刘秀琪 何文祥
(長江大学 资源与环境学院, 湖北 武汉 430100)
摘 要: 针对大庆油田桥式偏心配水管柱封隔器验封密封率极低问题,分析了常见封隔器验封方法的优缺点。从桥式偏心配水器正常注水及密封段法验封时水流方向入手,讨论了影响桥式偏心配水管柱封隔器验封成功率的主要因素。研究认为封隔器验封时桥式偏心配水器桥式通道依然允许水流通过而无法在密封皮碗上下形成压差,这是导致桥式偏心配水管柱封隔器验封失败的主要原因。优选了西安斯坦公司生产的直读研封仪,分析了该仪器的工作原理,优化了封隔器验封时注水井激动操作方法。应用表明:配合关开关法注水操作使用直读验封仪即能验证桥式偏心配水管柱封隔器密封性。当层段注水量较高皮碗密封后层段压力降低较快,此时不必关开关注水即可判断封隔器密封性。
关 键 词:桥式偏心配水器;封隔器;成功率;密封段;直读验封仪
中图分类号:TQ 055.8+3 文献标识码: A 文章编号: 1671-0460(2019)11-2557-04
Analysis on the Effect of Direct Reading Seal-Examining Device in Verifying the Sealing of Packer of Pipe With Bridge Type Eccentric Water Distribution
LIU Xiu-qi, HE Wen-xiang*
(College of Resources and Environment, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China)
Abstract: In view of the extremely low sealing rate of verifying the sealing of packer of pipe with bridge type eccentric water distribution, the advantages and disadvantages of common methods in verifying the sealing of packers were analyzed. From the start of flow direction of the bridge type eccentric water distributor during normal water injecting or verifying the sealing of packer by sealing section, the main factors affecting the success rate in verifying the sealing of packers of pipe with bridge type eccentric water distribution were discussed. The studies suggest that the bridge channel of bridge type eccentric water distributor still allows the water flow to pass and a pressure difference between the upper and lower sides of the sealing cup cannot be formed during the verifying sealing of packer, which is the main reason for the failure in verifying the sealing of packers of pipe with bridge type eccentric water distribution. The direct reading seal-examining device produced by Xi'an Stan Company was selected, its operational principle was analyzed, and the operation method of injection wells during verifying sealing of the packer was optimized. The application results showed that the sealing of pipe with bridge type eccentric water distribution could be verified by using the direct reading seal-examining device cooperating with method of off-on-off injecting water operation. When the layer water injection was higher, the pressure of the layer reduced faster after the cup was sealed, the sealing performance of packers could be directly judged without off-on-off injecting water operation.
Key words:Bridge type eccentric water distribution; Packer; success rate; Sealing section; Direct reading seal-examining device
分层配注技术井能够最大限度地提高注入水波及范围,提高储层动用程度,保证多层油田开发效果。分层配注井需要依靠封隔器将各个配注层段分隔开来,才能实现各个层段的分层注水。然而长期使用时封隔器胶筒会逐渐失效,因此如何验证封隔器密封性能一定程度上决定了分层注水质量和油田开发效果。
目前,大庆油田上常用的封隔器验封方法有注水套压法、堵塞压力计法、测试密封段法、同位素吸水剖面辅助验封法等4种方法[1]。注水套压法只能验证配水管柱顶部封隔器,使用范围具有较大的局限。堵塞压力计法需要捞出各个层段堵塞器后投入堵塞压力计后才能进行验封,验封时投捞工作量较大,验封结果受堵塞压力计“O”型密封圈密封性能影响不确定性较大,因此堵塞压力计验封法现场使用并不多。同位素吸水剖面辅助验封法受替注时间、测井时机、同位素沾污等影响较大,解释结果只能作为辅助判断[2,3]。因此,测试密封段法仍旧是油田上最常用的封隔器验封方法。密封段法主要依靠皮碗上覆重力或水力压差作用压缩密封皮碗,使皮碗产生横向变形后密封配水器注水通道,地面开-关-开或者关-开-关注水时皮碗上部压力不随着下部压力的变化而变化时证明验封层段的封隔器密封。
大庆油田近年来广泛使用了桥式偏心配水器,桥式偏心配水器设计了四个桥式通道降低了分层测试时的层间干扰[4,5]。然而近年來的验封测试结果表明,采用传统的密封段法验证桥式偏心配水管柱封隔器密封性能时封隔器密封率极低,即便刚刚作业完的注水井验封时封隔器也不密封。密封段法在桥式偏心配水管柱验封中的适用性令人质疑,如何有效验证桥式偏心配水管柱封隔器密封性能成为石油行业急需解决的课题[6-8]。
1 桥式偏心配水管柱封隔器验封存在的主要问题
1.1 密封段法验封方法
采用密封段法验封时首先使用试井钢丝将测试密封段下入井筒内,密封段在球座处遇阻后,依据遇阻深度与施工设计上的球座深度进行相对深度校正,上提密封段过最后一级配水器。密封段经过配水器时划开凸轮、释放定位爪,过配水器2 m左右后缓慢下放密封段,进入配水器后密封段定位爪支撑在配水器支架上,皮碗在上覆重力、水力压差作用及惯性作用下继续向下运动而产生横向变形,从而密封配水器主通道(图1)。按规定测试时间在地面开-关-开或者关-开-关注水。上提密封段经过倒数第二级配水器时重复上述操作,直至完成最顶部封隔器验封后起出密封段(图2)。软件回放验封仪内的测试数据,当验封层段的地层压力不随着油管压力的变化而变化时证明该层段封隔器密封。
1.2 桥式偏心配水器结构
分析密封段法在桥式偏心配水管柱验封的不适用性前必须了解桥式偏心配水器结构,桥式偏心配水器主要由上接头、连接套、偏孔、堵塞器、工作筒主体、支架、导向体和下接头等组成[10-12]。其中配水器的过水通道可以分为中心通道、偏心主通道和桥式通道3种,桥式通道有4个。
正常注水时注入水同时流经配水器的主通道和4个桥式通道,一部分水流(绿色)经主通道从配水器过水孔、堵塞器水嘴上返,经上部的过流孔进入油套环形空间再进入油层;另一部分水流(蓝色)经桥式通道流向下部配水器[13-16](图3)。
1.3 验封时存在的主要问题
从密封段法验封的原理可知,地面开-关-开注水时在密封段皮碗上下能否形成压差是判断封隔器密封的关键。桥式偏心配水管柱验封时尽管皮碗密封了配水器主通道,但是由于4个桥式通道的存在,仍然会有水流通过桥式通道流向下一级配水器。那么,开-关-开法验封时就很难在密封段皮碗上下产生压差,验封必然失败。桥式通道的存在也使水力压缩式密封段的皮碗因缺少足够的压差不能充分压缩而无法彻底密封配水器主通道,也会导致验封失败。因此,桥式偏心配水管柱封隔器验封的关键首先是密封配水器主通道,其次是在密封皮碗两端形成压力激动源。从流经桥式配水器的水流方向可知,如果能够彻底密封配水器主通道采用关-开-关法验封仍旧是可行的。
2 直读验封仪工作原理
2.1 直读验封仪电路原理
直读验封仪电路部分采用模块化设计,包括主控板、电机和磁定位模块、压力温度采集模块四部分。主控板的功能是发码和控制指令的接收;电机磁定位模块的功能是驱动电路接收指令后控制电机发出开臂和收臂动作;磁定位模块的功能是接收仪器经过井筒时产生的磁通量的变化信号,信号经过数模转换后传输到地面,经软件绘制成磁性定位曲线,方便进行深度校正;压力温度采集模块的功能是采集压力和补偿温度值[17,18]。
2.2 直读验封仪机械运动原理
直读验封仪密封段主要由电机、减速器、连轴器、定位臂、滑块、推杆、皮碗等组成。
开臂时约束定位臂的滑块移开,定位臂张开;开臂行程中滑块没有对推杆施加推力,为空行程。定位臂坐入配水器支架后,电机驱动丝杠滑块,滑块推动推杆压缩皮碗;从而密封配水器主通道。单层验封完毕后收臂,收臂为开臂的逆过程(图4)。
直读验封仪可以通过地面控制器实时观测验封效果,如发现不封可重新坐封,排除坐封原因导致的验封失败。电机控制皮碗的压缩量,可保证坐封到位(图5)。避免了机械式密封段靠重力进行坐封不到位的情况,也可避免水力压缩式密封段因皮碗上下压差不够坐封不严的情况。设计了预泄压通道,在解封前平衡了油压和套压,能够减少皮碗所受到的压力,从而减小皮碗的磨损,延长皮碗寿命。
2.3直读验封仪验封过程
将直读验封仪与单芯电缆连接调试正常后,下放时使用验封仪自带的磁性定位仪测试井下工具位置,深度校正后將验封仪下放到待验封目的层段配水器上方后,经地面控制系统发出指令,控制模块解码后电机带动传动轴转动释放定位臂,定位臂坐入配水器支架后,电机继续转动使密封段上下皮碗继续压缩而扩张,完全密封桥式偏心配水器工作筒内壁。在地面进行关-开-关注水操作,此时可由地面数据采集处理系统实时观测井下验封状况。验封完成后地面发出指令,电机反转皮碗收回实现解封,电机继续转动收回定位臂,转而进行下一层段验封。
3 应用效果评价
A井2016年2月转注,采用桥式偏心配水器与Y341-114可洗井封隔器组合管柱注水,为三级三段配水结构。注入量40 m3/d,注入压力10.95 MPa,泵压15.5 MPa。2017年首次采用普通密封段验封均失败,改用西安斯坦公司直读验封仪、配合关-开-关法验封成功。从验封曲线可以看出地面关-开-关注水时地层压力没有随油管压力变化而变化,说明各封隔器密封性能良好,验封过程中地层压力并没有发生较大幅度的降低,说明该井吸水能力一般。
大量的验封实验表明,采用直读验封仪密封配水器主通道后,当层段吸水量较大时地层压力会发生快速降落,地面操作系统上即可观察到地层压力曲线与油管压力曲线不同步变化,不必进行关-开-关操作即可证明封隔器密封。直读验封仪的地面操作系统使验封过程更直观,便于观察井内密封段密封状况,方便注水压力的调整,验封效率较高(图6)。
4 结 论
采用重力压缩或水力压缩式密封段坐封桥式偏心配水器时,桥式通道正常过水导致皮碗无法彻底密封配水器主通道,开-关-开或者关-开-关注水操作激动效应失效,导致验封失败。
采用直读验封仪可彻底密封桥式偏心配水器主通道,操作时地面操作系统可以直接观察井下密封段密封过程,方便调整注水压力。使用直读验封仪,配合关-开-关注水操作能够实现桥式偏心配水管柱的封隔器验封,验封效率较高。层段吸水量较高时,不必进行关-开-关注水操作即可实现验封判断。
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