海上油田有纜式測調一體化注水工藝及應用

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(1.中海油研究總院有限責任公司，北京100028；2.海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京100028)

現有注水井測調工藝主要包括傳統測調工藝[1-5]、邊測邊調工藝[6-7]和智能測調工藝[8]，在適用井斜、層數、測調原理[4，5]等方面各有差異，但測調過程均需依賴鋼絲或電纜作業。對于海上油田，一方面，鋼絲電纜作業成本高，又不允許經常占用頂甲板進行鋼絲電纜作業，導致測調周期長，注水合格率不高，無法實現高效注水。另一方面，鋼絲電纜作業受井斜的限制，無法滿足日益增多的大斜度井、水平井注水測調的需要，以至于現有注水工藝技術無法滿足海上油田日益增多的注水需求。通過海上油田有纜式測調[9-10]一體化注水工藝的研究，既可以根據層位的吸水能力實時進行調配，又可以實時監測井下各層位注水壓力，保證注水效果及注水安全。

1 系統組成

海上有纜式測調一體化注水工藝主要包括井下工具和地面控制2大部分。井下工具部分包括恒流量注水閥、一體化電動可調水嘴、差壓流量計；地面控制部分包括地面控制器、中控以及數據處理分析系統。如圖1。

圖1 有纜式測調一體化注水工藝組成示意

2 技術原理

海上有纜式測調一體化注水工藝是一種通過地面控制實現井下分層參數實時監測及調配的新技術，由地面控制器通過預置電纜控制各井中的恒流量注水閥工作，完成參數監測和水量調整。通過安置在中控室內的電腦集中控制，實現遠程操控。該工藝技術可以最大限度地提高注水合格率，實現高效注水。同時還可實現封隔器的驗封，實現了免鋼絲電纜投撈作業，特別適用于海上油田大斜度井和水平井。

3 主要技術特點

1) 無需傳統的鋼絲、電纜作業投撈井下工具，適合于各類井型，不受井斜的限制。

2) 可實時、直觀地監測和調整分層配注量，調配更加及時和快捷，分注合格率高。

3) 可實時監測層位壓力，若超壓注水可及時報警并關閉水嘴，避免注水安全事故的發生。

4) 注水閥采用電纜供電，相比電池供電方式，壽命更長。

5) 可分注層數8層。

4 關鍵工具

4.1 恒流量注水閥

4.1.1結構設計

井下恒流量注水閥結構如圖2所示，由上電纜頭接口、上接頭、過流通道、驗封短節、一體化可調水嘴、電機、流量計短節、控制短節、下電纜頭接口和下接頭等組成。

圖2 恒流量注水閥結構示意

上接頭與過流通道和流量計短節相連，流量計短節與一體化可調水嘴相連，過流通道為本層和其它注水層提供流水通道，電纜通過上電纜頭進入恒流量注水閥內部，為本層恒流量注水閥供電。通過下電纜頭引出恒流量注水閥，流量計短節將測量數據傳送給控制短節，控制短節將預設流量與實際測得的流量數據比較，若實際流量誤差超過允許誤差限度，則控制電機轉動，改變一體化可調水嘴開度，完成流量調節。

4.1.2技術參數

1) 外徑?114 mm，內部過流通徑?40 mm。

2) 單層流量調節值0～1 000 m3/d。

3) 本體耐壓60 MPa。

4) 能夠完成數據通訊、壓力、溫度、流量的實時監測、流量調控、驗封等功能。

4.2 一體化可調水嘴

4.2.1結構設計

一體化可調水嘴結構可以分為密封腔、活塞、密封圈、出水口、連桿、進水口、行程開關、傳動軸、霍爾傳感器、磁鋼和電機減速器總成幾個部分，如圖3所示。

圖3 一體化可調水嘴示意

當調整水嘴時，電機高速旋轉，通過多級減速器后轉速達到2 r/min，通過連接的絲杠，將圓周運動轉換為直線運動，帶動陶瓷水嘴上下運動，從而改變出水孔的節流面積，最終達到控制水量的目的。

4.2.2技術參數

1) 單層流量控制值0～1 000 m3/d。

2) 壓差在20 MPa內水嘴可順利開啟。

3) 水嘴采用高強度陶瓷結構。

4) 當量通徑0～?22.6 mm。

5) 總行程29 mm。

5 應用情況

5.1 前期適用性分析

在前期研究設計中，以海上W油田為例，根據油藏要求，有2口注水井需要分3層注水，注水層位為中低滲儲層ZJ-1L、ZJ1-2U、ZJ1-3U，井斜在70°左右，屬于大斜度井。2口大斜度井注水相關參數如表1所示。

表1 海上W油田大斜度井注水井配注量

根據目前的調研和應用情況，能滿足的W油田分層注水工藝有連續油管測調、智能完井、有纜式測調一體化注水工藝。針對上述3種技術進行經濟性比選，技術特點及初期投資如表2所示。

表2 海上W油田大斜度井注水工藝特點及初期投資對比

從初期投資對比來看，連續油管偏心測調初期投資費用最低，智能完井投資最多，有纜式測調技術投資居中。根據有纜式測調技術特點，該技術更易于管理，且測調效率高，雖然單井初期投資需增加￥150萬元，但后期能減少約￥420萬元/(井·次)的連續油管修井費用。考慮油田全壽命周期內的經濟效益，建議在前期研究設計中采用有纜式測調一體化注水工藝。其注水管柱如圖4所示，定位密封以上采用88.9 mm(3英寸)油管，定位密封以下采用73.0 mm(2英寸)油管。

圖4 W油田注水井分層注水管柱

有纜式測調一體化注水工藝解決了大斜度井、水平井分注難題，實現了注水井井下流量的實時監測和自動調配，保證注水安全，滿足海上油田精細高效注水，節省后期調配作業，提高項目經濟效益，推動海上油田的高效開發。特別是對中低滲油田以及邊際油田的分層注水，更值得推廣應用。

5.2 現場應用

目前，有纜式測調一體化注水工藝技術已在陸上大斜度試驗井進行了相關試驗，整體工藝達到預期效果，滿足設計要求。截止2017-06底，有纜式測調一體化注水工藝技術在海上油田共應用2口井。分層注水管柱如圖5所示，分注層段均為2層，其分層配注量及注入層位如下：M井400 m3/d(NmI3)、1 000 m3/d(Nm03+4)，N井為250 m3/d(NmIII1)、200 m3/d(NmIII9)。

圖5 有纜式測調一體化分層注水管柱

根據注水管柱組合摩阻計算(如表3)及分層配注量要求，考慮到注水管柱井筒摩阻損失、能耗及地面注水泵能力，M井采用“頂封以上88.9 mm(3英寸)油管和頂封以下73.0 mm(2英寸)油管”注水管柱，N井采用“頂封以上88.9 mm(3英寸)油管和頂封以下73.0 mm(2英寸)油管”注水管柱。

表3 不同注水管柱組合摩阻計算

表3(續)

下入有纜式測調一體化注水工藝管柱后，分層注水測調情況如表4所示，最大井斜67.3°，屬于大斜度井，施工成功率100%，有纜式測調精度達到80%以上。

表4 海上油田有纜式測調一體化工藝技術分層配注量情況

圖6～7所示為海上油田有纜式測調一體化注水工藝技術的分層配注量和水嘴運行時間。其中，單層配注量最大達到800 m3/d，水嘴截止目前運行時間700 d，各項指標運行正常，實現了井下流量的實時監測和注水量的自動調整，保證了分層注水合格率，減少了后期的調配作業以及修井費用。有纜式測調一體化注水工藝技術較成熟，達到現場推廣應用水平。

圖6 M井分層配注量曲線

圖7 N井分層配注量曲線

6 結論

1) 有纜式測調一體化注水工藝不依靠鋼絲電纜作業，解決了海上油田大斜度井、水平井分注難題。

2) 有纜式測調一體化注水工藝已在海上油田成功應用，技術可靠，實現了井下流量的實時監測和注水量的自動調整，減少了后期的調配作業以及修井費用，實現了海上油田的精細高效注水。

3) 在前期研究設計中，有纜式測調技術可提高項目經濟效益，推動油田高效開發，特別是針對中低滲油田及邊際油田的分層注水開發，具有廣闊的應用前景。

[1] 劉合，裴曉含，羅凱，等.中國油氣田開發分層注水工藝技術現狀及發展趨勢[J].石油勘探與開發，2013，40(6)：733-737.

[2] 劉穎，劉友，李明平，等.斜井分層注水工藝研究與應用[J].石油機械，2014，42(2)：84-87.

[3] 姜廣彬，李常友，張國玉，等.注水井空心配水器一體化測調技術[J].石油鉆采工藝，2011，33(4)：99-101.

[4] 劉敏.“一投三分”分層配注與分層測試技術[J].中國海上油氣(工程)，2000，12 (4)：38-39.

[5] 李明，金文慶，巨亞鋒，等.橋式偏心分層注水技術在大斜度井上的應用[J].石油機械，2010，38(12)：70-72.

[6] 羅昌華，程心平，劉敏，等.海上油田同心邊測邊調分層注水管柱研究及應用[J].中國海上油氣，2013，25 (4)：46-48.

[7] 王立蘋，羅昌華，楊萬有，等.海上油田斜井同心邊測邊調分注技術改進與應用[J].中國海上油氣，2014，26(5)：83-85.

[8] 李敢.智能注水井一體化測調技術改進及配套技術[J].石油機械，2014，42(10)：74-76.

[9] 楊萬有，王立蘋，張鳳輝，等.海上油田分層注水井電纜永置智能測調新技術[J].中國海上油氣，2015，27(3)：91-95.

[10] 張鳳輝，薛德棟，楊萬有，等.電纜永置式井下測調技術研究與應用[J].石油機械，2015，43(9)：79-82.