海上油田小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)技術(shù)研究及應(yīng)用

黃澤超，沙吉樂，羅昌華，鄭春峰，牛貴鋒，薛德棟，劉鐵明，黃 鋮

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

0 引言

渤海油田注聚試驗(yàn)區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果表明：油層物性非均質(zhì)性會(huì)導(dǎo)致油田注聚層間矛盾越來越突出，聚合物溶液分段注入成為聚合物驅(qū)提高采收率的關(guān)鍵技術(shù)[1]。國(guó)家十三五重大專項(xiàng)研究期間，海油重點(diǎn)針對(duì)海上油田注聚井分層段受限、測(cè)調(diào)效率低、粘度損失高的問題，開發(fā)了注聚井單管分層注聚測(cè)調(diào)工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)海上油田注聚井的分層測(cè)調(diào)注聚，解決了4.75in防砂通徑注聚井大排量注入、高效測(cè)調(diào)、保粘難題，但對(duì)于小井眼注聚井多層段分層測(cè)調(diào)報(bào)道較少。隨著海上油田鉆完井工藝技術(shù)發(fā)展，小井眼注入井逐漸增多，直接利用注水工藝管柱聚合物粘度損失大，多管分注受油套管尺寸和套管帶壓限制，鋼絲作業(yè)分層測(cè)調(diào)效率低，纜控智能注聚工藝成本高，且對(duì)于小井眼工具的開發(fā)暫時(shí)報(bào)道較少[2-10]，如何實(shí)現(xiàn)小井眼注聚井的多層段、大排量高效測(cè)調(diào)，降低粘損，增強(qiáng)配注效果，挖掘潛力油層，提高驅(qū)油效率，亟需開發(fā)小井眼高效測(cè)調(diào)注聚工藝及配套工具。

鑒于此，開發(fā)了海上油田小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)技術(shù)，該技術(shù)通過小尺寸注聚工具實(shí)現(xiàn)注聚井多層段、大排量保粘注入，利用電纜攜帶測(cè)調(diào)儀器下入井下監(jiān)測(cè)配注流量、壓力參數(shù)，地面控制設(shè)備在線直讀井下參數(shù)，控制測(cè)調(diào)儀器邊測(cè)邊調(diào)，精確調(diào)節(jié)各層注聚量，提高測(cè)調(diào)效率和地層配注精度，降低作業(yè)成本，為海上油田小井眼注聚提供了技術(shù)保障。

1 技術(shù)研究

1.1 技術(shù)方案

小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)技術(shù)由地面設(shè)備和下井工具組成，地面設(shè)備包括地面控制器、電纜絞車、地滑輪、通訊電纜、天滑輪、防噴器及井口管匯；下井工具包括測(cè)調(diào)注聚分注管柱和井下測(cè)調(diào)儀器，井下分注管柱包括井口安全閥、洗井滑套、層間封隔工具和注聚工具等組成，如圖1。

圖1 小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)技術(shù)方案Fig.1 Technical scheme of layered measurement and adjustment of polymer injection wells in small wells

電纜連接測(cè)調(diào)儀器與地面控制器，并將測(cè)調(diào)儀器下入井下與注聚工具對(duì)接，測(cè)調(diào)儀器監(jiān)測(cè)地層注入?yún)?shù)、調(diào)節(jié)注聚工具水嘴大小。注聚工具、層間封隔工具及其他井下工具通過油管下入井下，層間封隔工具分隔各注入層段，注聚工具對(duì)各層段進(jìn)行分層注聚。

1.2 技術(shù)原理

小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)技術(shù)適用于最小防砂段為3.25″及以上的防砂完井和套管完井管柱，根據(jù)分層注聚層段數(shù)量需求，管柱攜帶多級(jí)注聚工具和配套層間封隔工具下入，達(dá)到多層段分層注聚的目的。

電纜連接地面控制器和測(cè)調(diào)儀器，并將測(cè)調(diào)儀器下入井下與注聚工具對(duì)接，根據(jù)油藏對(duì)各層的配注需求，逐層測(cè)調(diào)注聚量。測(cè)調(diào)時(shí)，地面控制器通過電纜向井下測(cè)調(diào)儀器發(fā)送流量監(jiān)測(cè)和水嘴調(diào)節(jié)指令，測(cè)調(diào)儀器調(diào)節(jié)水嘴開度的同時(shí)監(jiān)測(cè)注入流量數(shù)據(jù)，測(cè)調(diào)一體，直至測(cè)調(diào)注入量滿足油藏配注要求。

層間驗(yàn)封時(shí)，可采用機(jī)械驗(yàn)封和電動(dòng)驗(yàn)封，分別采用鋼絲和電纜作業(yè)下入，井下驗(yàn)封儀器通過密封盤根封堵注聚工具水嘴上下，調(diào)節(jié)井口油嘴開度改變油管內(nèi)注入壓力，通過監(jiān)測(cè)油管內(nèi)壓力與地層內(nèi)壓力數(shù)據(jù)的變化情況，對(duì)比分析，確定分注管柱層間封隔效果。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）適用于最小防砂段為3.25″及以上的防砂完井和套管完井管柱的分層注聚測(cè)調(diào)，適用井斜≤60°，工藝管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，作業(yè)難度低。

2）在線直讀，精確監(jiān)測(cè)井下注入流量、注入壓力數(shù)據(jù)，邊測(cè)試邊調(diào)節(jié)，配注精度高。

3）一趟電纜作業(yè)逐層調(diào)節(jié)各地層注聚量，測(cè)調(diào)效率高、成本低。

2 配套工具設(shè)計(jì)

2.1 注聚測(cè)調(diào)工具

2.1.1 結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

注聚測(cè)調(diào)工具是小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)技術(shù)中關(guān)鍵的配套工具，主要由上接頭、四筆尖、短外套管、調(diào)節(jié)軸套、彈簧、上配注芯座、長(zhǎng)外套管、中間套管、閥內(nèi)套、閥外套、內(nèi)套管、下配注芯座及下接頭組成，形成定位防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、水嘴調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、大排量注入中心通徑，以及用于壓力平衡的橋式通道和螺旋梭形波可調(diào)節(jié)保粘注聚通道，如圖2。

圖2 注聚測(cè)調(diào)工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of the structure of injection and adjustment tools

注聚測(cè)調(diào)工具的主要技術(shù)參數(shù)為耐溫等級(jí)：150℃；最高工作壓力：25MPa（壓差）；最大外徑：φ80mm；最小內(nèi)徑：φ46mm；保粘率≥85%；流量調(diào)配范圍：0m3/d～500m3/d。

2.1.2 工作原理

聚合物經(jīng)大排量中心通道進(jìn)入注聚工具，一部分經(jīng)保粘注入通道后注入當(dāng)前地層，另一部分沿著中心通道和橋式通道流向下一地層。儀器測(cè)調(diào)時(shí)，橋式通道確保其他地層正常配注。

測(cè)調(diào)儀器下入井下后，經(jīng)四筆尖導(dǎo)向，與定位防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)配合，定位在工具內(nèi)部，測(cè)調(diào)儀器調(diào)節(jié)臂與水嘴調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)槽配合，測(cè)調(diào)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)調(diào)節(jié)槽旋轉(zhuǎn)，拉動(dòng)中心內(nèi)套管上、下移動(dòng)，改變保粘過流通道的大小。保粘過流通道增大時(shí)，壓降減小，配注量增大；保粘過流通道減小時(shí)，壓降增大，配注量減小。如圖3。

圖3 測(cè)調(diào)儀器與注聚工具配合示意圖Fig.3 Schematic diagram of the coordination between the measuring and adjusting instrument and the polymer injection tool

2.2 井下測(cè)調(diào)儀

2.2.1 結(jié)構(gòu)組成見圖4

圖4 測(cè)調(diào)儀器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of the structure of the measuring and adjusting instrument

小井眼注聚井下測(cè)調(diào)儀時(shí)，通過單芯電纜連接過載保護(hù)電纜頭，經(jīng)電纜頭連接電磁流量計(jì)，再連接壓力、溫度傳感器。經(jīng)壓力、溫度傳感器座連接線路、測(cè)量、控制模塊，再連接變速伺服電機(jī)。電機(jī)通過多級(jí)減速提高扭矩，輸出軸通過高壓防水密封后與導(dǎo)向支撐臂連接，之間安置了收攏、放開、對(duì)接、調(diào)節(jié)角度位置傳感器。同時(shí)，在導(dǎo)向支撐臂的下部安裝有調(diào)節(jié)臂和加重桿連接球頭。

2.2.2 技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)包括儀器外徑：φ42mm；儀器長(zhǎng)度：1830mm；流量測(cè)試范圍：0m3/d～1000m3/d；流量測(cè)試精度≤3%；壓力測(cè)試范圍：0MPa～60MPa；壓力測(cè)試精度：0.2%FS；輸出扭矩：40N·m；耐溫等級(jí)：150℃；工作電源：130VDC～140VDC；供電與通訊：?jiǎn)卫|變頻載波。

2.3 地面控制器

2.3.1 結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

外部設(shè)置防爆等級(jí)為ExdII BT6、防護(hù)等級(jí)為IP55～56的防護(hù)箱，內(nèi)部設(shè)置ST104工控機(jī)、LCD顯示器、控制模塊、編碼模塊和程控電壓、電流顯示模塊。適用溫度：-30℃～80℃，輸入電源：220V±0.5%、50HZ±1，輸出電源：0VDC～175VDC、0mA～500mA，供電與通信：?jiǎn)卫|變頻載波。通過USB通訊連接測(cè)控軟件，通訊電纜連接井下測(cè)調(diào)儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下參數(shù)的監(jiān)測(cè)和對(duì)測(cè)調(diào)儀器的控制。

2.3.2 工作原理

通過RS485接頭與PC上位機(jī)相連，通過通訊電纜與井下測(cè)調(diào)儀器相連，為井下測(cè)調(diào)儀器輸出動(dòng)力電壓、電流，通過上位機(jī)設(shè)置地面控制器和井下測(cè)調(diào)儀器參數(shù)。地面控制器接收上位機(jī)的命令，向井下測(cè)調(diào)儀器發(fā)送流量、壓力等數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和水嘴調(diào)節(jié)指令信號(hào)，調(diào)節(jié)配注量的同時(shí)，接收井下測(cè)調(diào)儀器返回的流量數(shù)據(jù)，并傳遞至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)邊測(cè)邊調(diào)注聚。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)

針對(duì)注聚工具開展室內(nèi)保粘測(cè)試試驗(yàn)，利用測(cè)調(diào)儀器分 別 在6m3/d、10m3/d、15m3/d、19m3/d流 量 下，調(diào) 節(jié)注聚水嘴至全開、4/5開度、3/5開度、2/5開度及1/5開度，收取注聚工具嘴前、嘴后聚合物，對(duì)比測(cè)試聚合物粘度，分析注聚工具保粘率。試驗(yàn)結(jié)果如圖5。

圖5 注聚工具在不同流量、開度下的保粘率Fig.5 The viscosity retention rate of the injection tool under different flow rates and opening degrees

試驗(yàn)結(jié)果表明：測(cè)調(diào)儀器與地面控制器通訊正常，測(cè)調(diào)功能可靠性高，注聚工具在不同流量、不同水嘴開度情況下，水嘴前后保粘率在86%以上，具有較好的保粘效果，滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)技術(shù)在渤海油田XX36-1油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5井次，分注管柱順利實(shí)現(xiàn)多層段分層注聚，分層驗(yàn)封合格，分層調(diào)配作業(yè)順利，井下儀器與測(cè)調(diào)控制器通訊正常，測(cè)調(diào)性能可靠。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of field application of layered measurement and adjustment technology for polymer injection wells in small wells

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明：小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)技術(shù)能夠滿足海上油田注聚井多層段分層測(cè)調(diào)注聚需求，整體工藝管柱簡(jiǎn)潔，注聚工具與測(cè)調(diào)儀器匹配性良好，測(cè)調(diào)儀器與地面控制器通訊良好，測(cè)調(diào)性能可靠，邊調(diào)節(jié)邊測(cè)試，調(diào)節(jié)精度高，一趟電纜作業(yè)完成所有層位調(diào)配，測(cè)調(diào)效率高，單井測(cè)調(diào)作業(yè)用時(shí)不超過12h。

4 結(jié)論

針對(duì)海上油田小井眼注聚井分層測(cè)調(diào)困難、配注效率低、粘度損失高的問題，開發(fā)了小井眼分層測(cè)調(diào)注聚技術(shù)，設(shè)計(jì)研發(fā)了注聚工具，測(cè)調(diào)儀器和地面控制器。

1）解決了渤海油田3.25in防砂通徑注聚井的分注難題，滿足小井筒、大排量、多層段、高保粘測(cè)調(diào)注聚。

2）注聚工具與井下測(cè)調(diào)儀器配合良好，對(duì)接成功率高，測(cè)調(diào)儀器與地面控制器通訊良好，測(cè)調(diào)性能可靠。

3）測(cè)調(diào)一體化，提高了注聚效率、調(diào)配效率和配注精度，降低了作業(yè)成本，滿足海上油田精細(xì)分注、高效驅(qū)油的需求，為海上油田注聚、調(diào)驅(qū)工藝的發(fā)展提供強(qiáng)有力技術(shù)支持，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。