步进快速调节式同心分层注聚器研制与应用

邢继爽，王 岩，李东雷，刘致维，李 欢

1大庆油田有限责任公司第五采油厂，黑龙江 大庆

2青海油田采油一厂采油工艺研究所，青海 海西

1. 引言

油田注聚开发采用单管偏心分注技术作为分层注入的主体技术已在各大油田大面积推广应用[1] [2][3]。目前，采油X 厂共有聚驱注入井1162 口，分层550 口，平均分2.4 层，测试周期3 个月，单井测试时间4.5 天计算，年测试工作量2200 井次[4]。近年来，随聚驱规模的不断扩大，聚驱分注井数和测试工作量逐年大幅增加，测试工作量与现有测试能力之间的矛盾日益凸显[5] [6]。采油X 厂共有聚驱分注井550 口，主要采用偏心分层注聚工具，测试过程中需反复起下工具，目前存在如下两个主要问题。

1) 投捞难度及工作量大

偏心分注技术在测试过程中需对控制层进行反复投捞，受聚合物长期注入影响，杂质多，投捞时常出现捞不着、投不进去的现象，投捞一次成功率仅50%，远低于常规水驱井的一次投捞成功率，受注入稳定性因素的影响，测试周期内平均单层投捞次数为3.5 次，高于常规水驱井。

2) 测试效率及成功率低

受聚合物影响，每次投捞更换节流元件后需稳定1～2 天才能进行流量测试，导致起立防喷管次数增加。受聚合物团和杂质影响，测试仪器井下测试存储地面回放的方式成功率低，在很大程度上影响了测试效率。

随着聚驱开发的不断深入，实现聚驱分注井免投捞测试、流量的连续调节和地面直读是必然趋势[7][8] [9]。为此，为提高聚驱分注井的测试效率，降低单井测试成本，缓解测试压力，研制步进快速调节式同心分层注聚器。通过改变聚驱分注井的节流控制方式，实现测试过程中免投捞和同步测调，提高测试效率和成功率，满足生产需要。

2. 步进快速调节式同心分层注聚器

如图1，同心分层注聚技术工艺主要由地面调控装置、单芯电缆、测调仪和同心注聚器组成[10] [11]。步进快速调节式同心分层注聚器作为技术核心，随作业管柱下入井下指定位置，需要进行流量测调时，利用高效测调车通过Ф3.2 mm 单芯钢管外铠通讯电缆将同心测调仪下至井下与目的层同心注聚器同轴对接，实现地面直读和快速调节，通过地面测试调控装置实时读取井下目的层流量值。

Figure 1. Schematic diagram of process principle of concentric layered polymer injection technology图1. 同心分层注聚技术工艺原理示意图

该工艺采用同心对接、节流元件偏心安装的设计形式，在主体周向设置有8 个节流元件安装孔，用于安装具有不同阻尼槽数量的节流元件-梭形杆，此外在均布位置设有1 个空位，与8 个安装孔呈均布状态，用于控制该层停注。同心测调仪通过电缆下放到位后，打开定位爪，对接在导向筒上面，测调仪两侧的防转块卡进导向筒的防转槽内。测调工具的调节头与调节套上的对接槽对接，然后带动调节套转动[12]，在调节套下端设置1 个注入孔，发生旋转时调节套上的注入孔对应不同的节流元件安装孔，可实现节流元件周向步进调节，从而达到对注入量的调整。

调节套上部设置有9 个圆孔和2 个钢球，9 个圆孔与节流元件安装孔一一对应，在旋转的同时钢球与不同的圆孔配合，对应与不同的注入量。钢球和圆孔之间设有弹簧，用于增大调节扭矩，调节过程中会产生扭矩波动，在地面以电流波动的形式体现，以此来对应不同的注入量，从而实现各层注入量的步进快速调节(图2)。

Figure 2. Structure diagram of step regulating concentric polymer injector图2. 步进调节式同心注聚器结构图

主要技术指标：工具长度700 mm；最大外径Φ114 mm；内通径Φ46 mm；最大承压25 MPa；单井测试时间低于3 天。

为明确该工艺的有效性，对该工艺进行了现场试验。现场试验过程中发现应用步进调节式同心注聚器在井下偶尔出现调不动的问题，分析主要原因为调节套上端圆孔与钢球配合处的弹簧进入杂质后无法压缩，导致调不动，为此将其定位方式进行优化，在密封盘外侧设计与节流芯相对应的9 个凹槽，在凹槽对应位置处增加定位销子，销子末端设计弹簧。同时在两个凹槽一侧没有过渡斜面，分别对应水嘴的最大和最小位置。当密封盘旋转到该位置时不能继续转动，只能反向旋转，这样就会给地面操作人员一个提示，用来判断水嘴最大和最小位置。改进前后结构图如图3 和图4。

Figure 3. Schematic diagram of the original positioning scheme图3. 原定位方案示意图

Figure 4. Schematic diagram of improved scheme图4. 改进后方案示意图

3. 现场应用

选定连续调节式同心注聚器进行现场应用，并进行了验封和调测，验封均密封，密封率100%；如表1，根据调测7 井次统计结果，平均单井用时2.8 天，累计调测层段30 个，合格30 个，全井和层段测试合格率均为100%；累计同轴对接115 次，一次成功111 井次，一次对接成功率96.5%。

Table 1. Statistics of on-site survey表1. 现场调测情况统计表

单井验封和调测实例：X1 井于2019 年9 月20 日下入连续调节式同心分层注聚器，分两层注入，2个层的注聚器开度均为最大，于2019 年9 月24 日下入直读验封仪进行验封，验封曲线显示封隔器密封，验封曲线如图5 所示：

Figure 5. Seal inspection curve of well X1图5. X1 井验封曲线

2019 年11 月8 日下入测调工具进行流量测试，测试曲线如图6 示，将测试的各层注入量与配注量进行比对，发现偏2 实注53 m³/d (配注60 m³/d)，偏1 实注11 m³/d (配注5 m³/d)。

Figure 6. Test curve before well X1 adjustment图6. X1 井调前测试曲线

将偏开度缩小，降低偏1 注入量，稳定后测试曲线如图7 所示：偏2 实注58 m³/d，偏1 实注6 m³/d，满足配注要求。

Figure 7. Test curve of well X1 after adjustment图7. X1 井调后测试曲线

聚驱工作的逐步开展，X 厂聚驱注入井数逐年增加，预计2023 年总井数达到1288 口，分层井数达到692 口，年测试工作量4000 井次以上，需组建聚驱测试班组69 个。在聚驱分注井中推广应用同心分层注聚工具，单井测试时间由4.5 天缩短至2.8 天，测试效率提高37.8%，可节省测试班组25 个。由于测试效率及成功率的提高，使分层注入效果得到改善，连通油井井组累计增油3793 吨，累计创效973 万元。

4. 结论

1) 设计了步进快速调节式同心分层注聚器，将不同槽数的节流元件预置在同心分层注聚器内，实现流量步进可调。

2) 采用配注-堵塞器一体设计思路，旋转调节套即可改变聚合物注入量，避免了反复投捞堵塞器来调注入量的繁重工作；采用堵塞器与配注器同心设计，避免了传统偏心设计时堵塞器捞不着、投不进去而工作量大、测试效率低问题，利用地面同心测调工艺可方便调节。

3) 试验井全井和层段测试合格率为100%，对接一次成功率96.5%。在聚驱分注井中推广应用同心分层注聚工具，单井测试时间由4.5 天缩短至2.8 天，测试效率提高37.8%。