纜控智能注聚系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

摘 要 目前海上油田注聚工藝以單管分層注聚工藝為主，測(cè)調(diào)時(shí)需要鋼絲作業(yè)配合，存在測(cè)調(diào)效率低、受井斜限制等問(wèn)題。因此，提出一種適用于海上油田的纜控智能注聚系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)完井時(shí)采用單芯鋼管電纜與各級(jí)井下智能注聚測(cè)調(diào)工作筒連接，解決了井斜超過(guò)60°的井測(cè)試調(diào)配問(wèn)題；地面控制系統(tǒng)通過(guò)下入的單芯鋼管電纜傳輸?shù)孛婵刂破髦噶?，?shí)時(shí)調(diào)節(jié)井下智能注聚測(cè)調(diào)工作筒的注聚量，解決了測(cè)調(diào)效率低的問(wèn)題。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：該系統(tǒng)不受井斜限制，實(shí)現(xiàn)了注聚井單層流量、壓力、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與流量控制，較單管分層注聚工藝提高流量測(cè)調(diào)效率20倍，聚合物黏度保留率大于85%。

關(guān)鍵詞 大斜度井 分層注聚 纜控測(cè)調(diào)

中圖分類(lèi)號(hào) TP273" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B" "文章編號(hào) 1000-3932（2024）06-1091-04

海上油田注聚的分層注聚工藝包括地面多管、空心集成、一投三分、單管注聚等分注工藝，一定程度上滿(mǎn)足了生產(chǎn)需求，但仍存在一些問(wèn)題：地面多管分注工藝管柱復(fù)雜，分注層段數(shù)受限，節(jié)流處易積垢結(jié)垢腐蝕；空心集成、一投三分分注工藝采用水嘴節(jié)流控制流量，聚合物溶液通過(guò)配注器時(shí)黏度損失大（達(dá)40%～70%），測(cè)調(diào)時(shí)需要鋼絲作業(yè)配合，測(cè)調(diào)效率低［1］；雖然單管注聚分注工藝保黏效果好，但測(cè)調(diào)時(shí)仍需電纜作業(yè)配合，占用平臺(tái)作業(yè)窗口，且適用井斜小于60°。因此，需開(kāi)展海上油田大斜度井纜控智能分層注聚研究，以實(shí)現(xiàn)注聚井單層流量、壓力、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及流量控制，提高流量測(cè)調(diào)效率，保障聚合物黏度保留率。

1 海上注聚需求分析

渤海油田已探明儲(chǔ)量普遍具有中高滲、油稠等特征，河流相沉積為主，非均質(zhì)較嚴(yán)重。渤海油田天然能量不足，在生產(chǎn)中約87%的儲(chǔ)量需注水開(kāi)發(fā)，以水驅(qū)為主。目前，主力油田均已進(jìn)入雙高開(kāi)發(fā)階段，以M油田為例，儲(chǔ)層平面上滲透率分布變化較大，滲透率較高部分主要集中在高部位，在儲(chǔ)層平面上多部分呈條帶狀或斑塊狀分布，整體展布與沉積相特征相同，在席狀砂體的前緣顯著變差，甚至可轉(zhuǎn)變?yōu)榉菨B透層。該油田粒度主要特征有正韻律、反韻律、復(fù)合韻律，3種特征的韻律在儲(chǔ)層平面上交錯(cuò)分布互相疊置，從而極大地加劇了油田儲(chǔ)層的平面非均質(zhì)性，而儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性越強(qiáng)，越容易發(fā)生注入水突進(jìn)的現(xiàn)象，因此“控水增油”勢(shì)在必行。

化學(xué)驅(qū)既能增加可采儲(chǔ)量、提高高（特高）含水油田采收率、控水穩(wěn)油，又可提高經(jīng)濟(jì)效益，是老油田高效開(kāi)發(fā)、增效開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)手段。渤海油田預(yù)計(jì)化學(xué)驅(qū)可提高采收率6.5%以上［2，3］。

2 纜控智能注聚系統(tǒng)組成及創(chuàng)新

2.1 系統(tǒng)組成

纜控智能分層注聚系統(tǒng)由地面設(shè)備和井下工具組成（表1）。地面設(shè)備包括地面控制器、網(wǎng)關(guān)、邊緣一體機(jī)及陸地監(jiān)控系統(tǒng)；工藝管柱主要由井下智能注聚測(cè)調(diào)工作筒、鋼管電纜、層間封隔工具、地面控制器及配套工具等組成。

主要技術(shù)參數(shù)為：

適用密封筒尺寸 4.75″

可實(shí)現(xiàn)分注層數(shù) 不限

單層最大注聚量 600 m3/d

測(cè)調(diào)時(shí)間 2 h

2.2 管柱創(chuàng)新點(diǎn)

操作智能化。平臺(tái)和遠(yuǎn)程雙控，操作靈活，實(shí)現(xiàn)注聚井單層流量、壓力、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及流量控制。

安全性高。設(shè)置了單流閥，防反吐；無(wú)需鋼絲電纜作業(yè)，同時(shí)設(shè)計(jì)了超壓報(bào)警功能，保證了注聚安全。

測(cè)調(diào)高效性。每層下入一個(gè)智能注聚工作筒，通過(guò)地面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)井下分層注入量的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，提高測(cè)調(diào)效率20倍。

數(shù)據(jù)可靠性高。地面控制器優(yōu)化了信號(hào)載波傳輸方式，增強(qiáng)了信號(hào)抗干擾能力，提高了與井下智能分注工具間雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3 智能注聚測(cè)調(diào)工作筒設(shè)計(jì)

3.1 智能注聚測(cè)調(diào)工作筒整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，智能注聚測(cè)調(diào)工作筒是整個(gè)系統(tǒng)的核心，由上下接頭、流量測(cè)試模塊、電路系統(tǒng)、摩阻管、電機(jī)中心管、減速器及出聚口等組成。其按照作業(yè)目標(biāo)井分層數(shù)準(zhǔn)備相應(yīng)數(shù)量的智能測(cè)調(diào)工作筒，完井時(shí)隨分層注聚管柱下入，同時(shí)下入單芯鋼管電纜與各級(jí)井下智能測(cè)調(diào)工作筒連接，地面控制器通過(guò)下入的單芯鋼管電纜傳輸?shù)孛婵刂破髦噶钫{(diào)節(jié)井下智能測(cè)調(diào)工作筒保黏模塊開(kāi)度，同時(shí)反饋實(shí)時(shí)流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)分層注聚量的自動(dòng)調(diào)整。

智能注聚測(cè)調(diào)工作筒詳細(xì)技術(shù)參數(shù)為：外徑114 mm、長(zhǎng)度1 600 mm，最大內(nèi)通徑44 mm，最大單層排量600 m3/d，耐壓等級(jí)60 MPa，耐溫150 ℃，最大排量下嘴損0.8 MPa，聚合物保黏率不小于85%。

3.2 高保黏流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)

如圖2所示，高保黏流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)采用內(nèi)外兩個(gè)摩阻管設(shè)計(jì)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)塊的移動(dòng)，從而帶動(dòng)中心摩阻管移動(dòng)，調(diào)節(jié)智能測(cè)調(diào)工作筒的聚合物流道大小。聚合物溶液流過(guò)摩阻管時(shí)，過(guò)流面積從小到大變化一次，流速?gòu)母叩降妥兓淮?，流態(tài)及流場(chǎng)分布也相應(yīng)產(chǎn)生一次變化。聚合物分子鏈?zhǔn)冀K處于一個(gè)拉長(zhǎng)、收縮的變形過(guò)程中，使一部分能量消耗在聚合物分子鏈的變形與恢復(fù)上，從而產(chǎn)生局部能量損失，形成節(jié)流壓差，可最大限度地減小聚合物流經(jīng)摩阻管造成的剪切降解。

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)參數(shù)為：內(nèi)外摩阻管移動(dòng)距離20 mm；電機(jī)直徑26 mm；流量調(diào)節(jié)范圍0～600 m3/d；電機(jī)最大扭矩36 N·m。

3.3 工作筒流量計(jì)

圖3所示為智能測(cè)調(diào)工作筒電磁流量計(jì)，對(duì)其進(jìn)行二次密封設(shè)計(jì)：一次密封采用高硬度絕緣材料+O形圈，防止中心通道高壓液體進(jìn)入電磁流量計(jì)；二次密封采用耐腐蝕金屬+O形圈，防止一次密封失效后液體入侵工具內(nèi)部破環(huán)工具其他電路模塊，保證了電磁流量計(jì)工作的可靠性。

流量計(jì)電路選用正弦波勵(lì)磁，通過(guò)高共模抑制比差動(dòng)放大器放大信號(hào)，并利用高精度模擬乘法提取流量電信號(hào)（圖4），測(cè)量范圍寬、精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化聚合物流量測(cè)量。

井下電磁流量計(jì)參數(shù)：

長(zhǎng)度 810 mm

耐壓 60 MPa

耐溫 150 ℃

最大量程 1 000 m3/d

流量測(cè)試精度 2.97%

4 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

聚合物為高分子線下聚丙烯酰胺，聚合物配制濃度1 200 mg/L，環(huán)境溫度30 ℃，溶解熟化時(shí)間45 min，測(cè)得聚合物母液黏度40～50 mPa·s。

用兩臺(tái)20方柱塞泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置流量3、10、15、20、25 m3/h，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取樣并記錄摩阻管前后壓力、黏度值數(shù)據(jù)。

圖5為注聚工作筒保黏實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出，智能測(cè)調(diào)工作筒在不同排量、開(kāi)度條件下，均能保障保黏率大于85%（表2），性能較好。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用

纜控智能注聚系統(tǒng)目前已經(jīng)在海上油田大斜度試驗(yàn)井做了相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)中智能測(cè)調(diào)工作筒調(diào)節(jié)工作穩(wěn)定，流量、壓力數(shù)據(jù)測(cè)試正常，配注量滿(mǎn)足地質(zhì)要求，表明該系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2023年7月，該工藝在QK17-2某井實(shí)施，該井最大井斜69.7°，屬于大斜度井。分注層段為3層，管柱下入后分注正常，具體配注量見(jiàn)表3。

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)的纜控智能注聚系統(tǒng)有效解決了目前海上油田分層注聚井測(cè)調(diào)配注效率低、適用井斜小于60°、占用平臺(tái)作業(yè)窗口等問(wèn)題。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了海上油田注聚井的單層流量、壓力、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及流量控制。研制智能測(cè)調(diào)工作筒流量精度測(cè)試誤差范圍在±5%以?xún)?nèi)，保黏率大于85%，性能較好。實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)和遠(yuǎn)程雙控，操作靈活，便于規(guī)模管理，提高管理效率。該系統(tǒng)為海上油田化學(xué)驅(qū)、調(diào)剖調(diào)驅(qū)工藝的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 王延峰，邱金平，楊麗霞.分層注聚井智能測(cè)調(diào)技術(shù)［J］.油氣井測(cè)試，2021，30（4）：50-55.

［2］ 姜燕，羅洪林，張旭，等.管外纜控式智能分注技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2021，43（6）：803-810.

［3］ 金振東，佟音，王鳳山，等.大慶油田纜控智能分注技術(shù)工藝優(yōu)化［J］.石油鉆采工藝，2022，44（5）：600-603；664.

（收稿日期：2024-02-26）

Research and Application of Cable-controlled Intelligent Polymer Injection System

KOU Lei

（CNOOC EnerTech-Drilling amp; Production Co.）

Abstract" "At present， the polymer injection process in offshore oil fields mainly employs a single-pipe layered polymer injection process， and both measurement and adjustment there asks for cooperation with steel wire operation， and lower testing and adjustment efficiency and well deviation limitations bother it. In this paper， a cable-controlled intelligent polymer injection system suitable for offshore oil fields was proposed. In which， having a single-core steel tube cable adopted to connect with all levels of underground intelligent polymer injection test-adjustment cylinders， which solved well test deployment when the well deviation exceeded 60°. The ground control system transmitted the instructions of the ground controller via the single-core steel tube cable and real-time adjusted the injection amount of the test-adjustment cylinder， which solved low efficiency of the test and adjustment. Both laboratory and field tests show that， the well deviation limits the system nothing and both real-time monitoring and flow control of single-layer flow， pressure， temperature and other parameters in the polymer injection well can be realized. Compared with the single-pipe stratified polymer injection process， the efficiency of flow measurement and adjustment can be improved by 20 times and the retention rate of polymer viscosity is greater than 85%.

Key words" "high-inclination well， layered polymer injection， cable control testing and adjustment