高壓分注井測調技術研究與應用

喬志學 牛錫林（大港油田公司第三采油廠）

1 概述

在油田分層注水過程中，由于地層滲透率差異大，造成分層注水層間矛盾突出，層間注水壓差大，層間干擾嚴重，并且注水壓力必須滿足高壓層的吸水性需求，因此高壓增注井日趨增加，這就給高壓井測試造成了一項技術難題。測調聯動一體化技術大幅度降低了分注井測調的工作量及勞動強度，提高了測調效率及準確度，但是目前僅適用于井口注水壓力在20 MPa以下時的測調，當井口注水壓力較大時，無法直接進行測調，需要進行停注泄壓，待井口壓力降低到20 MPa左右再進行測調[1-3]。停注泄壓后再進行測調存在的問題有以下幾點：

1）停注后，井筒內壓力狀態與正常注入時不同，影響測調結果準確度。

2）造成地層返吐，測調儀器下入更加困難泄壓。

3）造成地層能量浪費。

4）延長了測調實施的周期。

5）泄壓放溢流造成環境污染[4-5]。

2 分注井測調技術理論分析

普通測試通過測調儀加重、井口順鋼絲，克服防噴管內測調儀上下壓差，實現測試。測調聯作測調儀采用電纜起下，采用井口順鋼絲的辦法容易造成電纜打紐，后果是測調儀掉井，電纜報廢[6-8]。為此需要研究防噴管內輸送工具。測調儀在防噴管內啟動下行主要克服的阻力有：靜壓差阻力、盤根對電纜的摩擦力[9-10]。

2.1 防噴管內測調儀受力

當測調儀在防噴管內處于靜止狀態時，根據防噴管的內部結構圖，測調儀在防噴管內靜止時受力分析見圖1。

圖1 測調儀在防噴管內靜止時受力分析

根據流體力學靜力學基本原理，對測調儀在防噴管內靜止時各面受力“壓力體”分析，各面當測調儀在防噴管內啟動所需要克服的靜壓差阻力包括兩部分：一是測調儀本身的浮力；二是井口壓力作用在電纜斷面上得壓力，測調儀靜壓阻力與井口壓力數據如表1所示。

表1 測調儀靜壓阻力與井口壓力之間的關系

式中：fΔp為測調儀上下兩端的靜壓差引起的阻力，N；ρ為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；Ly為測調儀直徑，m；Dy為測調儀直徑，mm；Ddl為電纜直徑，mm；P0為井口壓力，MPa。

根據表繪制了井口壓力與測調儀靜壓差阻力之間的關系曲線，并擬合出其關系式見圖2。

圖2 測調儀靜壓阻力與井口壓力之間的關系曲線

由圖2可知，測調儀靜壓阻力與井口壓力之間關系的擬合公式為：

根據公式（2），測調儀的質量為22 kg，則當井口壓力為19.12 MPa時，測調儀即在防噴管內處于懸浮狀態。

2.2 盤根對電纜的摩擦阻力

測調儀受力分析由圖3可知，G+fhdl=Fl+fΔp，則盤根對電纜的摩擦力為：fhdl=Fl+fΔp-G，盤根對電纜摩擦力數據如表2所示。

圖3 測調儀受力分析

表2 盤根對電纜摩擦力數據

由盤根對電纜的摩擦阻力變化曲線圖4可知，盤根對電纜的摩擦力隨著井口壓力的增加而增大，但當壓力大于12 MPa時，測試壓力對摩擦力的影響不大，盤根對電纜的摩擦力圍繞在38 N左右。因此，可以確定在實際生產過程中井口壓力對盤根與電纜之間的摩擦力的影響不大。

圖4 盤根對電纜的摩擦阻力變化曲線

2.3 防噴管內測調儀啟動條件

1）電纜直徑優化。測調儀質量設為my，則儀器重量為：

盤根對電纜的摩擦力為fhdl，則結合測調儀在防噴管內的受力情況分析及公式（1）、（2），在不增加配重的條件下，僅改變電纜的直徑以滿足下行，可優化出電纜直徑：

式中：ρ為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；Ly為測調儀直徑，m；Dy為測調儀直徑，mm；Ddl為電纜直徑，mm；P0為井口壓力，MPa；fhdl為盤根對電纜的摩擦力，N。

2）啟動配重計算。結合測調儀在防噴管內的受力情況分析及公式（4），可計算出測調儀在防噴管內啟動下行所需的配重：

根據計算結果，若mp＜0，則說明無需配重，若mp＞0，則說明需要增加配重。根據理論分析，只要測調儀滿足啟動條件，緩慢下行過程中，電纜增加的重力遠大于電纜增加的浮力，所以將一直滿足下行條件。

3 常規測調技術適用范圍分析

根據上述理論分析，在滿足實際工程需要的基礎上，對理論公式進行簡化，能夠順利進行測調的基本條件是測調儀器串自重必須大于儀器串所受的懸浮力與摩擦力之和，盤根與電纜磨阻系數為0.2，對常規測調技術的適用范圍進行分析[6-7]。常規測調技術裝備配套具體參數見表3。

從表3看出，常規測試使用人工舉升，防噴管長2.5 m能夠滿足的儀器自重約為17.7~23.6 kg，（人工舉升能夠滿足的儀器自重為15~20 kg）因此常規測試能夠滿足的極限壓力范圍為12~18 MPa。

表3 常規測調裝備配套

4 高壓分注井不泄壓測調技術及配套

4.1 測井防噴管+鎧裝電纜+吊車

該技術主要考慮改進增加儀器自重的方式，測井防噴管長度為10 m，可增加的儀器自重極限為90 kg，可滿足所有高壓井的測試需求，但是需要吊車配合進行測試作業，動用設備多，成本較高。測井防噴管+鎧裝電纜+吊車主要配套見表4，不同注水壓力下的儀器串配重見表5。

表4 測井防噴管+鎧裝電纜+吊車主要配套

表5 不同注水壓力下的儀器串配重

4.2 液壓可傾斜加長防噴管+鎧裝電纜

液壓可傾斜加長防噴管+鎧裝電纜主要配套見表6。

表6 液壓可傾斜加長防噴管+鎧裝電纜主要配套

高壓井測試技術中主要考慮改進加長液壓防噴管長度，增加儀器配重，防噴管長度增加到4 m，采用0.035 m電纜可增加的儀器自重極限為47 kg，可滿足30~35 MPa高壓井的測試需求。“液壓可傾斜加長防噴管+鎧裝電纜”的能夠滿足30~35 MPa高壓井的測調，并且與現有測調裝備兼容，操作方便。

5 液壓可傾斜防噴系統優化研究

目前油田陸、海采油需要高壓注水，注入水水質差，給測井、試井工作帶來一定的難度。在注水壓力高的情況下，測井、試井測試時必須加長加重桿，同時防噴管也要加長，這樣工人站在操作平臺工作，防噴管抖動大，工作的危險性就大，防噴時需要工人爬到操作平臺上用扳手冒噴緊堵頭；由于工人站在操作平臺上，用手向井內推送鋼絲，因不能緊死盤根，井內的液體就向外噴出，增加了操作難度；用手推鋼絲危險性大。因此，需要改進測井、試井井口工藝，油田測井、試井需要重量輕、耐高壓、耐腐蝕、密封性能好、安裝快速便捷的井口防噴裝置。液壓起升井口防噴裝置（鈦合金）就能解決以上問題。液壓起升井口防噴裝置優點：

1）比重小、重量輕：鈦合金的密度為4.6 g/cm3，僅為鋼的59%。

2）耐腐蝕性能好：對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優良的抗腐蝕能力，延長了防噴裝置的使用壽命。

3）高溫性能好：在450～500℃的溫度下長期工作，仍有很高的比強度。

4）密封性能好：采用耐磨、耐壓的電纜密封材料、阻流和雙級液壓密封。

5）安全性高：鈦合金抗拉強度與屈服強度高于合金鋼，鈦合金的抗拉強度等于1 050 MPa，屈服強度955 MPa，N80油管抗拉強度大于或等于689 MPa，屈服強度552～7 586 MPa，用于高壓下測井、試井施工安全性能高于合金鋼。

6 經濟效益

高壓分注井不泄壓測調技術，現場成功應用21口井，注水壓力最高達到33.8 MPa，測調壓力創歷史新高，開拓了橋式同心分注技術適用范圍，同時鈦鋼防噴管液壓舉升裝備具有體積小，重量輕，耐壓高，操作簡便可靠，不僅安全而且節能，減少設備更換2次，節約電能，具體計算過程如下：

對其中10口井進行電量計量見表7，10口日節電168 k Wh，全年單井測調4次，折合84井次，節電量1 441.2 k Wh。

表7 耗能效果分析

受該技術影響，21口井中其中5個井組受益油井增油效果明顯，累計增油量1 622 t，現場試驗增油效果統計見表8，按原油價格3 000元/t，同時避免高壓無法測調及節約測調儀器磨損更換費用，截止目前累計節能創效1 350余萬元。

表8 現場試驗增油效果統計

7 結束語

高壓分注井測調技術技術能夠解決大港南部油田復雜斷塊油藏高壓測調困難問題，提高分注水平，降低安全隱患，實現有效注水、精細注水，為老油田注水可持續開發提供了一種新的手段，同時年節電約1 441.2 k Wh，累計增油量1 622 t，節能增油效果明顯，具有一定的推廣意義。