趙欽瑞，龍遠(yuǎn)強(qiáng)，李 興

(中國(guó)石化江蘇油田分公司采油一廠，江蘇 揚(yáng)州 225265)

江蘇油田采油一廠井斜在35°以上的注水井的數(shù)量逐漸增多，大斜度井分注[1-2]、測(cè)調(diào)[3]工作的重要性日益凸顯。2003年以來通過引進(jìn)、攻關(guān)，解決了部分技術(shù)問題，但工藝對(duì)水質(zhì)的要求高，現(xiàn)場(chǎng)大斜度分注測(cè)調(diào)仍然存在一些問題，主要有：①投撈成功率較低，大斜度偏心分注井投撈成功率僅為74%左右；②測(cè)調(diào)效率低，需要撈死嘴、投水嘴、測(cè)試等工序，單井測(cè)調(diào)合格需投入的投撈、測(cè)試工作量約需5.0井次；③層段合格率低，大斜度分注井層段合格率為60%左右，遠(yuǎn)低于平均水平；④分注管柱有效期較短，大斜度分注井底部球座漏失問題較突出。亟需研究一種測(cè)調(diào)效率高的分層注水技術(shù)。

1 同心測(cè)調(diào)一體化工藝研究

1.1 工藝原理

同心測(cè)調(diào)[4]工藝由同心可調(diào)配水技術(shù)、在線測(cè)調(diào)技術(shù)[5]和地面控制技術(shù)組成，研制與配套了同心可調(diào)配水器、電動(dòng)測(cè)調(diào)儀、電動(dòng)驗(yàn)封儀、地面控制器。同心可調(diào)配水器與分注管柱一起下入，內(nèi)部裝有可調(diào)水嘴，可實(shí)現(xiàn)分層流量的調(diào)節(jié)；電動(dòng)測(cè)調(diào)儀由電纜下入井下，與同心可調(diào)配水器工作筒對(duì)接，控制配水器水嘴動(dòng)作進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；電動(dòng)驗(yàn)封儀由電纜下入同心可調(diào)配水器內(nèi)實(shí)現(xiàn)封隔器驗(yàn)封；地面控制器通過電纜獲取井下壓力、流量、溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)驗(yàn)封儀和測(cè)調(diào)儀進(jìn)行在線控制。

1.2 管柱結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

井下工藝管柱與常規(guī)分層注水管柱類似(圖1)，主要由同心可調(diào)配水器、可洗井封隔器、 單流閥、篩管等構(gòu)成，常用的管柱為一級(jí)二層(段)、二級(jí)三層和三級(jí)四層。根據(jù)井深情況可設(shè)計(jì)油管錨定器，封隔器上或下設(shè)置扶正器。

圖1 井下工藝管柱

管柱特點(diǎn)：

(1)井下測(cè)調(diào)采用居中對(duì)接，受井斜影響小，對(duì)斜井適應(yīng)性強(qiáng)。

(2)可調(diào)水嘴與配水器設(shè)計(jì)為一體，分注級(jí)數(shù)不受限制，可滿足多級(jí)分注要求。

(3)配水工具上設(shè)有橋式通孔，實(shí)現(xiàn)停層不停井功能，提高測(cè)試準(zhǔn)確率和測(cè)試效率。

(4)配水器內(nèi)活動(dòng)水嘴具備關(guān)閉功能，封隔器坐封后即可進(jìn)行測(cè)調(diào)，無需投撈死嘴。

(5)工藝管柱可滿足同位素測(cè)試。

1.3 測(cè)調(diào)技術(shù)

分層驗(yàn)封[6]：電動(dòng)驗(yàn)封儀用電纜投放到目的層段的同心可調(diào)配水器主體中，雙探頭壓力計(jì)通過配水密封段設(shè)定的通道分別測(cè)取對(duì)應(yīng)地層壓力、油管內(nèi)壓力；通過改變油管中的壓力，觀察地層壓力變化情況，若不隨管內(nèi)壓力變化則密封，否則失效，地面可顯示驗(yàn)封情況。儀器密封皮碗的張、縮為電動(dòng)控制，驗(yàn)封儀可以對(duì)任意層段進(jìn)行測(cè)壓，也可以實(shí)現(xiàn)任意層段的分層測(cè)壓。

分層流量測(cè)試：利用電纜連接井下測(cè)調(diào)儀，下入井下同心可調(diào)配水器之上，地面控制測(cè)調(diào)儀將調(diào)節(jié)臂打開，下放，機(jī)械臂與同心配水器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)接，地面顯示器實(shí)時(shí)顯示該層流量、壓力、溫度等參數(shù)，流量與配注量不匹配時(shí)，地面發(fā)出調(diào)節(jié)指令，控制儀器調(diào)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)可調(diào)水嘴的開度實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，直至合格，重復(fù)上述動(dòng)作對(duì)其它層位流量進(jìn)行調(diào)配。

1.4 同心可調(diào)配水器研制

1.4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

同心可調(diào)配水器結(jié)構(gòu)如圖2，主要由上接頭①、本體②、外護(hù)筒③、水嘴調(diào)節(jié)套④、第一密封圈組件⑤、活動(dòng)水嘴⑥、固定水嘴⑦、第二密封圈組件⑧、固定水嘴座⑨、螺環(huán)⑩、下接頭等部件構(gòu)成。

圖2 同心可調(diào)配水器結(jié)構(gòu)

1.4.2 工作原理

將測(cè)調(diào)儀用電纜下放坐入到同心可調(diào)配水器內(nèi)，儀器的驅(qū)動(dòng)錐體便可帶動(dòng)水嘴調(diào)節(jié)套④通過梯型螺紋做上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)活動(dòng)水嘴⑥在固定水嘴⑦中間同時(shí)上下運(yùn)動(dòng)，起到調(diào)整固定水嘴⑦出水口大小的作用，從而調(diào)節(jié)注水量的大小。同心配水器工作筒中的固定水嘴⑦和活動(dòng)水嘴⑥的配合間隙很小，全關(guān)閉時(shí)可承壓30 MPa以上。

1.4.3 主要特點(diǎn)

(1)居中對(duì)接設(shè)計(jì)：活動(dòng)水嘴組件設(shè)計(jì)于配水器中心通道內(nèi)，與配水器軸線一致，測(cè)調(diào)時(shí)儀器與其居中對(duì)接，不需要導(dǎo)向定位，在大斜度井中測(cè)調(diào)成功率高。

(2)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將活動(dòng)水嘴與同心配水器設(shè)計(jì)為一體化結(jié)構(gòu)，多級(jí)分注時(shí)配水器內(nèi)通徑一致，可單獨(dú)調(diào)配任意層，便于分層測(cè)調(diào)、驗(yàn)封及同位素測(cè)試，分注層數(shù)不受限制。

(3)全關(guān)閉設(shè)計(jì)：活動(dòng)水嘴下部設(shè)計(jì)了“O”型密封圈密封，可實(shí)現(xiàn)完全關(guān)閉，能承壓差40 MPa，滿足分注管柱坐封要求，無需投撈死嘴，即可進(jìn)行測(cè)調(diào)。

(4)橋式通道設(shè)計(jì)：配水器主體上留有橋式通孔，可實(shí)現(xiàn)停層不停井功能，測(cè)試某層時(shí)不影響其它層注水。

(5)防卡死設(shè)計(jì)：活動(dòng)水嘴完全打開與關(guān)閉后有對(duì)應(yīng)脫開機(jī)構(gòu)，防止卡死。

(6)防砂卡設(shè)計(jì)：活動(dòng)水嘴與固定水嘴間隙設(shè)計(jì)為0.05 mm，在工作筒轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)注滿硅油，可有效防止砂卡。

(7)耐磨損、抗腐蝕設(shè)計(jì)：可調(diào)水嘴等關(guān)鍵部位選用耐磨損、抗腐蝕的司太令合金材料，在高溫下，保持較高的硬度和強(qiáng)度。

(8)高精度調(diào)配設(shè)計(jì)：出水口形狀設(shè)計(jì)為類三角形結(jié)構(gòu)(圖3)，調(diào)節(jié)距離為0～16 mm，相應(yīng)調(diào)節(jié)過流面積范圍為0～50 mm2，在10 MPa壓差下調(diào)節(jié)最小流量可達(dá)3.7 m3/d，滿足油田層間差異大、配注量小的分注調(diào)配要求。

圖3 配水器出水口形狀

2 工藝完善及配套

2.1 防斜防砂球座研制

同心測(cè)調(diào)一體化工藝中，井下應(yīng)用Y341封隔器進(jìn)行層位的封隔，需要在分注管柱底部設(shè)計(jì)單向球座，閥球依靠重力作用入座在閥座上進(jìn)行密封，在大井斜情況下，閥球關(guān)閉滯后，造成底部管柱漏失。研制新型的底部球座，在大井斜狀況下閥球能夠及時(shí)入座，又具有沉砂的效果，主要由上接頭①、閥罩②、閥球③、閥座④、閥體⑤組成(圖4)。

(1)防斜設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)了特制閥罩，控制閥球與閥罩徑向間隙，限制閥球擺動(dòng)幅度，同時(shí)限制閥球升降高度；加深了閥座上與閥球配合的倒角，以便閥球入座。工作時(shí)油管內(nèi)液流下行，經(jīng)固定閥特制閥罩液孔進(jìn)入閥罩中心孔，液流經(jīng)閥罩中心孔導(dǎo)向，液力直接作用于閥球頂部，使閥球快速關(guān)閉，從而解決大斜度井閥球關(guān)閉滯后問題。

(2)防砂設(shè)計(jì)[5]：閥罩上端設(shè)計(jì)有防砂帽A,阻止砂粒進(jìn)入閥罩內(nèi)；閥體上部設(shè)計(jì)了環(huán)形沉砂槽B，沉砂槽內(nèi)設(shè)計(jì)了腰型沉砂通道D，與下部連通；沉砂槽內(nèi)設(shè)計(jì)有沉砂斜面E，以方便砂粒沉積，進(jìn)入防砂球座下部連接的尾管中。

(3)反洗井設(shè)計(jì)：閥體上設(shè)計(jì)了反洗井通道C，與閥座底部連通。反洗井通道設(shè)計(jì)為斜形，可防止砂粒在閥座底部積聚。

圖4 防斜防砂球座結(jié)構(gòu)

2.2 地面監(jiān)控系統(tǒng)

為提高測(cè)調(diào)聯(lián)作的效率，滿足地面直讀、現(xiàn)場(chǎng)控制的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)配套了集供電、地面控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理于一體的可視化智能控制系統(tǒng)。采用相對(duì)經(jīng)濟(jì)的Ф3.5 mm鎧裝電纜作為系統(tǒng)信號(hào)的傳輸媒介，配備筆記本電腦作為系統(tǒng)的顯示終端，實(shí)現(xiàn)井下和地面雙向通訊、地面直讀控制。

地面監(jiān)控系統(tǒng)主要由供電模塊、主控制模塊、程控電源模塊組成。系統(tǒng)供電模塊給整個(gè)系統(tǒng)供電，主控制模塊通過程控電源模塊給井下測(cè)調(diào)儀器供電，同時(shí)主控制模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件與井下儀之間的數(shù)據(jù)通信和命令控制。

2.3 液壓防噴舉升裝置

注水壓力較高的分注井進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試儀器需要增加加重桿，現(xiàn)場(chǎng)需要人工安裝好防噴管，再將儀器串人工舉升放入防噴管內(nèi)；測(cè)試過程中，還需要人工上操作平臺(tái)用扳手調(diào)節(jié)防噴頭密封盤根壓帽，具有安全風(fēng)險(xiǎn)。為解決上述問題，配套了液壓防噴舉升裝置，主要由液壓舉升機(jī)構(gòu)、防噴管、防噴頭、天滑輪、地滑輪、由壬組件、油壓泵組件等七大部分組成(圖5)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與效果

大斜度分注井測(cè)調(diào)一體化工藝在陳堡、沙埝、真武油田11口井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得較好的效果。

3.1 提高了大斜度分注井測(cè)調(diào)成功率及測(cè)調(diào)效率

同心測(cè)調(diào)一體化工藝受井斜的影響小，11口井斜在35°以上的分注井應(yīng)用該技術(shù)均測(cè)調(diào)成功，測(cè)調(diào)成功率達(dá)到100%，較常規(guī)工藝成功率提高了25.7%，層段合格率由64.8%提升到100%。

針對(duì)江蘇油田采油一廠井斜大于35°的分注井測(cè)調(diào)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2012年至2014年，單井測(cè)調(diào)合格投入工時(shí)平均為17.1 h。而上述11口試驗(yàn)井均測(cè)調(diào)合格，共投入工時(shí)58.3 h，單井測(cè)調(diào)工時(shí)平均為5.3 h，測(cè)調(diào)效率提高了222.6%(表1)。

3.2 延長(zhǎng)了分注井有效期

對(duì)大井斜分注管柱工藝進(jìn)行了優(yōu)化后，新型防斜防砂球座解決了大井斜分注工況下底部球座的漏失問題，同時(shí)又具有沉砂的效果。陳2-33、陳2-34、陳2-65三口井最大井斜56°，平均井斜50.4°，應(yīng)用該工藝技術(shù)后，陳2-33井分注管柱有效期已達(dá)483 d，較同類應(yīng)用普通球座的分注井管柱有效期延長(zhǎng)68 d，目前仍然有效。

圖5 液壓防噴舉升系統(tǒng)

4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

大斜度測(cè)調(diào)一體化工藝配套的成功應(yīng)用，使我廠分層注水工藝取得了重大技術(shù)進(jìn)步：

(1)同心測(cè)調(diào)一體化工藝，將可調(diào)水嘴和配水器工作筒設(shè)計(jì)為一體，集合了空心配水適應(yīng)大井斜、偏心配水可單獨(dú)測(cè)調(diào)任意層的兩種工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)，解決了大斜度分注井測(cè)調(diào)成功率低、效率低的問題。

(2)研制的測(cè)調(diào)儀器其性能可靠，對(duì)接成功率高，實(shí)現(xiàn)了地面直讀，井下測(cè)調(diào)同步。

(3)改進(jìn)完善了同心測(cè)調(diào)一體化工藝，提高了工藝的適應(yīng)性。

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