水平井油管輸送產(chǎn)液剖面測(cè)井集流器的研制

陳 蕾

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

目前水平井產(chǎn)液剖面測(cè)井主要使用牽引器預(yù)置式工藝，但因井下產(chǎn)砂，易于遇阻，測(cè)井成功率低，為此需要開發(fā)安全、可靠的水平井輸送工藝及測(cè)井技術(shù)——基于油管輸送模塊化水平井產(chǎn)液剖面測(cè)井技術(shù)，它分為在線式和存儲(chǔ)式兩種，本文指在線式模塊化水平井測(cè)井技術(shù)。油管輸送工藝在線式模塊化測(cè)井儀器包括模塊化測(cè)井組合儀和集流器。

國(guó)內(nèi)低產(chǎn)液水平井剖面測(cè)井技術(shù)主要以集流測(cè)量為主[1]，集流的目的就是提高低產(chǎn)液條件下的流體速度，進(jìn)而提高測(cè)試儀器的精度。現(xiàn)有產(chǎn)液剖面測(cè)井的集流器主要有機(jī)械封隔器、傘式集流器和皮球式集流器。機(jī)械封隔器封隔效果好，但隨著測(cè)井模塊長(zhǎng)時(shí)間放置于水平井段，水平井出砂嚴(yán)重會(huì)砂埋機(jī)械封隔器，導(dǎo)致事故隱患；傘式集流器可靠性高，目前水平井測(cè)井集流器均采用傘式集流器，但由于集流傘的傘筋與套管之間存在縫隙以及測(cè)井儀器自身重量致使儀器不居中，這兩個(gè)因素導(dǎo)致傘式集流器的漏失量偏大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)液水平井井下各層段流體的準(zhǔn)確測(cè)量。傳統(tǒng)皮球式集流器[2]具有集流度高的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)井成功率偏低，因?yàn)閮x器在下井過程中，皮球容易刮破。而且工作時(shí)如果地面操作失誤，皮球抽入液體的時(shí)間長(zhǎng)，皮球容易爆破。可伸縮皮球集流器是通過安裝在集流器底部的泵閥抽取井內(nèi)的液體來(lái)實(shí)現(xiàn)皮球的伸縮，但這種方式存在以下兩個(gè)缺點(diǎn)：一是井內(nèi)的液體含雜質(zhì)較多，雜質(zhì)顆粒容易將進(jìn)液口或輸液管道堵住；二是只能通過渦輪轉(zhuǎn)速來(lái)判斷皮球是否打飽，這種通過人為判斷的方式很容易誤判而將皮球打爆，這兩個(gè)因素嚴(yán)重影響了可伸縮皮球集流器的可靠性。基于以上三種類型集流器的優(yōu)缺點(diǎn)，為開發(fā)基于油管輸送工藝模塊化水平井測(cè)井技術(shù)，有效借助油管測(cè)井模塊尺寸優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)一種適用于低產(chǎn)液、低流速自帶液柱塞驅(qū)動(dòng)式橡膠皮囊集流器，提高集流器的可靠性和集流度。

1 油管輸送式產(chǎn)液剖面測(cè)井工藝

油管輸送在線式產(chǎn)液剖面測(cè)井工藝井下工作狀態(tài)如圖1所示，模塊化測(cè)井儀器可以與油管進(jìn)行連接。在下井之前，根據(jù)水平井的層段數(shù)和層段深度，設(shè)計(jì)好油管和模塊化測(cè)井儀器連接次序，然后將其隨油管輸送到目的層段；模塊化測(cè)井儀器內(nèi)部主要由集流器驅(qū)動(dòng)器、測(cè)井傳感器組和采集控制電路組成。驅(qū)動(dòng)器的作用是控制皮球的張開和關(guān)閉操作；模塊化測(cè)井組合儀安裝于集流通道內(nèi)部，可以同時(shí)測(cè)量流量和含水等參數(shù)；控制電路的作用是接收地面?zhèn)魉偷闹噶睿凑罩噶羁刂茰y(cè)井組合儀工作或者將傳感器采集的數(shù)據(jù)上傳至地面。通過地面設(shè)備對(duì)各模塊化測(cè)井儀器進(jìn)行控制，模塊化測(cè)井儀器定位好以后，恢復(fù)水平井生產(chǎn)，待產(chǎn)量穩(wěn)定后，地面控制井下集流器張開，對(duì)各產(chǎn)層流體進(jìn)行集流測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)低流量條件下的流量、含水率等參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量[3]。

1-射孔層；2-油管扶正器；3-集流器；4-測(cè)井組合儀；5-電纜圖1 在線式模塊化測(cè)井儀器工藝示意圖

2 測(cè)井集流器結(jié)構(gòu)

水平井油管輸送產(chǎn)液剖面測(cè)井集流器為橡膠皮囊式集流器，外徑80 mm，相比皮球和集流傘[4]具有更加可靠、集流度高的優(yōu)點(diǎn)。橡膠皮囊式集流器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)短接、柱塞驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)液腔短接和皮囊集流器短接組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。皮囊集流器短接由流體旁通短節(jié)和橡膠皮囊組成，流體旁通短節(jié)作為井內(nèi)流體和自帶液體流通通道，儲(chǔ)液通道和流體通道相互獨(dú)立。采用自帶液是為了保證工作液體的清潔，保證集流器工作的可靠性。流體旁通短節(jié)外部包裹了一個(gè)圓柱狀的橡膠皮囊，皮囊內(nèi)部通過流體旁通短節(jié)與柱塞儲(chǔ)液腔相連。腔體的一端通過旁通短節(jié)連通到皮囊內(nèi)部，另一端是柱塞推桿，橡膠皮囊式集流器兩個(gè)密封倉(cāng)，一是柱塞腔，防止里外液體流入或流出，另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的密封倉(cāng)，防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)水被燒，活塞腔的形成，平衡了推液活塞兩邊的壓力。

1-橡膠皮囊；2-旁通短接；3-扶正器；4-儲(chǔ)液腔；5-絲杠；6-電機(jī)圖2 橡膠皮囊式集流器結(jié)構(gòu)示意圖

橡膠皮囊式集流器采用自帶液體供液，液量固定，可以準(zhǔn)確掌握皮球供液量的多少；自帶純凈液體，防止砂卡；分體設(shè)計(jì)，扶正器緊挨橡膠皮囊，最大限度保護(hù)橡膠皮囊；采用流體旁通短節(jié)，一體化裝置，輸液管密封好，減輕儲(chǔ)液壓力；通過向橡膠皮囊內(nèi)部沖入液體使集流器打開，受模塊化測(cè)井儀器不居中的影響較小；水平井正常生產(chǎn)時(shí)，地面控制井下集流器張開與關(guān)閉，對(duì)各產(chǎn)層流體進(jìn)行集流測(cè)量，實(shí)現(xiàn)低流量條件下的流量、含水率等參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。

3 集流器的工作控制

通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，柱塞推桿與絲杠之間是螺紋連接關(guān)系，柱塞推桿受機(jī)械限制無(wú)法旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，就將絲杠的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)化為柱塞推桿的軸向推拉力，絲杠的旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)柱塞推桿的前進(jìn)和后退。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過控制帶動(dòng)絲杠、推動(dòng)柱塞的移動(dòng)距離，來(lái)控制液體進(jìn)入皮囊的量。

當(dāng)需要張開橡膠皮囊時(shí)，給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供正電，電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使柱塞推桿向前推動(dòng)，柱塞推桿將儲(chǔ)液腔內(nèi)部的液體從流體旁通短節(jié)中的通道推至橡膠皮囊與流體旁通短節(jié)外殼間的空間內(nèi)，由于液體不可壓縮，橡膠皮囊被進(jìn)入的液體撐開，從而封住了套管與集流器間的環(huán)形空間，實(shí)現(xiàn)了集流操作。當(dāng)需要收回皮球時(shí)，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)反相供電，使柱塞推桿后退，將橡膠皮囊內(nèi)的液體抽回至儲(chǔ)液腔內(nèi)，橡膠皮囊恢復(fù)初始狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)收橡膠皮囊操作。

4 室內(nèi)密封驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

橡膠皮囊式集流器配接模塊化測(cè)井組合儀在室內(nèi)玻璃套管內(nèi)做密封驗(yàn)證試驗(yàn)，集流器張開后，與套管有很大的接觸面積且接觸緊密，只在儀器出液口有液體流動(dòng)，說(shuō)明集流器密封效果良好，在此條件下標(biāo)定渦輪。

然后在同樣條件下用43 mm傘式集流器配接模塊化測(cè)井組合儀標(biāo)定渦輪，傘式集流器在集流傘處液體存在漏失，傘式集流器和管柱式電動(dòng)擠壓橡膠集流器渦輪響應(yīng)如表1所示，根據(jù)表1所做的折線圖如圖3所示。

表1 橡膠皮囊式集流器和43 mm傘式集流測(cè)井儀渦輪響應(yīng)

圖3 橡膠皮囊式集流器和43 mm傘式集流測(cè)井儀渦輪響應(yīng)折線圖

由上述室內(nèi)試驗(yàn)及表1、圖3可以看出：橡膠皮囊式集流器打開時(shí)能緊貼套管，實(shí)現(xiàn)全集流，渦輪響應(yīng)線性度好，渦輪響應(yīng)折線圖可以看出，流量測(cè)量下限低于1 m3/d，所測(cè)流量精度高；此外，由于標(biāo)定儀器流量的最低排量為1 m3/d，從表中只能看出最低流量為1 m3/d，K值2.7，儀器的測(cè)量誤差[5]小于1%，一致性誤差小于5%。43 mm傘式集流測(cè)井儀由于傘式集流器漏失量大，流量下限約為4 m3/d，所測(cè)流量精度低。

5 結(jié) 論

針對(duì)目前幾種常見集流器的優(yōu)缺點(diǎn)，研制出一種適合水平井油管輸送產(chǎn)出剖面測(cè)井的集流器——橡膠皮囊式集流器，可以得出如下結(jié)論：

1)橡膠皮囊式集流器結(jié)構(gòu)合理、可靠性好、集流度高，可適用于低產(chǎn)液、低流速油管輸送式水平井生產(chǎn)測(cè)井。

2)橡膠皮囊式集流器采用自帶液體為橡膠皮囊式集流器供液，液量固定，可以準(zhǔn)確掌握皮球供液量的多少；自帶純凈液體，防止砂卡；分體設(shè)計(jì)，扶正器緊挨橡膠皮囊，最大限度保護(hù)橡膠皮囊；采用流體旁通短節(jié)，一體化裝置，輸液管密封好，減少儲(chǔ)液壓力。

3)橡膠皮囊式集流器能夠保證儀器在不居中的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)全集流，并且受井內(nèi)惡劣測(cè)試環(huán)境的影響較小，有效地解決了機(jī)械式封隔器長(zhǎng)時(shí)間放置于水平段砂埋的安全隱患，解決傘式集流器的漏失以及皮球集流器可靠性低的問題。