新型電纜控制分層測試技術改進

陳金宏,魏鵬,郭凱強,王靜,解輝,黨益偉

(中國石油集團測井有限公司華北分公司,河北任丘062552)

0 引 言

油層壓力監測和控制在油田開發的整個過程中占有重要的地位,它是反映油藏驅動能量大小及分布的重要指標,在油藏管理過程中發揮著重要的作用[1]。對于多層合采采油井,目前現場絕大多數情況下,主要通過壓力恢復或壓力降落曲線獲得全井段的平均壓力及其他地質參數。然而,其解釋只能是全井各油層的平均參數,對于單一層段的油井,可以滿足地質工程師的分析要求,對于多層合采的油井意義不大,難以直接指導油田開發[2-3]。

新型電纜控制分層測試技術能夠測量各目的層段的地層壓力和溫度,求取各層段滲流參數,計算合采時各層產液量,并能為油井提供合適的生產壓差。該項技術設計了壓力平衡開關和防砂卡管柱,提出了利用壓力計算流量的方法,并且具有壓力數據直讀的優勢[4]。在現場施工方面,該項技術配合管式采油泵需要2次下入管柱,分別是丟手管柱和生產管柱。通過電纜對井下開關發送指令,可以隨時打開或關閉任何一個開關,所有井下壓力計的數據可以在地面儀器上觀察和記錄。每支井下開關和井下壓力計都設置了獨立的地址,一次下井最多可以完成16段的測試。該項技術自2016年至今經過多次上井試驗,通過提高儀器穩定性、改變施工方式、優化井下工具等措施解決了施工作業成功率低、周期較長、測量數據不精確等問題,大大提高了測井成功率。

1 井下壓力計的改進

井下壓力計主要用于測量井下溫度、壓力數據,由于儀器需要長時間在井下惡劣條件下工作,所以對儀器的穩定性提出了更高的要求。在儀器試驗初期,出現了耐溫性能不過關、與井下開關信號互相干擾、不能配接多支儀器等系列問題,因此,對井下壓力計電路部分進行了改進。

在試驗中發現,井下壓力計單獨供電使用時信號正常,當與井下開關并聯使用時,井下開關不能正常工作。檢查發現,井下開關在負電狀態下工作,井下壓力計在正電狀態下工作,二者并聯在一起。地面給井下開關供負電,并發送1束命令信號,井下壓力計的驅動電路影響命令信號幅度,導致命令信號幅度非常低,井下開關無法正常工作。通過合理改進井下壓力計測量電路、井下開關電路、控制繼電器的連接關系(見圖1),當地面箱體供負電時,繼電器處于斷開狀態,井下壓力計的驅動電路對命令信號脈沖幅度不會產生影響,井下開關可以正常工作。當地面箱體供正電時,繼電器吸合,溫度壓力信號經過驅動器OPA547、井下壓力計上傳到電纜上,井下壓力計正常工作。

圖1 改進后的井下壓力計電路示意圖

2 井下開關的改進

2.1 井下開關防進水改進

井下開關在任91井試驗過程中,出現了3支儀器進水的問題。經檢查發現是由于儀器在井下工作時間較長,在開關經過多次動作后,動密封圈損壞,導致儀器進水。研究發現造成動密封圈損壞的主要原因是由于動密封圈與密封圈凹槽之間存在縫隙,動密封圈在凹槽中晃動,傳動桿上下動作時,動密封圈被切壞,井下開關進水。因此,對井下開關進行了改進:①更換90 ℃密封圈;②在動密封圈與凹槽之間加裝聚四氟乙烯墊片,減少動密封圈移動空間。通過改進,在一定程度上解決了開關儀器進水的問題,井下開關改進后的結構如圖2所示。

圖2 改進后的井下開關結構示意圖

2.2 充油型開關儀器設計

為徹底解決井下開關進水的問題,重新設計了充油型井下開關的機械結構(見圖3)。將電路板與動密封結構分成2個空間,用連接軸將2個空間連接,動密封空間可充油,即使儀器進水也不會影響井下開關的正常工作,從而徹底解決井下開關由于進水導致電流變大的問題。后期經任91井和正式井試驗,均沒有發生儀器進水的問題。

圖3 充油型井下開關結構示意圖

3 渦輪流量計的改進

新型電纜控制智能分層測試技術對于注水井需要采用渦輪流量計儀器,經過一段時間使用后,渦輪流量計可能存在誤差較大、流量測量不準的問題,因此,需要對渦輪流量計儀器進行重新標定。圖4為一種計時稱重流量標定裝置示意圖,水泵將容器1中的水通過管線泵入到標定裝置底座中,水經過渦輪及閥門流到容器2中。調節閥門可以調節流入標定裝置底座中的流量。對容器2中的水進行稱重可以準確地獲得其體積,結合記錄時間可以準確的算出流量,此標定方法叫做計時稱重標定法。由于時間和體積的精度可以達到很高,因此,這種標定方法的誤差很小。

圖4 計時稱重流量標定裝置結構示意圖

4 井下密封接頭的改進

新型電纜控制分層測試技術采用單芯電纜供電,必須保證儀器密封接頭、四通接頭等井下工具絕緣性能穩定、良好。在現已施工的井中,大多數問題都表現為在井下長時間工作后,絕緣性能變差。因此,必須對接線方式進行改進。

4.1 電纜與儀器密封接頭的改進

在新型電纜控制分層測試技術試驗初期,電纜與儀器密封接頭的外管采用金屬材料,并且管內與管外互相連通,僅靠密封塞保證儀器插頭與外界絕緣,導致儀器在井下長期放置后電纜與儀器密封接頭絕緣性能變差。為了徹底解決電纜與儀器密封接頭絕緣性能差的問題,設計了充油的、壓力平衡的接線結構,圖5為電纜與儀器的密封接頭結構示意圖。該密封接頭主要采用密封塞、膠管構成,密封塞上焊接導線,膠管中充入液壓油形成獨立密閉的空間,通過膠管在井下的壓縮、膨脹保證內部空間壓力平衡。

圖5 電纜與儀器密封接頭結構示意圖

4.2 四通接頭的改進

新型電纜控制分層測試技術每一段都有給井下壓力計和井下開關供電的2根引線,除此之外,還需為向上一級和向下一級供電的2根引線。為了將這4根引線連接在一起,并形成一個獨立的空間與外界絕緣,設計了一個四通絕緣接頭(見圖6)。現場應用發現,最初設計的四通接頭在井下長時間放置后,絕緣性能變差,無法長時間在井下工作。經過對四通接頭的改進,設計加工了一種充油的壓力平衡接線結構(見圖7)。這種結構采用聚四氟乙烯護帽、氟膠管作為主要材料,4根線的接頭放置在氟膠管內,氟膠管內充入硅油,通過氟膠管的膨脹或壓縮,使內部空間在下井后始終保持壓力平衡,即使氟膠管內部進入少量的水也不會破壞四通接頭整體的絕緣性。經過任91井試驗以及其他現場應用,徹底解決了四通接頭下井后絕緣穩定性差的問題。

圖6 四通接頭結構示意圖

圖7 充油型四通接頭結構示意圖

5 現場施工方式的改進

在現場施工時,該項技術配合管式采油泵需要2次下入管柱,分別是丟手管柱和生產管柱,施工方式比較繁瑣,周期較長。經過對施工方式的改變,現已采用桿式泵。一趟管柱把井下開關、封隔器[5-8]、桿式泵支撐座下入井內,如圖8所示,每個井下開關配合使用1支井下壓力計。為了實現井下開關的控制和壓力數據的傳輸,電纜從最下面一個井下開關連接到井口,旁通接頭以下電纜在油管內部穿過,旁通接頭以上電纜在油管外面。利用一次管柱下井的施工方式,可以大大提高施工效率,減少施工風險。

圖8 下井管柱結構示意圖

6 結 論

新型電纜控制分層測試技術經過了不斷的改進,提高了儀器工作穩定性,優化了井下施工工具及施工方式。研制出計時稱重流量標定裝置等,徹底解決了儀器性能不穩定、井下施工工具不可靠、渦輪流量計測量數據不準確、施工方式復雜等問題。經過多次上井應用,施工效率和作業成功率都有顯著的提高,該項技術可以規模應用于多層合采油井的測試作業。