大斜度分注井测调一体化工艺配套研究与应用

赵钦瑞，龙远强，李 兴

(中国石化江苏油田分公司采油一厂，江苏 扬州 225265)

江苏油田采油一厂井斜在35°以上的注水井的数量逐渐增多，大斜度井分注[1-2]、测调[3]工作的重要性日益凸显。2003年以来通过引进、攻关，解决了部分技术问题，但工艺对水质的要求高，现场大斜度分注测调仍然存在一些问题，主要有：①投捞成功率较低，大斜度偏心分注井投捞成功率仅为74%左右；②测调效率低，需要捞死嘴、投水嘴、测试等工序，单井测调合格需投入的投捞、测试工作量约需5.0井次；③层段合格率低，大斜度分注井层段合格率为60%左右，远低于平均水平；④分注管柱有效期较短，大斜度分注井底部球座漏失问题较突出。亟需研究一种测调效率高的分层注水技术。

1 同心测调一体化工艺研究

1.1 工艺原理

同心测调[4]工艺由同心可调配水技术、在线测调技术[5]和地面控制技术组成，研制与配套了同心可调配水器、电动测调仪、电动验封仪、地面控制器。同心可调配水器与分注管柱一起下入，内部装有可调水嘴，可实现分层流量的调节；电动测调仪由电缆下入井下，与同心可调配水器工作筒对接，控制配水器水嘴动作进行流量调节；电动验封仪由电缆下入同心可调配水器内实现封隔器验封；地面控制器通过电缆获取井下压力、流量、温度数据，并对验封仪和测调仪进行在线控制。

1.2 管柱结构和特点

井下工艺管柱与常规分层注水管柱类似(图1)，主要由同心可调配水器、可洗井封隔器、 单流阀、筛管等构成，常用的管柱为一级二层(段)、二级三层和三级四层。根据井深情况可设计油管锚定器，封隔器上或下设置扶正器。

图1 井下工艺管柱

管柱特点：

(1)井下测调采用居中对接，受井斜影响小，对斜井适应性强。

(2)可调水嘴与配水器设计为一体，分注级数不受限制，可满足多级分注要求。

(3)配水工具上设有桥式通孔，实现停层不停井功能，提高测试准确率和测试效率。

(4)配水器内活动水嘴具备关闭功能，封隔器坐封后即可进行测调，无需投捞死嘴。

(5)工艺管柱可满足同位素测试。

1.3 测调技术

分层验封[6]：电动验封仪用电缆投放到目的层段的同心可调配水器主体中，双探头压力计通过配水密封段设定的通道分别测取对应地层压力、油管内压力；通过改变油管中的压力，观察地层压力变化情况，若不随管内压力变化则密封，否则失效，地面可显示验封情况。仪器密封皮碗的张、缩为电动控制，验封仪可以对任意层段进行测压，也可以实现任意层段的分层测压。

分层流量测试：利用电缆连接井下测调仪，下入井下同心可调配水器之上，地面控制测调仪将调节臂打开，下放，机械臂与同心配水器调节机构对接，地面显示器实时显示该层流量、压力、温度等参数，流量与配注量不匹配时，地面发出调节指令，控制仪器调节臂旋转，调节可调水嘴的开度实现流量调节，直至合格，重复上述动作对其它层位流量进行调配。

1.4 同心可调配水器研制

1.4.1 结构设计

同心可调配水器结构如图2，主要由上接头①、本体②、外护筒③、水嘴调节套④、第一密封圈组件⑤、活动水嘴⑥、固定水嘴⑦、第二密封圈组件⑧、固定水嘴座⑨、螺环⑩、下接头等部件构成。

图2 同心可调配水器结构

1.4.2 工作原理

将测调仪用电缆下放坐入到同心可调配水器内，仪器的驱动锥体便可带动水嘴调节套④通过梯型螺纹做上下运动，从而带动活动水嘴⑥在固定水嘴⑦中间同时上下运动，起到调整固定水嘴⑦出水口大小的作用，从而调节注水量的大小。同心配水器工作筒中的固定水嘴⑦和活动水嘴⑥的配合间隙很小，全关闭时可承压30 MPa以上。

1.4.3 主要特点

(1)居中对接设计：活动水嘴组件设计于配水器中心通道内，与配水器轴线一致，测调时仪器与其居中对接，不需要导向定位，在大斜度井中测调成功率高。

(2)一体化结构设计：将活动水嘴与同心配水器设计为一体化结构，多级分注时配水器内通径一致，可单独调配任意层，便于分层测调、验封及同位素测试，分注层数不受限制。

(3)全关闭设计：活动水嘴下部设计了“O”型密封圈密封，可实现完全关闭，能承压差40 MPa，满足分注管柱坐封要求，无需投捞死嘴，即可进行测调。

(4)桥式通道设计：配水器主体上留有桥式通孔，可实现停层不停井功能，测试某层时不影响其它层注水。

(5)防卡死设计：活动水嘴完全打开与关闭后有对应脱开机构，防止卡死。

(6)防砂卡设计：活动水嘴与固定水嘴间隙设计为0.05 mm，在工作筒转动机构內注满硅油，可有效防止砂卡。

(7)耐磨损、抗腐蚀设计：可调水嘴等关键部位选用耐磨损、抗腐蚀的司太令合金材料，在高温下，保持较高的硬度和强度。

(8)高精度调配设计：出水口形状设计为类三角形结构(图3)，调节距离为0～16 mm，相应调节过流面积范围为0～50 mm2，在10 MPa压差下调节最小流量可达3.7 m3/d，满足油田层间差异大、配注量小的分注调配要求。

图3 配水器出水口形状

2 工艺完善及配套

2.1 防斜防砂球座研制

同心测调一体化工艺中，井下应用Y341封隔器进行层位的封隔，需要在分注管柱底部设计单向球座，阀球依靠重力作用入座在阀座上进行密封，在大井斜情况下，阀球关闭滞后，造成底部管柱漏失。研制新型的底部球座，在大井斜状况下阀球能够及时入座，又具有沉砂的效果，主要由上接头①、阀罩②、阀球③、阀座④、阀体⑤组成(图4)。

(1)防斜设计：设计了特制阀罩，控制阀球与阀罩径向间隙，限制阀球摆动幅度，同时限制阀球升降高度；加深了阀座上与阀球配合的倒角，以便阀球入座。工作时油管内液流下行，经固定阀特制阀罩液孔进入阀罩中心孔，液流经阀罩中心孔导向，液力直接作用于阀球顶部，使阀球快速关闭，从而解决大斜度井阀球关闭滞后问题。

(2)防砂设计[5]：阀罩上端设计有防砂帽A,阻止砂粒进入阀罩内；阀体上部设计了环形沉砂槽B，沉砂槽内设计了腰型沉砂通道D，与下部连通；沉砂槽内设计有沉砂斜面E，以方便砂粒沉积，进入防砂球座下部连接的尾管中。

(3)反洗井设计：阀体上设计了反洗井通道C，与阀座底部连通。反洗井通道设计为斜形，可防止砂粒在阀座底部积聚。

图4 防斜防砂球座结构

2.2 地面监控系统

为提高测调联作的效率，满足地面直读、现场控制的技术要求，设计配套了集供电、地面控制、数据采集、数据处理于一体的可视化智能控制系统。采用相对经济的Ф3.5 mm铠装电缆作为系统信号的传输媒介，配备笔记本电脑作为系统的显示终端，实现井下和地面双向通讯、地面直读控制。

地面监控系统主要由供电模块、主控制模块、程控电源模块组成。系统供电模块给整个系统供电，主控制模块通过程控电源模块给井下测调仪器供电，同时主控制模块实现上位机软件与井下仪之间的数据通信和命令控制。

2.3 液压防喷举升装置

注水压力较高的分注井进行测试时，测试仪器需要增加加重杆，现场需要人工安装好防喷管，再将仪器串人工举升放入防喷管内；测试过程中，还需要人工上操作平台用扳手调节防喷头密封盘根压帽，具有安全风险。为解决上述问题，配套了液压防喷举升装置，主要由液压举升机构、防喷管、防喷头、天滑轮、地滑轮、由壬组件、油压泵组件等七大部分组成(图5)。

3 现场应用与效果

大斜度分注井测调一体化工艺在陈堡、沙埝、真武油田11口井现场应用，取得较好的效果。

3.1 提高了大斜度分注井测调成功率及测调效率

同心测调一体化工艺受井斜的影响小，11口井斜在35°以上的分注井应用该技术均测调成功，测调成功率达到100%，较常规工艺成功率提高了25.7%，层段合格率由64.8%提升到100%。

针对江苏油田采油一厂井斜大于35°的分注井测调情况进行统计，2012年至2014年，单井测调合格投入工时平均为17.1 h。而上述11口试验井均测调合格，共投入工时58.3 h，单井测调工时平均为5.3 h，测调效率提高了222.6%(表1)。

3.2 延长了分注井有效期

对大井斜分注管柱工艺进行了优化后，新型防斜防砂球座解决了大井斜分注工况下底部球座的漏失问题，同时又具有沉砂的效果。陈2-33、陈2-34、陈2-65三口井最大井斜56°，平均井斜50.4°，应用该工艺技术后，陈2-33井分注管柱有效期已达483 d，较同类应用普通球座的分注井管柱有效期延长68 d，目前仍然有效。

图5 液压防喷举升系统

4 认识与结论

大斜度测调一体化工艺配套的成功应用，使我厂分层注水工艺取得了重大技术进步：

(1)同心测调一体化工艺，将可调水嘴和配水器工作筒设计为一体，集合了空心配水适应大井斜、偏心配水可单独测调任意层的两种工艺技术优势，解决了大斜度分注井测调成功率低、效率低的问题。

(2)研制的测调仪器其性能可靠，对接成功率高，实现了地面直读，井下测调同步。

(3)改进完善了同心测调一体化工艺，提高了工艺的适应性。

参考文献：

[1] 王丽莉，郭玉强．大斜度井分注技术研究[J]．石化技术，2016，23(6)：160、173.

[2] 宋祖厂，刘扬，盖旭波，等．桥式同心分注技术及其在深斜井中的应用[J]．石油矿场机械，2013,42(7)：62-65.

[3] 李常友．胜利油田测调一体化分层注水工艺技术新发展[J]．石油机械，2015，43(6)：66-70.

[4] 耿海涛，肖国华，宋显民，等.同心测调一体化分注技术研究与应用[J].断块油气田，2013，20(3)：406-408.

[5] 周长军，贾慧丽，黄强，等．分层注水井智能测调联作技术在中原油田的应用[J]．石油仪器，2010，24(5)：48-50.

[6] 李青峰，陶晓东，侯万滨，等．偏心分注验封及分层测试技术的应用研究[J]．油气井测试，2014，23(5)：53-55.