測調(diào)一體分注技術(shù)的完善與試驗研究

呂國勝，杜曉霞，王天慧，郭宏峰，王殿武，趙廣淵

(1.中海石油(中國)有限公司渤中作業(yè)公司，天津 300459； 2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459)

隨著油田開發(fā)主體進入注水開發(fā)中后期，層間矛盾和吸水差異性日益突出，實施分注已成為油田精細開發(fā)、提高采收率和水驅(qū)動用儲量的主要技術(shù)手段。多年來，為深度挖潛新老區(qū)開發(fā)效益、提高整體分注水平，相繼開展了鋼絲投撈分注、橋式偏心分注、測調(diào)一體分注、同心雙管分注、平行雙管分注、智能分注等技術(shù)的研究與應(yīng)用，受工藝管柱結(jié)構(gòu)復雜、現(xiàn)場施工繁瑣及投入成本較高等原因影響，測調(diào)一體分注工藝得到廣泛應(yīng)用。測調(diào)一體分注工藝憑借其測調(diào)成功率高、管柱有效期長等優(yōu)勢，較好地解決了鋼絲投撈分注測調(diào)難度大及智能分注可靠性不高的問題，但其在應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)如配水器關(guān)閉不嚴、水嘴打不開等問題，為此研究改善了測調(diào)一體分注工藝[1-7]。

1 新型測調(diào)一體分注系統(tǒng)總體方案設(shè)計

1.1 測調(diào)一體分注工藝

測調(diào)一體分注技術(shù)是采用測調(diào)聯(lián)動的方式進行流量測試與調(diào)配，通過地面儀器監(jiān)測流量、壓力等參數(shù)，根據(jù)實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)調(diào)整配水器水嘴大小直至達到各層配注量。該工藝由測調(diào)一體配水器、井下測試儀器和地面控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。該系統(tǒng)具有井下測調(diào)、地面直讀功能。電纜帶測調(diào)儀入井，測調(diào)儀測得的井下流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)信號通過電纜傳輸至地面；調(diào)配時，測調(diào)儀準確定位到目標配水器后通過電纜傳輸?shù)孛婵刂泼?，控制電機轉(zhuǎn)動使調(diào)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)帶動配水器柱塞套升降，使調(diào)節(jié)套產(chǎn)生位移，從而達到控制水嘴開關(guān)大小的目的[6-9]。

圖1 新型測調(diào)一體分注工藝系統(tǒng)Fig.1 A new integrated injection system for measurement and modulation

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計

目前應(yīng)用的測調(diào)一體分注工藝調(diào)配主要是采用調(diào)節(jié)外套帶動內(nèi)套移動的方式或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子使定子讓出過流空間的方式。2種調(diào)節(jié)方式在井況較差的情況下，都易出現(xiàn)砂卡或雜質(zhì)堆積后導致配水器關(guān)閉不嚴或水嘴打不開的問題，從而最終影響注水效果。

本次研制的新型測調(diào)一體分注工藝仍采用測調(diào)聯(lián)動的方式，結(jié)合現(xiàn)場使用出現(xiàn)的問題，優(yōu)化完善了配水器結(jié)構(gòu)及配套可反洗井封隔器。配水器采用低傳動比及全密封的傳動方式，即使在測調(diào)儀低扭矩的情況下，也能有效避免水嘴打不開的情況發(fā)生；同時配套可洗井封隔器改善井況，從而提高工藝的可靠性，延長管柱有效期[4-7]。

2 主要設(shè)備研制

2.1 測調(diào)一體配水器的研制

為提高測調(diào)一體測調(diào)成功率及注水實施效果，研制了新型測調(diào)一體配水器。新型測調(diào)一體配水器主體結(jié)構(gòu)包括上接頭、定位槽、外筒、旋轉(zhuǎn)套、軸桿、密封柱、下接頭等。

2.1.1 工作原理

測調(diào)一體配水器示意圖如圖2所示。當需要測調(diào)時，由電纜帶測調(diào)儀進入油管，到達配水器上端時，通過地面控制器給測調(diào)儀發(fā)送指令，讓配水器的定位爪張開，繼續(xù)下放測調(diào)儀進入配水器主通道，使定位爪坐在配水器的定位槽上，測調(diào)儀的調(diào)節(jié)爪卡在調(diào)節(jié)孔上，此時在地面繼續(xù)給測調(diào)儀發(fā)送指令，使測調(diào)儀正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而帶動旋轉(zhuǎn)套轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)套上的齒輪與軸桿上的小齒輪咬合， 旋轉(zhuǎn)套轉(zhuǎn)動的同時帶動軸桿旋轉(zhuǎn)，同時密封柱塞進行升降運動，從而調(diào)整從水嘴流出的液體流量[7-12]。

圖2 測調(diào)一體配水器示意圖Fig.2 Schematic diagram of measurement and modulation integrated injection distributor

2.1.2 關(guān)鍵技術(shù)

與普通測調(diào)一體配水器相比，新型測調(diào)一體配水器采用同心旋轉(zhuǎn)套帶動偏孔柱塞調(diào)節(jié)機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)套筒齒輪最大直徑為52 mm，軸桿堵塞器齒輪最大直徑為20 mm，傳動比近似于0.4，由于結(jié)構(gòu)的改變調(diào)節(jié)扭矩能較普通測調(diào)一體配水器減小2.5倍(見圖3)。

圖3 齒輪調(diào)節(jié)示意圖Fig.3 Schematic diagram of gear adjustment

為解決水嘴密封不嚴的問題，在密封柱塞采用防塵圈，密封的同時可刮掉出水口管壁上的雜質(zhì)或油污，對密封柱塞進行硬度及表面處理，實現(xiàn)高壓密封。

再見老胡是2015年9月初，我在上海圖書館目錄大廳見得一頗有規(guī)模的展覽——“文化抗戰(zhàn)：民族危機之中的中國話劇人”，其中照片、資料之豐富足以讓我確證辦展人一定是上戲圖書館、一定是老胡他們。四周望去，果然在展覽一角看到老胡正向讀者講解。打聽得知他們不忍如此專業(yè)而精彩之照片等深居庫房、散見于各收藏機構(gòu)，便廣征博覽，竭力搜羅，以展覽形式先期布告，教育大眾，并計劃逐步積累形成著作。

2.1.3 技術(shù)特點及參數(shù)

(1)技術(shù)特點

①可調(diào)水嘴一體化設(shè)計，無需鋼絲投撈作業(yè)；

②測調(diào)聯(lián)動同心對接，降低了井深、井斜、結(jié)垢等對測調(diào)的影響，提高了測調(diào)成功率；

③兼具普通測調(diào)一體配水器優(yōu)點，與之前的測調(diào)一體分注測調(diào)系統(tǒng)兼容，無需重新設(shè)計加工配套工具、儀器；

④水量調(diào)節(jié)采用同心調(diào)節(jié)、偏心傳動的方式，大大減小了調(diào)節(jié)扭矩；

⑤傳動系統(tǒng)采用全封閉潤滑方式，具有防銹蝕、防結(jié)垢、水嘴防卡、降低調(diào)節(jié)扭矩的功能。

(2)技術(shù)參數(shù)

表1 新型測調(diào)一體配水器主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of the new measurement and modulation integrated injection distributor distributor

2.2 高溫高壓注水封隔器

配套研發(fā)的高溫高壓注水封隔器能滿足深斜井分注需求，該封隔器主要由坐封機構(gòu)、密封機構(gòu)、洗井機構(gòu)和解封機構(gòu)組成，如圖4所示。

圖4 高溫高壓注水封隔器Fig.4 High temperature and pressure water injection packer

2.2.1 工作原理

封隔器主要采用多級活塞坐封，坐封力由7 t增大到14 t，提高坐封可靠性；停注時，封隔器自鎖裝置自動鎖緊，即使釋放掉油管的坐封壓力，封隔器也不會解封，始終保持密封狀態(tài)。解封時為逐級解封、多級使用，解封負荷不疊加，滿足多級分注需求。洗井時，往套管打壓推開洗井閥，液體從封隔器外中心管環(huán)空進入油管，完成洗井，洗閥密封由單密封改為多重密封，洗井閥壽命提高1.48倍[13-14]。

2.2.2 技術(shù)參數(shù)

高溫高壓注水封隔器主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 高溫高壓注水封隔器主要技術(shù)參數(shù)Table 2 Main technical parameters of high temperature and high pressure water injection packer

3 試驗井測試

在模擬井開展注水試驗，試驗管柱如圖5所示。

圖5 模擬井試驗管柱Fig.5 String diagram of simulated well test

試驗過程如下：

(1)下入試驗管柱，關(guān)閉配水器，從地面往油管打壓坐封封隔器；

(2)將測調(diào)儀下至配水器位置，打開配水器，張開儀器皮碗密封至配水器密封面處，調(diào)節(jié)環(huán)空至25 MPa，并提高油管壓力，驗證封隔器的密封性及耐壓情況，結(jié)果如圖6所示。管柱內(nèi)壓力及環(huán)空壓力有明顯區(qū)別，說明封隔器密封性良好。

圖6 封隔器驗封時間-壓力曲線Fig.6 Packer testing curve

(3)關(guān)閉配水器后油管內(nèi)打壓至20 MPa，觀察環(huán)空無返出后用測調(diào)儀打開配水器；

(4)關(guān)閉配水器后環(huán)空打壓至20 MPa，用測調(diào)儀打開配水器；

(5)將連接環(huán)空的泵入管線移至封隔器上端，將配水器打開，環(huán)空打壓至5 MPa，油管內(nèi)有返出，反洗通道成功開啟。

(6)再次將測調(diào)儀皮碗坐封，油管內(nèi)壓力提高至20 MPa，讀取環(huán)空壓力無變化，驗證洗井后封隔器密封性良好。

(7)井口打壓進行注水測試，水嘴開至全大時，打壓至1 MPa，排量達到1 500 m3/d。

3 總結(jié)

為克服測調(diào)一體分注工藝在應(yīng)用中出現(xiàn)配水器關(guān)閉不嚴、調(diào)節(jié)機構(gòu)承壓或卡堵后打不開等問題，開展了新型測調(diào)一體分注工藝的研究。首先是對測調(diào)一體配水器進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，采用齒輪提高傳動效率的方式，大大減小調(diào)節(jié)扭矩，并且調(diào)節(jié)機構(gòu)采用全封閉潤滑方式，形成對內(nèi)封閉對外防塵的結(jié)構(gòu)，提高調(diào)節(jié)可靠性；同時保留了原配水器的橋式通道、密封面位置等，保證與原配水器的測調(diào)儀能夠兼容；同時實現(xiàn)定期洗井雜質(zhì)防止配水器水嘴堵塞等問題，配套了可反洗井封隔器，封隔器無鋼性錨定裝置，依靠膨脹鋼片錨定，既能承受一定的壓力，又能有效地保護套管。為驗證本次改進工藝的功能性和可靠性，進行了模擬井測試，試驗結(jié)果表明，封隔器密封、承壓、反洗功能良好，配水器與測調(diào)儀能較好地對接，并且在帶壓狀態(tài)下也能較好地開啟、關(guān)閉。本次完善后的測調(diào)一體分注工藝具有水嘴開關(guān)關(guān)閉靈活、調(diào)節(jié)效率高、管柱可靠性高、可定期洗井等諸多優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。