創新型QC活動在分注調剖一體化配注器研制中的應用

張曉春，姜曉波，殷慶國，李海偉，董月洲

1.中國石油大港油田分公司 石油工程研究院（天津 300280）

2.中國石油大港油田分公司 第四采油廠灘海開發公司（天津 300280）

隨著油田開發的不斷深入，層間、層內矛盾日益突出，分注、調剖已成為油田開發中解決層間矛盾、實施有效注水、提高采收率和水驅動用儲量的主要手段。目前，分注井調剖普遍采用專用調剖管柱或分層注水管柱進行調剖作業。采用專用調剖管柱調剖施工后，需再更換分注管柱分層注水，該工藝不能實現不動管柱調剖，存在作業周期長、施工成本高的問題；采用分層注水管柱進行調剖作業時，配水器作為調剖劑的過流通道過于狹小，易造成調剖劑剪切降黏以及體膨顆粒聚集堵塞，且無法避免調剖劑返吐造成管柱內沉積，既影響調剖效果又影響后續分注測調[1-3]。針對現有技術難題，將創新型QC小組活動引入分注調剖一體化配注器研制中，以保證產品質量，加快研發進度，節約研發成本，對新產品研發具有積極的推動作用[4-8]。

1 QC小組活動技術路線及目標設定

1.1 研制技術路線

分注調剖一體化配注器結構應保證注水時其自身的封閉狀態，不影響正常注水、測試、驗封等，調剖作業通過配套的開關工具實現配注器的開啟以及對下部油管的封堵。為了加快研制進程、節約成本，QC小組提出分注調剖一體化配注器研制技術路線，調剖作業時通過鋼絲或電纜將開關工具下入到配注器位置，打開配注器并丟手，同時實現對下部油管的封堵，調剖結束后再用鋼絲或電纜進行打撈，可重復操作實現不動管柱分層調剖。

1.2 活動目標設定

本著易操作、高效率的目的，QC 小組制定的目標為：研制分注調剖一體化配注器，實現不動管柱3層及以上分層調剖，有效防止調剖劑返吐、調剖劑尾管沉積，同時縮短作業周期，降低作業成本。

2 設計優化技術方案

2.1 采用頭腦風暴法確定初步方案

小組成員經相關資料調研及行業咨詢，結合以往井下工具研發經驗，根據分層調剖工藝技術特點，運用“頭腦風暴法”提出總體設想：通過鋼絲或電纜將開關工具下入到需要調剖的配注器所在位置，打開配注器并丟手，實現對下部油管的封堵，此時可以注入調剖劑對該層段進行調剖，調剖結束后再用鋼絲或電纜進行打撈，可重復操作實現不動管柱分層調剖。運用親和圖確定了QC小組活動所要考慮的方案[6]，如圖1所示。

圖1 分注調剖一體化配注器方案親和圖

2.2 通過比選分析確定最佳方案

小組全體成員從材質選用、開關工具結構、密封結構、調剖通道、投撈方式等方面提出了多種設計方案，通過對上述方案進行分析整理和評估，運用樹圖工具確定了最佳方案，如圖2所示。

圖2 分注調剖一體化配注器研制最佳方案

3 制定對策

小組經過討論，根據確定的最佳方案和“5W1H”原則制定了對策表（表1），針對分注調剖一體化配注器研制流程制定對策。為了實現最佳方案的有效落實，對每一項對策制定了目標，便于對策實施后考察效果。同時運用質量管理工具將措施步驟細化，并將任務覆蓋到每一名成員，體現了QC小組活動所提倡的全員參與精神。

表1 對策實施計劃

4 對策實施

4.1 研制配注器本體

基于UG 三維設計，研制了配注器，主要包括：上下接頭、調剖通道、活塞機構、復位機構，如圖3所示。通過鋼絲下入的開關工具可坐在相應配注器的活塞機構上，調剖作業時推動活塞機構下移打開調剖通道，并且壓縮復位機構；調剖結束后復位機構推動活塞機構上移，關閉調剖通道。小組分別對4 組配注器進行硬度測試，硬度均達到36 HRC 以上，符合設計要求。

圖3 配注器本體

4.2 研制密封組件

設計波紋狀骨架伸縮密封結構，自身重力即可實現漲開密封，且解封時膠筒拉伸易于解封，如圖4所示。小組委托專業橡膠件生產廠家制作硫化橡膠件；對密封件進行耐溫耐壓測試，得到密封組件耐溫135 ℃無變形、耐壓50 MPa無漏失。

圖4 密封組件二維圖及實物圖

4.3 設計調剖通道

為驗證調剖通道大小對調剖劑剪切產生的性能影響，課題組在地面做了不同調剖通道尺寸在同一注入量下的剪切實驗。實驗結果得出，調剖工具出口尺寸越大，調剖聚合物的黏度保留率、成膠強度越高。采用40 mm×30 mm的長圓孔，調剖劑的黏度保留率能達到95%以上。該次對策實施的目標實現。

4.4 研制配注器開關工具

基于UG三維設計，研制了配注器開關工具，主要包括：防返吐機構，上、下行限位機構及觸發機構，如圖5所示。防返吐功能由球、球座與彈簧的配合來實現，油管內壓力高于地層壓力時，防返吐通道打開，調剖劑注入地層；當地層壓力高于油管內壓力時，防返吐通道關閉，調剖劑無法進入油管內。

圖5 配注器開關工具二維圖及實物圖

4.5 制作投撈工具

小組基于UG三維設計，研制了配注器投送、打撈工具，如圖6、圖7 所示。通過室內投送實驗剪釘剪切力，投送工具采用對稱雙剪釘，解封力控制在120 N左右，有效保證投撈作業穩定性、可靠性。

圖6 投送工具二維圖及實物圖

圖7 打撈工具二維圖及實物圖

4.6 配注器組裝及試驗

根據設計圖紙，加工并裝配了分注調剖一體化配注器以及開關工具。小組開展配注器室內實驗，常溫下使用黏度162 mPa·s的調剖劑，開啟壓力1.3 MPa，排量1.2 L/s，嘴后測得調剖劑黏度為159 mPa·s，黏度保留率達到98%；150 ℃高溫下，工具浸泡24 h后，試驗開啟壓力1.4 MPa，各項指標均滿足設計要求。該次對策實施的目標實現。

5 活動效果

5.1 目標值檢查

通過此次PDCA 循環，新研發的分注調剖一體化配注器實現了分注井不動管柱3層及以上分層調剖的目標，應用情況見表2。能夠滿足注水井不動管柱下分注、調剖生產需求，有效縮短作業周期、降低作業成本，提高生產效率。

表2 分注調剖一體化配注器應用情況統計

5.2 現場應用

2019 年分注調剖一體化工藝技術應用8 井次，共計應用分注調剖一體化配注器20套，節約作業費用21.5 萬元。每套工具的使用費用為1.5 萬元，單套工具的加工成本為0.76 萬元，直接經濟效益：51.5-15.2=36.3萬元。

通過自主創新，分注調剖一體化配注器研制技術勢必帶來良好的社會效益，與此同時也將滿足注水井不動管柱分層調剖生產需求，有效縮短作業周期，提高生產效率。

6 結束語

通過開展質量攻關活動，小組的創新意識、問題意識、質量意識都得到了進一步培養和提高。小組成員理論和實踐相結合，設計人員與機加工人員密切配合，廣泛聽取多方意見，通過大量的比較設計、實驗，成功研制出了分注調剖一體化配注器。該配注器的研制成功，滿足了不動管柱分層調剖生產需求，縮短了作業周期，降低作業成本，提高生產效率。下一步，小組將以《研制小套管分注調剖一體化配注器》作為針對性課題，實施下一輪的PDCA循環。