套管井带压测试注入装置设计及试验

尤立忠，刘 鹏，赵立安，初冬军，李国伟，罗 兵

(中国石油大港油田分公司测试公司 天津 300280)

0 引 言

随着环保要求逐步提高，套管井测试带压施工现场在安全、清洁生产方面的需求迫切。目前，带压测试现场使用采油厂提供罐车回收溢流污水并由其处理，罐车使用严重影响测试效率，不但污水需后期处理，且罐容积有限。此外，带压施工在测前开闸门多次出现防喷盒密封根部电缆损伤甚至断裂，引起安全事故。目前利用一套单独的泵入设备，测前在防喷管内注满水解决该问题，同时低注入量井测试时，溢流的产生对资料的测量精度有较大影响，注水装置需要单独运输和放置，严重影响规范施工生产效率[1]。有必要研究一套车载套管井测试带压施工注入装置，满足环保、安全需求并提高低流量资料品质，实现溢流污水收集、注入和测前注水工艺。

1 装置基本功能和技术参数确定

1．1 装置基本功能确定

装置开发的目的是为了解决三个生产问题：一是注入剖面测试前防喷管内注水，降低开闸门风险。二是和测试过程中，对防喷溢流液体实现回收和回注，解决溢流落地的环保风险。三是实现溢流回注，提高低注入量测试资料品质。系统结构安全可靠、稳定性好、便于维护、易于操作。

基于上述需求明确装置的主要功能为测前注水功能；辅助功能为液位报警功能、超压保护功能、自动起停功能。

1．2 装置技术参数确定

装置的开发主要针对带压注入井的测试，因此对大港油田近2a千余口注入剖面测试测试井进行了统计分析，得到数据见表1。

表1 注入剖面测试井及测试过程持续时间统计表

以此确定装置主要技术参数：

1)输出压力：保证溢流水可以回注到高压井筒内，不低于1.2倍最大油压。1.2×28.5=34.2 MPa。

2)输出排量：保证回注量大于溢流量，不低于1.5倍最大溢流量。1.5×14=21 m3/d=0.243 L/s。

3)储水容积：保障测前携带水充满防喷管和测试过程中装置回注功能起动前溢流收集。不低于防喷管内容积的2倍。

在压力为28.5 MPa测试时，对于5.6 mm电缆，仪器串配重为2.5p+10n,p为井口压力，n为阻流管根数，即仪器串质量：2.5×28.5+3×10=101.25 kg。

注入剖面测试方法以氧活化水流测试技术测试仪器串最长：5.7(仪器)+4.8(加重)=10.5 m。防喷管至少需要2.5 m防喷管4根。防喷管内充水容积为：

空防喷管内容积-仪器串体积=0.033-0.012=0.021 m3=21 L 储水容积：21×2=42 L。

4)增压泵功率：W=p.Q/K=35×0.243/0.85=10.01 kW，式中，W为泵功率，kW；K为泵效率，取K=0.85；Q为排量，L/s；p为输出压力，MPa。

5)驱动力功率和驱动源：最低驱动功率应满足W1=K1W=1.05×10.01=10.51 kW，W1为驱动功率;K1为功率储备系数，1.05。

测井工程车原有动力包括利用汽车发动机取力的液压泵和驱动仪器的发电机，即驱动方式有两种：液压和电。车载柴油发电机为8 kW，不能满足泵驱动功率要求。汽车发动机为273 kW,满足装置驱动功率需求[2]。选取液压驱动方式(取力于发动机)。

1.3 功能和基础技术指标

套管井测试带压施工注入装置，适用于压力不高于35 MPa注入井各种测试项目。结合以上统计分析结果，装置需要实现的功能和基础技术指标如下：

1)测前注水功能

2)污水注入功能

3)液位报警功能

4)自动卸荷功能

5)自动起停功能

6)输出压力：≥35 MPa

7)排注入量：≥21 m3/d

8)储液容积: ≥42 L

9)驱动方式：液压驱动

2 装置设计及实施

注入装置主要包括控制系统、动力系统、储液系统、管汇总成等部分，结合测井车有效空间和液压油箱位置，设置于测井车后舱，不影响施工和操作的有效空间[3-4]。 考虑检修和安装方便，装置整体尺寸定为 长0.8 m，宽0.25 m，高1 m。

套管井带压测试注入装置如图1所示。

图1 套管井带压测试注入装置

动力系统为连接车液压系统的液压泵、由其驱动的增压泵和相应液压附件。测井液压绞车也取力于发动机,为不影响该功能,选取双联液压泵,一路仍输出给液压绞车,另一路输出作为注入装置动力系统,输出压力为20 MPa。

储液系统包括储水罐和替清罐，通过管汇和阀与动力系统连接。两罐均采用不锈钢材质，储水罐容积为60 L，替清罐容积20 L。储水罐的进液口、出液口均设置过滤器。异常液位报警器为选择24VDC声光报警。另设有高低液位传感器反馈电信号，用以控制装置自动起提停，高位启动，低位停。

液压增压部分主体增压泵选用柱塞泵增压比为2∶1，三位四通电磁阀控制活塞往复。为确保安全在液压泵和三位四通阀间设计18 MPa溢流阀。为实现测前低压注水功能，并联设置3 MPa溢流阀，该阀启闭用双位双通电磁阀控制。

控制系统以自动手动两种工作模式控制本装置的起停；可紧急制动本装置；面板上有动力系统压力数据显示。管汇总成由各种管汇和阀等组成，提供流体通道和接受控制系统信号保证液路通、断，其标称依据装置参数选取。

3 实施工艺及现场试验

3．1 施工工艺流程

结合装置的功能和现场测井的工序顺序，编制了现场操作工艺流程，用以指导现场装置的使用。

连接管汇：测井车摆放好位置后，连接各管线。防喷管的上端的溢流管线接入装置溢流入口，输出口与放空闸门以高压管线连接。

测前注水：控制面板控制电磁阀1使低压卸荷阀处于工作状态，即防喷管内最高为3MPa，确保实施该工艺时仪器不会顶钻。手动模式启动系统，液压泵6和增压泵2工作，将储水罐内清水注入通过单流阀13从输出口注入防喷管，直至溢流口回液停止，完成测前注水工艺。

溢流收集及回注：将工作模式调整为自动模式，开闸门开始测试作业，防喷系统溢流从溢流液口进入储水罐10，储水罐10内有内部有液位传感器与控制系统连接，液位传感器以电压的形式向控制面板1传送液面高度信息，储水罐中的液面达到第一液面高度阈值，装置自动启动，将储水罐内污水，经过过滤器9通过输出口自防喷装置放空闸门回注到井内。储水罐中的液面低于第二液面高度阈值，则装置自动停止，如此往复，直至完成测井。

清洁保养：施工完成将替清罐11联入，使替清液进入，用于储水罐10和增加泵2的清洁、防腐。

3．2现场试验

Z1512-X井为大港油田采油三厂的一口注水井，注入量80 m3/d，井口油压18.1 MPa。该井同位素示踪测试中应用套管井带压测试注入装置，防喷装置连接后，连接管汇，启动注入功能，防喷管注满水，测前注水功能得以实现。更改管汇连接，启动回注功能，开闸门测试，溢流收集，并完成了自动回注，全程装置运行稳定，无溢流落地[5]。

在随后3口井不同测试项目该装置均得到了较好的应用。通过多井现场试验表明，该装置达到设计要求，系统稳定，操作简单，维护便捷。测试井基本数据和实施效果统计见表2。

表2 装置应用井统计表

4 结束语

套管井带压测试注入装置研制的应用，实现了现测前防喷管注水工艺，有效消减了开井时电缆损伤的风险；实现测井过程中境内溢流的收集并回注，满足了环保的要求；实现全注入量测量，较大提升低注入量井资料品质；有效利用测井车动力和有效空间，规范了现场工艺。