海上油田有缆式测调一体化注水工艺及应用

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(1.中海油研究总院有限责任公司，北京100028；2.海洋石油高效开发国家重点实验室，北京100028)

现有注水井测调工艺主要包括传统测调工艺[1-5]、边测边调工艺[6-7]和智能测调工艺[8]，在适用井斜、层数、测调原理[4，5]等方面各有差异，但测调过程均需依赖钢丝或电缆作业。对于海上油田，一方面，钢丝电缆作业成本高，又不允许经常占用顶甲板进行钢丝电缆作业，导致测调周期长，注水合格率不高，无法实现高效注水。另一方面，钢丝电缆作业受井斜的限制，无法满足日益增多的大斜度井、水平井注水测调的需要，以至于现有注水工艺技术无法满足海上油田日益增多的注水需求。通过海上油田有缆式测调[9-10]一体化注水工艺的研究，既可以根据层位的吸水能力实时进行调配，又可以实时监测井下各层位注水压力，保证注水效果及注水安全。

1 系统组成

海上有缆式测调一体化注水工艺主要包括井下工具和地面控制2大部分。井下工具部分包括恒流量注水阀、一体化电动可调水嘴、差压流量计；地面控制部分包括地面控制器、中控以及数据处理分析系统。如图1。

图1 有缆式测调一体化注水工艺组成示意

2 技术原理

海上有缆式测调一体化注水工艺是一种通过地面控制实现井下分层参数实时监测及调配的新技术，由地面控制器通过预置电缆控制各井中的恒流量注水阀工作，完成参数监测和水量调整。通过安置在中控室内的电脑集中控制，实现远程操控。该工艺技术可以最大限度地提高注水合格率，实现高效注水。同时还可实现封隔器的验封，实现了免钢丝电缆投捞作业，特别适用于海上油田大斜度井和水平井。

3 主要技术特点

1) 无需传统的钢丝、电缆作业投捞井下工具，适合于各类井型，不受井斜的限制。

2) 可实时、直观地监测和调整分层配注量，调配更加及时和快捷，分注合格率高。

3) 可实时监测层位压力，若超压注水可及时报警并关闭水嘴，避免注水安全事故的发生。

4) 注水阀采用电缆供电，相比电池供电方式，寿命更长。

5) 可分注层数8层。

4 关键工具

4.1 恒流量注水阀

4.1.1结构设计

井下恒流量注水阀结构如图2所示，由上电缆头接口、上接头、过流通道、验封短节、一体化可调水嘴、电机、流量计短节、控制短节、下电缆头接口和下接头等组成。

图2 恒流量注水阀结构示意

上接头与过流通道和流量计短节相连，流量计短节与一体化可调水嘴相连，过流通道为本层和其它注水层提供流水通道，电缆通过上电缆头进入恒流量注水阀内部，为本层恒流量注水阀供电。通过下电缆头引出恒流量注水阀，流量计短节将测量数据传送给控制短节，控制短节将预设流量与实际测得的流量数据比较，若实际流量误差超过允许误差限度，则控制电机转动，改变一体化可调水嘴开度，完成流量调节。

4.1.2技术参数

1) 外径ø114 mm，内部过流通径ø40 mm。

2) 单层流量调节值0～1 000 m3/d。

3) 本体耐压60 MPa。

4) 能够完成数据通讯、压力、温度、流量的实时监测、流量调控、验封等功能。

4.2 一体化可调水嘴

4.2.1结构设计

一体化可调水嘴结构可以分为密封腔、活塞、密封圈、出水口、连杆、进水口、行程开关、传动轴、霍尔传感器、磁钢和电机减速器总成几个部分，如图3所示。

图3 一体化可调水嘴示意

当调整水嘴时，电机高速旋转，通过多级减速器后转速达到2 r/min，通过连接的丝杠，将圆周运动转换为直线运动，带动陶瓷水嘴上下运动，从而改变出水孔的节流面积，最终达到控制水量的目的。

4.2.2技术参数

1) 单层流量控制值0～1 000 m3/d。

2) 压差在20 MPa内水嘴可顺利开启。

3) 水嘴采用高强度陶瓷结构。

4) 当量通径0～ø22.6 mm。

5) 总行程29 mm。

5 应用情况

5.1 前期适用性分析

在前期研究设计中，以海上W油田为例，根据油藏要求，有2口注水井需要分3层注水，注水层位为中低渗储层ZJ-1L、ZJ1-2U、ZJ1-3U，井斜在70°左右，属于大斜度井。2口大斜度井注水相关参数如表1所示。

表1 海上W油田大斜度井注水井配注量

根据目前的调研和应用情况，能满足的W油田分层注水工艺有连续油管测调、智能完井、有缆式测调一体化注水工艺。针对上述3种技术进行经济性比选，技术特点及初期投资如表2所示。

表2 海上W油田大斜度井注水工艺特点及初期投资对比

从初期投资对比来看，连续油管偏心测调初期投资费用最低，智能完井投资最多，有缆式测调技术投资居中。根据有缆式测调技术特点，该技术更易于管理，且测调效率高，虽然单井初期投资需增加￥150万元，但后期能减少约￥420万元/(井·次)的连续油管修井费用。考虑油田全寿命周期内的经济效益，建议在前期研究设计中采用有缆式测调一体化注水工艺。其注水管柱如图4所示，定位密封以上采用88.9 mm(3英寸)油管，定位密封以下采用73.0 mm(2英寸)油管。

图4 W油田注水井分层注水管柱

有缆式测调一体化注水工艺解决了大斜度井、水平井分注难题，实现了注水井井下流量的实时监测和自动调配，保证注水安全，满足海上油田精细高效注水，节省后期调配作业，提高项目经济效益，推动海上油田的高效开发。特别是对中低渗油田以及边际油田的分层注水，更值得推广应用。

5.2 现场应用

目前，有缆式测调一体化注水工艺技术已在陆上大斜度试验井进行了相关试验，整体工艺达到预期效果，满足设计要求。截止2017-06底，有缆式测调一体化注水工艺技术在海上油田共应用2口井。分层注水管柱如图5所示，分注层段均为2层，其分层配注量及注入层位如下：M井400 m3/d(NmI3)、1 000 m3/d(Nm03+4)，N井为250 m3/d(NmIII1)、200 m3/d(NmIII9)。

图5 有缆式测调一体化分层注水管柱

根据注水管柱组合摩阻计算(如表3)及分层配注量要求，考虑到注水管柱井筒摩阻损失、能耗及地面注水泵能力，M井采用“顶封以上88.9 mm(3英寸)油管和顶封以下73.0 mm(2英寸)油管”注水管柱，N井采用“顶封以上88.9 mm(3英寸)油管和顶封以下73.0 mm(2英寸)油管”注水管柱。

表3 不同注水管柱组合摩阻计算

表3(续)

下入有缆式测调一体化注水工艺管柱后，分层注水测调情况如表4所示，最大井斜67.3°，属于大斜度井，施工成功率100%，有缆式测调精度达到80%以上。

表4 海上油田有缆式测调一体化工艺技术分层配注量情况

图6～7所示为海上油田有缆式测调一体化注水工艺技术的分层配注量和水嘴运行时间。其中，单层配注量最大达到800 m3/d，水嘴截止目前运行时间700 d，各项指标运行正常，实现了井下流量的实时监测和注水量的自动调整，保证了分层注水合格率，减少了后期的调配作业以及修井费用。有缆式测调一体化注水工艺技术较成熟，达到现场推广应用水平。

图6 M井分层配注量曲线

图7 N井分层配注量曲线

6 结论

1) 有缆式测调一体化注水工艺不依靠钢丝电缆作业，解决了海上油田大斜度井、水平井分注难题。

2) 有缆式测调一体化注水工艺已在海上油田成功应用，技术可靠，实现了井下流量的实时监测和注水量的自动调整，减少了后期的调配作业以及修井费用，实现了海上油田的精细高效注水。

3) 在前期研究设计中，有缆式测调技术可提高项目经济效益，推动油田高效开发，特别是针对中低渗油田及边际油田的分层注水开发，具有广阔的应用前景。

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