況下的關(guān)斷控制。

（2）高壓油站及水站：現(xiàn)場手動試驗控制、遠(yuǎn)程試驗步進(jìn)控制、遠(yuǎn)程試驗程序控制。實現(xiàn)遠(yuǎn)程工藝流程的切換、打壓、保壓等操作和控制。以及試驗介質(zhì)清理功能。兩種控制方式容易方便的切換。遠(yuǎn)程控制無延遲?，F(xiàn)場和控制室均具備緊急停止功能。

（3）系統(tǒng)功能：能夠有效防止系統(tǒng)因加壓介質(zhì)的受熱膨脹引起壓力上升，在試驗過程中，壓力控制穩(wěn)定，壓力波動最大不超過2 MPa。當(dāng)系統(tǒng)緊急停止或其他意外造成的試驗中斷時，能夠自動卸壓，故障處理完后可以在斷點處恢復(fù)試驗。

（4）拉壓加載裝置：現(xiàn)場手動試驗控制、遠(yuǎn)程試驗步進(jìn)控制、遠(yuǎn)程試驗程序控制。實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和控制，兩種控制方式容易方便的切換。

（5）加熱保溫裝置：采用遠(yuǎn)程控制和設(shè)定，對關(guān)鍵點溫度監(jiān)測。手動輸入設(shè)定加熱數(shù)據(jù)，PID自動控制循環(huán)加熱。

（6）監(jiān)控系統(tǒng)：控制室內(nèi)部安裝有大屏幕顯示，能夠選擇任一臺攝像機(jī)圖像放大顯示?？刂剖夷軌?qū)z像頭進(jìn)行遙控操作。

（7）高壓油站及水站：根據(jù)試壓過程中的不同需要，設(shè)定試驗工藝組合過程，設(shè)定相關(guān)的試驗參數(shù)。具備現(xiàn)場和控制室的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，如保壓時間、試驗壓力數(shù)值、循環(huán)次數(shù)等，實現(xiàn)全自動控制的耐壓試驗和溫度試驗等過程。

（8）防砂篩管性能測試：整個試驗過程軟件遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)遠(yuǎn)程流量調(diào)節(jié)，手動或遠(yuǎn)程配砂。

3 系統(tǒng)設(shè)備配置

3.1 油水浸試驗井筒

（1）試驗井筒是整個油水浸試驗裝置的加溫加壓測試中心，由內(nèi)工作井筒和恒溫罐組成：試驗井筒6口，工作井筒深為3.5 m；工作井筒內(nèi)徑分別采用159.4 mm、124.3 mm和86.94 mm三種規(guī)格。

（2）超高壓井筒工作壓力可達(dá)100 MPa。

（3）油—水浸高壓井筒當(dāng)內(nèi)壁損傷后可方便、快捷維護(hù)或更換內(nèi)筒。

3.2 高壓油、水站

（1）一體化安裝，充分考慮方便維修、維護(hù)和檢查。

（2）含加壓泵和相關(guān)的附件，無需外部安裝其他附件。

（3）操作現(xiàn)場具備緊急停機(jī)和泄壓功能，設(shè)備具備安全加載能力，滿足任何情況下不超過設(shè)定壓力運行。

3.3 拉壓加載裝置

（1）具備數(shù)據(jù)采集、計算機(jī)控制和過程記錄功能。

（2）可配合水浸和油浸試驗井筒以及試驗井進(jìn)行拉、壓、扭動作。

（3）整體設(shè)備結(jié)構(gòu)為移動式車架結(jié)構(gòu)，有電動機(jī)構(gòu)牽動行走。供電電纜為移動電纜，液壓設(shè)備要求安裝成一體結(jié)構(gòu)。

3.4 加熱保溫裝置

（1）加熱方式：密閉電加熱外部循環(huán)。

（2）一體化安裝，通過外引管線與被加熱對象連接。

（3）設(shè)備具備遠(yuǎn)程控制和顯示功能，達(dá)到無人值守。

（4）熱液管線采用自封密閉，防止意外損壞時熱液外溢對人造成傷害。

3.5 模擬試驗井系統(tǒng)

管線在地面布局整齊，為遠(yuǎn)程手動控制方式，系統(tǒng)配置過壓保護(hù)措施。模擬試驗井筒及旁通流程采用API標(biāo)準(zhǔn)套管和油管，密封可靠、拆卸方便，可在工房內(nèi)方便、快捷進(jìn)行井下試驗套管的更換和維護(hù)。

3.6 防砂篩管性能測試

（1）混砂系統(tǒng)中配液池、攪拌罐，固液分離系統(tǒng)中1 m3池、各級沉砂筒具有防腐，美觀、便于清洗；

（2）管線具有防腐，拆卸、更換和清洗要方便。

（3）試驗筒組設(shè)計有支架，試驗筒安裝、拆卸、搬運方便、安全。

（4）試驗筒、以及固液分離系統(tǒng)中各級沉砂筒采用316 L不銹鋼材料。

（5）固液分離系統(tǒng)中各級沉砂筒上的放液閘門所在液面以下體積不超過15 L。

（6）系統(tǒng)具備過壓保護(hù)措施，各系統(tǒng)單元之間管線均設(shè)計有排空閥。

4 試驗室系統(tǒng)功能及特點

（1）能夠完成工作井筒上壓、下壓及中心工作筒的壓力測試。（2）具有管道閉合回路，使試壓介質(zhì)經(jīng)過濾后能回收再利用。

（3）可解決高溫試驗中井筒液體壓力波動，穩(wěn)定試驗系統(tǒng)壓力。

（4）均可實現(xiàn)自動程序控制/現(xiàn)場手動控制，遠(yuǎn)程控制無延遲，現(xiàn)場和控制室均具備系統(tǒng)緊急停止功能。

（5）試驗過程所有數(shù)據(jù)自動采集記錄。

（6）試驗裝置可根據(jù)試壓過程中的不同需要，自由設(shè)定試驗工藝組合過程，設(shè)定相關(guān)的試驗參數(shù)。具備現(xiàn)場和控制室的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，如保壓時間、試驗壓力數(shù)值、循環(huán)次數(shù)等。

（7）實現(xiàn)全自動控制的耐壓、耐溫、流量試驗和防砂篩管性能測試試驗。

（8）系統(tǒng)具備適時采集并打印溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)。

（9）直觀、動態(tài)地顯示工藝流程、試驗數(shù)據(jù)及變化曲線。

5 應(yīng)用結(jié)論

油田井下工具性能評價系統(tǒng)2016年配置完成以來，經(jīng)過兩年多應(yīng)用針對多種規(guī)格封隔器、膠筒及其他耐高壓高溫井下儀器做了性能測試評價，取得了非常多的試驗經(jīng)驗及試驗數(shù)據(jù)，2019年初對測試精度及設(shè)備配置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并邀請各大油田鉆井采油工藝研究院專家及省級質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對封隔器及膠筒性能評價過程依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了驗收，試驗裝置布置，設(shè)備參數(shù)配置，測控系統(tǒng)，測量系統(tǒng)，測試范圍等方面都達(dá)到了國內(nèi)外較高水平。近2年先后進(jìn)行了多品種/多規(guī)格井下工具測試評價，模擬特殊地層工況進(jìn)行性能評價，試驗數(shù)據(jù)同現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)比較分析，性能評價結(jié)果得到研發(fā)機(jī)構(gòu)認(rèn)可，為井下工具研發(fā)優(yōu)化升級提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。