测调一体分注技术的完善与试验研究

吕国胜，杜晓霞，王天慧，郭宏峰，王殿武，赵广渊

(1.中海石油(中国)有限公司渤中作业公司，天津 300459； 2.中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津 300459)

随着油田开发主体进入注水开发中后期，层间矛盾和吸水差异性日益突出，实施分注已成为油田精细开发、提高采收率和水驱动用储量的主要技术手段。多年来，为深度挖潜新老区开发效益、提高整体分注水平，相继开展了钢丝投捞分注、桥式偏心分注、测调一体分注、同心双管分注、平行双管分注、智能分注等技术的研究与应用，受工艺管柱结构复杂、现场施工繁琐及投入成本较高等原因影响，测调一体分注工艺得到广泛应用。测调一体分注工艺凭借其测调成功率高、管柱有效期长等优势，较好地解决了钢丝投捞分注测调难度大及智能分注可靠性不高的问题，但其在应用过程中也发现如配水器关闭不严、水嘴打不开等问题，为此研究改善了测调一体分注工艺[1-7]。

1 新型测调一体分注系统总体方案设计

1.1 测调一体分注工艺

测调一体分注技术是采用测调联动的方式进行流量测试与调配，通过地面仪器监测流量、压力等参数，根据实时监测到的数据调整配水器水嘴大小直至达到各层配注量。该工艺由测调一体配水器、井下测试仪器和地面控制系统等组成，如图1所示。该系统具有井下测调、地面直读功能。电缆带测调仪入井，测调仪测得的井下流量、压力、温度等数据信号通过电缆传输至地面；调配时，测调仪准确定位到目标配水器后通过电缆传输地面控制命令，控制电机转动使调节臂旋转带动配水器柱塞套升降，使调节套产生位移，从而达到控制水嘴开关大小的目的[6-9]。

图1 新型测调一体分注工艺系统Fig.1 A new integrated injection system for measurement and modulation

1.2 系统总体设计

目前应用的测调一体分注工艺调配主要是采用调节外套带动内套移动的方式或调节转子使定子让出过流空间的方式。2种调节方式在井况较差的情况下，都易出现砂卡或杂质堆积后导致配水器关闭不严或水嘴打不开的问题，从而最终影响注水效果。

本次研制的新型测调一体分注工艺仍采用测调联动的方式，结合现场使用出现的问题，优化完善了配水器结构及配套可反洗井封隔器。配水器采用低传动比及全密封的传动方式，即使在测调仪低扭矩的情况下，也能有效避免水嘴打不开的情况发生；同时配套可洗井封隔器改善井况，从而提高工艺的可靠性，延长管柱有效期[4-7]。

2 主要设备研制

2.1 测调一体配水器的研制

为提高测调一体测调成功率及注水实施效果，研制了新型测调一体配水器。新型测调一体配水器主体结构包括上接头、定位槽、外筒、旋转套、轴杆、密封柱、下接头等。

2.1.1 工作原理

测调一体配水器示意图如图2所示。当需要测调时，由电缆带测调仪进入油管，到达配水器上端时，通过地面控制器给测调仪发送指令，让配水器的定位爪张开，继续下放测调仪进入配水器主通道，使定位爪坐在配水器的定位槽上，测调仪的调节爪卡在调节孔上，此时在地面继续给测调仪发送指令，使测调仪正转或反转，从而带动旋转套转动，旋转套上的齿轮与轴杆上的小齿轮咬合， 旋转套转动的同时带动轴杆旋转，同时密封柱塞进行升降运动，从而调整从水嘴流出的液体流量[7-12]。

图2 测调一体配水器示意图Fig.2 Schematic diagram of measurement and modulation integrated injection distributor

2.1.2 关键技术

与普通测调一体配水器相比，新型测调一体配水器采用同心旋转套带动偏孔柱塞调节机构，旋转套筒齿轮最大直径为52 mm，轴杆堵塞器齿轮最大直径为20 mm，传动比近似于0.4，由于结构的改变调节扭矩能较普通测调一体配水器减小2.5倍(见图3)。

图3 齿轮调节示意图Fig.3 Schematic diagram of gear adjustment

为解决水嘴密封不严的问题，在密封柱塞采用防尘圈，密封的同时可刮掉出水口管壁上的杂质或油污，对密封柱塞进行硬度及表面处理，实现高压密封。

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2.1.3 技术特点及参数

(1)技术特点

①可调水嘴一体化设计，无需钢丝投捞作业；

②测调联动同心对接，降低了井深、井斜、结垢等对测调的影响，提高了测调成功率；

③兼具普通测调一体配水器优点，与之前的测调一体分注测调系统兼容，无需重新设计加工配套工具、仪器；

④水量调节采用同心调节、偏心传动的方式，大大减小了调节扭矩；

⑤传动系统采用全封闭润滑方式，具有防锈蚀、防结垢、水嘴防卡、降低调节扭矩的功能。

(2)技术参数

表1 新型测调一体配水器主要技术参数Table 1 Main technical parameters of the new measurement and modulation integrated injection distributor distributor

2.2 高温高压注水封隔器

配套研发的高温高压注水封隔器能满足深斜井分注需求，该封隔器主要由坐封机构、密封机构、洗井机构和解封机构组成，如图4所示。

图4 高温高压注水封隔器Fig.4 High temperature and pressure water injection packer

2.2.1 工作原理

封隔器主要采用多级活塞坐封，坐封力由7 t增大到14 t，提高坐封可靠性；停注时，封隔器自锁装置自动锁紧，即使释放掉油管的坐封压力，封隔器也不会解封，始终保持密封状态。解封时为逐级解封、多级使用，解封负荷不叠加，满足多级分注需求。洗井时，往套管打压推开洗井阀，液体从封隔器外中心管环空进入油管，完成洗井，洗阀密封由单密封改为多重密封，洗井阀寿命提高1.48倍[13-14]。

2.2.2 技术参数

高温高压注水封隔器主要技术参数如表2所示。

表2 高温高压注水封隔器主要技术参数Table 2 Main technical parameters of high temperature and high pressure water injection packer

3 试验井测试

在模拟井开展注水试验，试验管柱如图5所示。

图5 模拟井试验管柱Fig.5 String diagram of simulated well test

试验过程如下：

(1)下入试验管柱，关闭配水器，从地面往油管打压坐封封隔器；

(2)将测调仪下至配水器位置，打开配水器，张开仪器皮碗密封至配水器密封面处，调节环空至25 MPa，并提高油管压力，验证封隔器的密封性及耐压情况，结果如图6所示。管柱内压力及环空压力有明显区别，说明封隔器密封性良好。

图6 封隔器验封时间-压力曲线Fig.6 Packer testing curve

(3)关闭配水器后油管内打压至20 MPa，观察环空无返出后用测调仪打开配水器；

(4)关闭配水器后环空打压至20 MPa，用测调仪打开配水器；

(5)将连接环空的泵入管线移至封隔器上端，将配水器打开，环空打压至5 MPa，油管内有返出，反洗通道成功开启。

(6)再次将测调仪皮碗坐封，油管内压力提高至20 MPa，读取环空压力无变化，验证洗井后封隔器密封性良好。

(7)井口打压进行注水测试，水嘴开至全大时，打压至1 MPa，排量达到1 500 m3/d。

3 总结

为克服测调一体分注工艺在应用中出现配水器关闭不严、调节机构承压或卡堵后打不开等问题，开展了新型测调一体分注工艺的研究。首先是对测调一体配水器进行结构优化，采用齿轮提高传动效率的方式，大大减小调节扭矩，并且调节机构采用全封闭润滑方式，形成对内封闭对外防尘的结构，提高调节可靠性；同时保留了原配水器的桥式通道、密封面位置等，保证与原配水器的测调仪能够兼容；同时实现定期洗井杂质防止配水器水嘴堵塞等问题，配套了可反洗井封隔器，封隔器无钢性锚定装置，依靠膨胀钢片锚定，既能承受一定的压力，又能有效地保护套管。为验证本次改进工艺的功能性和可靠性，进行了模拟井测试，试验结果表明，封隔器密封、承压、反洗功能良好，配水器与测调仪能较好地对接，并且在带压状态下也能较好地开启、关闭。本次完善后的测调一体分注工艺具有水嘴开关关闭灵活、调节效率高、管柱可靠性高、可定期洗井等诸多优点，具有广阔的应用前景。