井下自動分注測控技術(shù)及應(yīng)用

楊玲智， 于九政， 姚 斌， 王子建， 劉延青

(1長慶油田公司油氣工藝研究院 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室)

姬塬油田是長慶油田主力開發(fā)區(qū)塊之一，位于鄂爾多斯盆地中部，陜北斜坡的中西部，是大型的三角洲前緣復(fù)合砂體巖性油藏[1-4]。長8主力油層埋深在2 500～3 000 m，是長慶油田開發(fā)最深油層，縱向發(fā)育4～6個砂體，儲層非均質(zhì)性強，隔夾層發(fā)育，層間吸水不均，水驅(qū)動用程度低，精細分注是最經(jīng)濟、最有效的提高油藏采收率的技術(shù)手段。由于姬塬油田采用“大井組、叢式井” 開發(fā)方式，定向井占總井?dāng)?shù)90%以上，井斜20°～50°，井深集中在2 200～3 000 m，受管柱蠕動及起鉆載荷大影響，存在分注有效期短、作業(yè)風(fēng)險大的問題。為此，研發(fā)了分注井井下自動測控技術(shù)，發(fā)明了井下智能配注器、井下遠程控制器等關(guān)鍵分注工具，實現(xiàn)井下流量自動測試、自動調(diào)節(jié)，分層動態(tài)數(shù)據(jù)長期實時監(jiān)測等功能，大幅提升分層注水合格率，提高了油藏精細水驅(qū)開發(fā)效果[5-10]。

一、分注井井下自動測控技術(shù)

1.管柱結(jié)構(gòu)

分注井井下自動測控管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由雙密封封隔器、井下智能配注器、井下附件(預(yù)置工作筒、雙作用凡爾、篩管及絲堵)組成。雙密封封隔器洗井活塞彈簧強制復(fù)位，扶正球管柱居中設(shè)計，密封結(jié)構(gòu)采用密封膠筒與保護膠筒雙密封設(shè)計，達到管柱錨定作用，解決大斜度井、壓力波動封隔器易解封問題。智能配注器集成設(shè)計小型化流量計、一體化數(shù)控水嘴、驗封短節(jié)、壓力測試機構(gòu)實現(xiàn)井下分層流量自動測試調(diào)配、封隔器自動驗封、分層壓降測試和動態(tài)參數(shù)長期監(jiān)測功能，保證分層注水合格率處于較高水平。

圖1 分注井井下自動測控管柱結(jié)構(gòu)

2.工藝原理

分注井井下自動測控技術(shù)采用雙密封封隔器將各儲層分隔開，同時固定分注管柱防止蠕動，采用井下智能配注器為各層注水，自動測試分層流量、分層壓力數(shù)據(jù)，按照預(yù)設(shè)參數(shù)定周期自動調(diào)節(jié)分層流量，以滿足分層地質(zhì)配注要求，同時自動進行封隔器驗封及分層壓降測試，實現(xiàn)井下動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測。錄取井下動態(tài)數(shù)據(jù)時，井下遠程控制器通過電纜與地面控制器連接后下入井內(nèi)，借助定位機構(gòu)與待測調(diào)的井下智能配注器對接，并建立無線通訊，將井下分層動態(tài)數(shù)據(jù)錄取到地面控制器，并對智能配注器進行性能檢測維護及參數(shù)設(shè)置。

3．技術(shù)特點

(1)集成化程度高。智能配注器集成了一體化數(shù)控水嘴，小型化流量計、驗封短節(jié)、壓力測試機構(gòu)及控制模塊，推動注水管柱由單一的注入功能向自動配水、測試、信息采集等一體化方向創(chuàng)新。

(2)自動化程度高。智能配注器實現(xiàn)自動測調(diào)和自動驗封，擺脫了人工測調(diào)模式，免除人工作業(yè)，降低了井下作業(yè)風(fēng)險，節(jié)約了測調(diào)費用，提升分注工藝水平。

(3)復(fù)雜井況適應(yīng)性強。井下無線與電動機械定位結(jié)合，通訊成功率高，滿足井下油管內(nèi)高溫、高壓密閉狹窄空間和高礦化度(2 000～100 000 mg/L)水中穩(wěn)定可靠通訊。

(4)分層注水合格率高。智能配注器定周期自動流量測試調(diào)節(jié)，長期監(jiān)測分層流量、壓力等動態(tài)參數(shù)，確保分層注水合格率處于較高水平。

二、關(guān)鍵工具

1.雙密封封隔器

雙密封封隔器坐封方式為液壓坐封，上提管柱解封，主要由中心管、坐封機構(gòu)、保護膠筒、密封膠筒、反洗井機構(gòu)、解封機構(gòu)等構(gòu)成(見圖 2)，工作壓力不大于40 MPa，工作溫度低于120℃ 。

圖2 雙密封封隔器

技術(shù)特點：采用雙密封結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加了保護膠筒結(jié)構(gòu)，密封膠筒坐封后，保護膠筒張開，在正常注水狀態(tài)下，保護膠筒受到注水壓力作用，向上推動密封膠筒持續(xù)壓縮，確保密封膠筒坐封可靠；增加了洗井活塞強制復(fù)位彈簧及管柱居中扶正球設(shè)計，洗井后通道有效關(guān)閉，提升分層注水可靠性；改進了解封機構(gòu)，實現(xiàn)多級分注從上到下逐級解封，解封力 40～60 kN，解決了后期起鉆風(fēng)險大的問題。

2.井下智能配注器

智能配注器是該井下自動測控技術(shù)的核心部分，主要由外筒、測量組件、進水口、出水口、儀器主體、數(shù)控水嘴組成(見圖3)。

圖3 智能配注器

智能配注器器將一體化數(shù)控水嘴、一體化數(shù)控水嘴、小型化流量計、驗封短節(jié)、壓力測試機構(gòu)及控制模塊集成化設(shè)計，完井作業(yè)時，水嘴處于完全關(guān)閉狀態(tài)，滿足封隔器坐封要求。注水時，智能配注器按照預(yù)設(shè)參數(shù)，自動測試調(diào)節(jié)分層注水量、自動封隔器驗封、自動分層壓力測試，長期監(jiān)測井下分層動態(tài)數(shù)據(jù)，全過程免人工作業(yè)，提高分注過程自動化水平。錄取數(shù)據(jù)時，井下遠程控制器通過電纜與地面控制器連接后下入井內(nèi)，借助定位機構(gòu)與待測調(diào)的井下智能配注器對接，并建立無線通訊，將井下分層動態(tài)數(shù)據(jù)錄取到地面控制器，并對智能配注器進行性能檢測維護及參數(shù)設(shè)置。

3.井下遠程控制器

井下遠程控制器是井下自動測控技術(shù)的關(guān)鍵部分，主要由電纜接頭、定位機構(gòu)、控制機構(gòu)、解碼機構(gòu)、通訊短節(jié)及堵頭構(gòu)成，見圖4。

圖4 井下遠程控制器

錄取數(shù)據(jù)及參數(shù)調(diào)整時，在磁定位裝置及定位機構(gòu)的作用下，井下遠程控制器實現(xiàn)與智能配注器定位對接。通訊短節(jié)發(fā)送喚醒指令，與智能配注器建立無線通訊，并讀取配注器參數(shù)及分層流量及壓力等動態(tài)數(shù)據(jù)，同時按照地質(zhì)方案要求，調(diào)整分層配注量、測試調(diào)節(jié)周期等參數(shù)，確保配注器按照設(shè)計要求進行自動控制操作，以滿足地質(zhì)配注要求，作業(yè)效率大幅提升。

三、現(xiàn)場應(yīng)用及典型井例

長慶姬塬油田開展了16口井分注井井下自動測控技術(shù)現(xiàn)場試驗，最大井深2 856 m，最大井斜41.6°，實現(xiàn)了井下分層壓力、溫度和流量等生產(chǎn)動態(tài)信息的實時監(jiān)測以及井下和地面數(shù)據(jù)和指令的無線雙向通訊等功能，通訊成功率100%，建立通訊所需時間少于1 min，平均單井無線傳輸數(shù)據(jù)量3.5×104組，分層注水合格率達90%以上。

以姬塬油田H33-2井為例，該井2009年投注2個注水層段，由于儲層物性差，非均質(zhì)性強，層間吸水能力差異大，采用分層注水。2014年，對應(yīng)油井液量下降，開展分層流量加密測試發(fā)現(xiàn)，該井分層流量變化較快，1個月后兩層均達不到配注要求，上層相對吸水量20%，下層相對吸水量為80%，為此對該井開展井下自動測控技術(shù)試驗。該井上層配注20 m3/d，下層配注10 m3/d，該井試驗時間2015年9月1日，兩層配水器累計錄取數(shù)據(jù)5.24×104組，圖5為2015年9月至2016年3月的動態(tài)數(shù)據(jù)錄取情況。受壓力波動等因素影響，H33-2井實測流量范圍2～37 m3/d，當(dāng)?shù)阶詣訙y調(diào)時間，若流量不滿足配注要求，配水器自動調(diào)節(jié)至10%誤差范圍內(nèi)，吸水剖面趨于平穩(wěn)，上層相對吸水量62%，下層相對吸水量38%，分層注水合格率保持在93%以上。

圖5 H33-2井上層歷史數(shù)據(jù)

圖6 H33-2井下層歷史數(shù)據(jù)

試驗后，H33-2井吸水厚度由11.2 m提升至15.6 m，提高了水驅(qū)動用程度，對應(yīng)油井平均液量由2.5 m3/d提升至4.6 m3/d，平均油量油1.3 t/d上升至2.9 t/d，對應(yīng)油井生產(chǎn)效果得到一定改善。

四、結(jié)論與認(rèn)識

(1)分注井井下自動測控技術(shù)有效解決了大井組、叢式井模式下的定向井分層注水難題，不但提高了分層注水自動化程度，而且延長了分注管柱有效期，提升了定向井分層注水工藝技術(shù)水平。

(2)分注井井下自動測控技術(shù)在姬塬油田低滲油藏定向井中擴大試驗應(yīng)用，試驗成功率 95% ，通訊成功率100%，分層注水合格率90%以上，提升了水驅(qū)動用程度，提高了油藏水驅(qū)開發(fā)效果。

(3)分注井井下自動測控技術(shù)作為新一代分注技術(shù)，推動注水管柱由單一的注入功能向自動配水、測試、信息采集等一體化方向發(fā)展，加速注水井智能化管理，為分層配注方案優(yōu)化、分層注采分析提供科學(xué)全面數(shù)據(jù)支撐。