何明華，趙爍，李鵬輝

（吐哈油田工程技術(shù)研究院，新疆鄯善 838202）

0 引言

注水開發(fā)仍然是吐哈油田保持地層壓力、提高油井采收率的主要方式。吐哈油田現(xiàn)有水平井755口，其中注水井58口，全部采用籠統(tǒng)注水方式。受油藏儲(chǔ)層的非均質(zhì)性影響，籠統(tǒng)注水易造成高滲段超注與低滲段欠注，嚴(yán)重影響水平井的均衡開發(fā)效果[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)其它油田相繼開展了水平井淺測(cè)分段注水管柱、水平井井下分注管柱、水平井分段注水管柱，以及超深雙臺(tái)階水平井分注及酸化一體化管柱等研究，能夠在一定程度上滿足水平井分段注水的需求，但仍然存在著可分注層段少、連續(xù)油管投撈水嘴成本高、壓力波測(cè)調(diào)難度大等問題[3-7]。為此，開展了水平井分段注水工藝研究，來實(shí)現(xiàn)水平井兩級(jí)及多級(jí)分段注水需求，發(fā)揮各油層潛力，提高注水開發(fā)效果，促進(jìn)油田注水不斷向精細(xì)化、智能化發(fā)展。

1 技術(shù)分析

受水平井井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)影響，水平井分段注水工藝研究存在著以下幾個(gè)難點(diǎn)：1）測(cè)調(diào)困難。目前油田成熟工藝技術(shù)橋式偏心、橋式同心分注工藝都需要通過下鋼絲或電纜來進(jìn)行測(cè)調(diào)，井斜過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致槍串無法下入，無法滿足水平井測(cè)調(diào)需求[8-9]。2）管柱起下困難。水平井井斜大，且存在狗腿，要求設(shè)計(jì)管柱結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)配套相應(yīng)的安全輔助工具以保證管柱正常起下[10]。3）水平段封隔器密封不可靠。受封隔器重力影響，水平井封隔器可能會(huì)存在著膠筒與井壁接觸強(qiáng)度低、密封不可靠問題。為此，提出了水平井分段注水工藝。

2 水平井分段注水工藝

2.1 工藝原理

水平井分段注水工藝由遠(yuǎn)程通信單元、地面測(cè)調(diào)儀及井下水平井分注管柱3部分組成。通過計(jì)算機(jī)軟件遠(yuǎn)程發(fā)布配水指令給地面測(cè)調(diào)儀，地面測(cè)調(diào)儀接收到指令后，通過電纜將信號(hào)傳遞給井下分注管柱中各個(gè)智能分注儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下各層水量的調(diào)節(jié)與控制。同時(shí)，井下智能分注儀讀取的壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)亦可通過電纜實(shí)時(shí)反饋給地面控制系統(tǒng)，便于技術(shù)人員觀測(cè)與分析。

2.2 管柱結(jié)構(gòu)

水平井分注管柱由安全接頭、過電纜水力錨、過電纜封隔器、智能分注儀、過電纜扶正器、水力循環(huán)凡爾組成，兩段分注管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水平井分注管柱結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 管柱特點(diǎn)

1）實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程測(cè)調(diào)，全面解決了井筒對(duì)測(cè)調(diào)的限制，節(jié)約大量的人力物力成本。

2）實(shí)時(shí)讀取井下流量、注水壓力、地層壓力與溫度等參數(shù)，用于油藏動(dòng)態(tài)分析。

3）自動(dòng)監(jiān)測(cè)各層注水量，智能分注儀內(nèi)置的微處理器根據(jù)設(shè)置自動(dòng)控制水嘴閥門開度，將注水量控制在允許的誤差范圍之內(nèi)。

4）封隔器可在線驗(yàn)封，無需再單獨(dú)下入堵塞式壓力計(jì)，操作簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)。

5）配套電纜保護(hù)罩、電纜保護(hù)卡等安全輔助工具，保障水平段電纜完好性及管柱起下的安全性。

3 核心工具

3.1 智能分注儀

3.1.1 結(jié)構(gòu)與組成

有纜智能分注儀由上下接頭、中心過流管、外護(hù)管、流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥、壓力溫度傳感器、測(cè)控電路板及電路短節(jié)等幾部分構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 智能分注儀結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.2 工作原理

通過連接電纜接收地面發(fā)送的配水指令，通過流量調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)對(duì)目的層水流量的調(diào)節(jié)。圖2中箭頭表示水流方向，注水時(shí)，一部分水流通過上層智能分注儀中的流量計(jì)及流量調(diào)節(jié)閥向上層注入，另一部分水流通過中心過流管進(jìn)入下層智能分注儀。分注儀內(nèi)部各結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，各自承載著不同的功能，由信號(hào)控制線連接進(jìn)行供電和通信。

3.1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）配套壓差式流量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配注流量，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)。

2）流量調(diào)節(jié)閥采用陶瓷可調(diào)水嘴，耐磨性能高，且水嘴采用平衡壓設(shè)計(jì)，消除壓差對(duì)水嘴開啟的影響，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 流量調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖

3）設(shè)計(jì)分注儀內(nèi)外壓壓力傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分注儀內(nèi)外壓力、溫度數(shù)據(jù)。

4）耐高溫、大轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)，保障水嘴開關(guān)靈活性及可靠性。

3.1.4 技術(shù)參數(shù)

1）外徑/通徑：φ114 mm/φ46 mm；2）長(zhǎng)度：1.085 m；3）耐溫/耐壓：120 ℃/50 MPa；4）有效工作時(shí)間≥3 a；5）壓力測(cè)量范圍：0～60 MPa，精度為±1‰；6）溫度測(cè)量范圍：0～120 ℃，精度為±1 ℃；7）單層流量測(cè)調(diào)：0～200 m3/d，精度為±2%。

3.2 過電纜封隔器

3.2.1 結(jié)構(gòu)與組成

過電纜封隔器主要由上接頭、中心管、膠筒、反洗閥、液缸、坐封及解封機(jī)構(gòu)、下接頭等組成，如圖4所示。

圖4 過電纜封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2 工作原理

封隔器下至設(shè)計(jì)位置后，通過油管打壓，剪斷坐封剪釘，推動(dòng)液缸壓縮膠筒，實(shí)現(xiàn)封隔油套環(huán)空，同時(shí)液缸被鎖尺機(jī)構(gòu)鎖定防止回彈，油管泄壓后膠筒始終處于壓縮狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)密封效果。解封時(shí)通過上提管柱，剪斷解封剪釘，泄壓下行，膠筒回彈完成解封。

3.2.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）內(nèi)置過電纜通道，電纜可整體穿越封隔器，中間無續(xù)接節(jié)點(diǎn)，提高了電纜通電可靠性及電纜安裝效率。2）設(shè)計(jì)反洗井機(jī)構(gòu)，可定期清理井筒雜質(zhì)，防止堵塞。3）采用液壓坐封、逐級(jí)解封方式，可實(shí)現(xiàn)水平段多段分注需求。

3.2.4 技術(shù)參數(shù)：

1）外徑/通徑：φ114 mm/φ42 mm；2）長(zhǎng)度：1.60 m；3）耐溫/耐壓：120 ℃/60 MPa；4）啟動(dòng)/坐封壓力：6/20 MPa；5）過電纜通徑：6 mm。

4 安全輔助工具

為了提高該分注工藝在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中的安全性，本文從水平段電纜頭及電纜保護(hù)方面，設(shè)計(jì)相關(guān)安全輔助工具，以確保施工順利、可靠。

在水平井分注管柱中，電纜密封接頭是電纜進(jìn)出封隔器、分注儀的通道，它接在封隔器、分注儀的上下端，在管柱通過斜井段過程中，電纜頭與套管壁可能發(fā)生剮蹭，存在著電纜頭損傷而無法正常通信的風(fēng)險(xiǎn)。為此，設(shè)計(jì)了電纜頭保護(hù)罩，將電纜頭由外漏式變?yōu)閮?nèi)藏式，避免了剮蹭的風(fēng)險(xiǎn)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。同時(shí)，優(yōu)選單芯鋼管電纜進(jìn)行信號(hào)傳遞，電源正極接中間纜芯，負(fù)極接外層不銹鋼管，其特點(diǎn)是內(nèi)層設(shè)計(jì)單根纜芯，相對(duì)于多芯電纜，其信號(hào)衰減弱，且現(xiàn)場(chǎng)電纜密封和對(duì)接時(shí)只需要操作單根纜芯,使施工更加快捷方便。外層設(shè)計(jì)不銹鋼管，耐磨損性能強(qiáng)，可有效保護(hù)電纜，進(jìn)行正常供電與通信。另外，設(shè)計(jì)φ114 mm加厚型電纜護(hù)卡，安裝在油管接箍處固定電纜，防止電纜下入時(shí)堆積在油套環(huán)形空間內(nèi)被擠壞，影響電纜的電氣性能，如圖6所示。

圖5 電纜頭保護(hù)罩

圖6 加厚型電纜護(hù)卡

該管柱后期通過上提油管剪斷封隔器解封銷釘來實(shí)現(xiàn)解封，而受水平井斜井段及水平段管柱重力分力的影響，管柱的上提力較難傳遞到封隔器上，造成管柱解封力過大甚至無法解封的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于長(zhǎng)期的注采，管柱也會(huì)造成不同程度的結(jié)垢、腐蝕，更是增加了解封的難度。為此，設(shè)計(jì)了安全丟手接頭（如圖7），當(dāng)管柱無法順利解封時(shí)，可由安全丟手接頭處斷脫，起出安全丟手接頭以上管柱，然后再下入打撈工具撈出管柱剩余工具，避免管柱大修的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 安全丟手接頭

另外，管柱還配套過電纜扶正器（如圖8），扶正器外徑設(shè)計(jì)為管柱最大外徑，使管柱下入過程中始終處于居中位置，減小管柱在下入過程偏磨影響，降低了管柱的下入難度，還可以使封隔器膠筒始終處于中間位置，避免前期套管壁上射孔炮眼對(duì)封隔器刮傷的風(fēng)險(xiǎn)，保證了封隔器膠筒完好性及密封可靠性。

圖8 過電纜扶正器

5 施工工序及注意事項(xiàng)

5.1 施工工序

1）根據(jù)井場(chǎng)實(shí)際情況合理擺放電纜、護(hù)卡、井下工具和其它附件；

2）給各級(jí)封隔器、智能分注儀安裝好電纜接頭，電纜接頭內(nèi)部注滿硅脂；

3）按照完井管柱圖下入配套工具、油管及電纜，每根油管接箍處安裝電纜護(hù)卡；

4）水平段完井工具、油管及電纜下入完成后，用電纜續(xù)接器連接水平段鋼管電纜與直井段鎧裝電纜，并將其置入托筒。

5）安裝井口密封三通，將電纜從三通引出并與地面控制系統(tǒng)連接，地面電纜做埋地處理；

6）反洗井，至進(jìn)出口水質(zhì)一致為止；

7）封隔器坐封，根據(jù)壓力穩(wěn)定情況和套管溢流變化情況對(duì)第一級(jí)封隔器及管柱進(jìn)行驗(yàn)漏；

8）其它封隔器驗(yàn)封，根據(jù)不同分注儀外壓差值判斷其它各級(jí)封隔器密封情況；

9）按照油藏配注要求開展調(diào)配。

5.2 注意事項(xiàng)

1）管柱下入時(shí)要?jiǎng)蛩倨椒€(wěn)，禁止猛停猛放，頓鉆溜鉆，尤其是管柱過斜井段及水平段時(shí)，應(yīng)時(shí)刻注意指針表懸重變化，如出現(xiàn)遇阻情況，及時(shí)匯報(bào)，嚴(yán)禁強(qiáng)行頓鉆，盡可能避免電纜及工具發(fā)生磕碰損傷。

2）封隔器及智能注采器入井前，要進(jìn)行電纜信號(hào)檢測(cè)，確保正常后方可下入。在電纜托筒下入后，每下入500 m管柱需檢測(cè)一次電纜信號(hào)。

3）在連接油管和安裝電纜護(hù)卡的過程中，需要嚴(yán)格注意對(duì)鋼管電纜的保護(hù)，打卡子的時(shí)候需要將鋼管電纜拉直，避免鋼管電纜與套管內(nèi)壁發(fā)生摩擦；在井口放置卡瓦時(shí)，需有專人負(fù)責(zé)將鋼管電纜置于修井機(jī)氣動(dòng)卡瓦空隙處，防止鋼管電纜被卡瓦夾傷。

4）管柱所用封隔器均為壓差式封隔器，工具下井后至坐封前須保證套管液滿，禁止關(guān)閉油套環(huán)空和油管，防止油套建立壓差提前坐封；封隔器坐封后，如需泄壓作業(yè)，一定要緩慢平穩(wěn)，突然泄壓可能會(huì)導(dǎo)致封隔器解封。

6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2021年5月，水平井分段注水工藝技術(shù)應(yīng)用于吐哈油田某井。該井初期采用速鉆橋塞壓裂投產(chǎn)，于2018年轉(zhuǎn)為注水井，注水方式為合層注水，通過測(cè)吸水剖面發(fā)現(xiàn)，各層吸水差異明顯，為有效改善層間吸水矛盾，提高驅(qū)油效率，開展了水平井分注技術(shù)研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

6.1 驗(yàn)封

關(guān)閉第2層有纜智能配水器水嘴，打開第1、3層有纜智能配水器，進(jìn)行2、3層封隔器驗(yàn)封程序。第1、3層外壓升高2～3 MPa左右，第2層內(nèi)壓升高，外壓曲線未隨內(nèi)壓曲線變化，說明第2、3層封隔器密封良好。

6.2 調(diào)配

按照地質(zhì)配注要求，各層配注量分別為20/0/20 m3/d，開展分段流量測(cè)試調(diào)配。調(diào)配后，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面板，發(fā)現(xiàn)各層實(shí)際配注20.48/0/20.90 m3/d，單層流量最大誤差為4.5%，全井誤差為3.4%，達(dá)到分注需求，同時(shí)井下壓力、溫度數(shù)據(jù)讀取功能均正常，取得了較好的應(yīng)用效果。

7 結(jié)論

1）水平井分段注水工藝成功實(shí)現(xiàn)了水平井多段分注，可對(duì)井下流量、壓力、溫度等生產(chǎn)參數(shù)全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)測(cè)調(diào)，有效地解決單井層間吸水差異矛盾，低孔、低滲儲(chǔ)層得到進(jìn)一步動(dòng)用，對(duì)注水提高油藏采收率具有重要意義。

2）針對(duì)水平井井斜大、存在狗腿等特點(diǎn)，為了確保施工順利安全可靠，研制了電纜頭保護(hù)罩、電纜護(hù)卡等安全輔助工具，可有效地保護(hù)電纜完好性及管柱起下的安全性。

3）目前該工藝配套的封隔器，采用了上提解封的解封方式，從解封安全角度考慮，限制該工藝水平井分注段數(shù)在5段以內(nèi)，為了進(jìn)一步提高分注段數(shù)，下步將開展K344保壓封隔器研究，起管前可通過反洗井將封隔器提前解封，降低管柱解封負(fù)荷，來達(dá)到長(zhǎng)水平段多級(jí)分注的目的。

圖9 第1層驗(yàn)封曲線

圖10 第2層驗(yàn)封曲線

圖11 第3層驗(yàn)封曲線