張 云

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163853)

0 引 言

目前，大慶油田以注水開(kāi)發(fā)為主。注水開(kāi)發(fā)方式是保持油田地層壓力穩(wěn)定，提高油田中單井產(chǎn)量，進(jìn)而提高油田綜合采收率的最重要的方式之一。針對(duì)于非均質(zhì)、多油層、層間矛盾突出的油田，實(shí)施了分層注水開(kāi)發(fā)的試井技術(shù)。此技術(shù)既可有效提高薄、差油層的整體注入能力，又對(duì)高滲透、大厚度的油層實(shí)現(xiàn)有效地定量控制，進(jìn)而減小油田注水開(kāi)發(fā)中的層間矛盾，使油田中的各類型油層都能得到全面、有效地利用。注水井分層流量調(diào)配是全面完成地質(zhì)配注方案，有效實(shí)現(xiàn)“注夠水、注好水”的重要環(huán)節(jié)。但隨著油田水驅(qū)開(kāi)發(fā)的不斷深入和外圍薄、差、小油層的接替動(dòng)用，各個(gè)注水層段之間的矛盾也在日益突出，注水井分層流量調(diào)配難度不斷加大，效率不高[1]。面對(duì)這一系列的實(shí)際性問(wèn)題，油田技術(shù)人員通過(guò)不斷探索和研究，在注水井測(cè)調(diào)技術(shù)工藝方面取得了重大的突破。提出將恒流注水技術(shù)予以修正和完善，發(fā)揮恒流優(yōu)勢(shì)，克服不穩(wěn)定弊端，更好地為油田測(cè)試服務(wù)。

本文首先從恒流配水技術(shù)的工作原理入手，通過(guò)深入剖析恒流配水堵塞器的內(nèi)部構(gòu)造,提出技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的解決措施，從而達(dá)到提高水井測(cè)調(diào)效率和延長(zhǎng)穩(wěn)定周期的目的。

1 恒流配水技術(shù)的工作原理

恒流偏心配水堵塞器是為了保證注水方案精確實(shí)施和有效延長(zhǎng)平均測(cè)調(diào)周期而研制的新型配水裝置，其工作原理主要是應(yīng)用液壓調(diào)速閥的技術(shù)原理，在注水壓力發(fā)生變化的情況下,仍然可以保證注入層段流量恒定。這樣，既可保證注水井中各層段的配注量，又可有效地降低注水井中的層間干擾[2]。

假設(shè)普通陶瓷水咀屬于薄壁小孔類，其過(guò)流公式為：

(1)

(2)

式中：μ為流體粘度，MPa·s；A為孔徑面積，m3；d為層段水咀直徑，mm。

假設(shè)注水井某一注入層段的單層吸水指示曲線屬于線性變化規(guī)律，其注入流量公式為：

Δpl=KQ

(3)

式中：Δpl為注入壓差即新型恒流堵塞器出口壓力，MPa；K為常數(shù)，即層段吸水指數(shù)的倒數(shù);Q為層段實(shí)際注入量， m3/d。

在注水井中應(yīng)用新型恒流堵塞器之前，應(yīng)先對(duì)該井進(jìn)行一次分層流量測(cè)試。測(cè)試時(shí)，記錄油壓py、測(cè)試層段的水咀直徑d和關(guān)井時(shí)油壓pg等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如不計(jì)管線流程損失可得公式：

py-pg=Δp+Δpl

(4)

假設(shè)在該注水層段投入啟動(dòng)壓力為pq的恒流堵塞器，設(shè)其達(dá)到配注要求q時(shí)的油壓為pt，由公式(1)、(2)、(3)、(4)可以得到如下經(jīng)驗(yàn)公式，公式(1)中流量系數(shù)μ取0.8[3]。

(5)

式中：pt為達(dá)到配注時(shí)的油壓，MPa；q為層段配注量， m3/d；Q為層段實(shí)測(cè)注入量，m3/d;py為測(cè)試時(shí)油壓，MPa；pg為關(guān)井時(shí)油壓，MPa；pq為啟動(dòng)壓力，MPa；d為層段水咀直徑，mm。

2 恒流技術(shù)應(yīng)用中存在的技術(shù)問(wèn)題及改進(jìn)措施

2.1 恒流技術(shù)應(yīng)用中存在的技術(shù)問(wèn)題

通過(guò)多年的恒流配水技術(shù)研究，其在應(yīng)用中存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1)注入壓力波動(dòng)大。投入恒流堵塞器后，采用兩級(jí)彈簧調(diào)節(jié)方式，注入井壓力仍然波動(dòng)較大，波動(dòng)范圍可達(dá)到0.5～1.5 MPa。一般需要3～5 d后，才能達(dá)到壓力穩(wěn)定狀態(tài)。

2)壓力調(diào)節(jié)彈簧變形、出現(xiàn)大面積腐蝕。恒流堵塞器的工作環(huán)境惡劣，井下溫度高，注入水質(zhì)差，腐蝕性很強(qiáng)。在使用恒流堵塞器1-2個(gè)月后，其內(nèi)部的壓力調(diào)節(jié)彈簧頂部一般會(huì)出現(xiàn)明顯的變形，并存在嚴(yán)重的腐蝕情況。

3)恒流水嘴閥芯移動(dòng)不順暢。由于井下工作環(huán)境惡劣，恒流水嘴閥芯的耐用性是一個(gè)很重要的影響因素。閥芯的整體移動(dòng)不順暢，致使彈簧縱向彈力的一部分損失在側(cè)壁的摩擦阻力上，壓縮形變量將不能達(dá)到應(yīng)用要求[4]。

2.2 恒流注水技術(shù)瓶頸的改進(jìn)措施

為了深入研究影響“腐蝕”與“形變”兩大技術(shù)難題的重要因素，對(duì)于原有恒流堵塞器腐蝕嚴(yán)重的問(wèn)題，采用全新的防砂濾網(wǎng)，驗(yàn)證井下堵塞器的腐蝕情況是否主要來(lái)自于粘污性腐蝕；對(duì)于原有恒流堵塞器彈簧壓縮形變的問(wèn)題，在壓力調(diào)節(jié)彈簧的一側(cè)改用圓柱型穩(wěn)定裝置，以驗(yàn)證壓力傳導(dǎo)與彈性形變的關(guān)系。

2016年3月5日，在大慶油田的高2x-斜x2偏Ⅰ層位和高3x-x7偏Ⅰ層位投入“改進(jìn)”的恒流堵塞器，并于6月17日撈出，驗(yàn)證、分析兩個(gè)技術(shù)難題的影響因素。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析如下：

1)壓力調(diào)節(jié)彈簧出現(xiàn)一側(cè)變形。由于壓力調(diào)節(jié)彈簧底部加裝了穩(wěn)定裝置未出現(xiàn)變形，而彈簧的頂部則出現(xiàn)了明顯的變形。變形后，使彈簧彈力的一部分損失在側(cè)壁的摩擦阻力上，這一因素直接導(dǎo)致層段注入量由開(kāi)始測(cè)量時(shí)的10 m3/d,后期變化為6 m3/d。

2)壓力調(diào)節(jié)彈簧未出現(xiàn)大面積腐蝕。井下工作環(huán)境惡劣，井下溫度高，注入水質(zhì)差，腐蝕性很強(qiáng)。投入的恒流堵塞器彈簧本身未出現(xiàn)大面積的腐蝕，證實(shí)了堵塞器的腐蝕主要來(lái)源于注入水質(zhì)差的粘污影響。

對(duì)于原有恒流堵塞器在應(yīng)用中存在的技術(shù)問(wèn)題，具體解決措施如下。

針對(duì)于井口油壓波動(dòng)大的問(wèn)題，增加了閥芯通孔不僅實(shí)現(xiàn)壓力的線性傳導(dǎo)，還使注入壓力能更快地傳導(dǎo)進(jìn)入堵塞器內(nèi)腔；采用氧化鋯外膜的陶瓷水嘴可防止長(zhǎng)期沖刷帶來(lái)的孔徑變化。

針對(duì)于恒流水嘴閥芯移動(dòng)不順暢的問(wèn)題，將密封圈位置上移，使內(nèi)部活動(dòng)空間更大，且內(nèi)壁采用可控離子滲入技術(shù)，保證壓力滑動(dòng)裝置的靈活性；將傳壓裝置整體縮短2 mm，在彈簧被完全壓縮時(shí)，仍然可以正常注水。

3 關(guān)鍵部件技術(shù)參數(shù)設(shè)定

4 新型恒流堵塞器的應(yīng)用效果

4.1 恒流堵塞器應(yīng)用前提及范圍

在注水井中應(yīng)用新型恒流堵塞器前，首先，應(yīng)該了解新型恒流堵塞器壓力調(diào)節(jié)彈簧的啟動(dòng)壓力。應(yīng)用新型恒流堵塞器前先測(cè)試一次檢測(cè)卡片，根據(jù)檢測(cè)卡片逐層計(jì)算出層段吸水量，然后根據(jù)水表水量值與測(cè)量值的比例關(guān)系計(jì)算出各層的實(shí)際吸水量，充分了解注水井的各個(gè)注入層段的實(shí)際吸水能力。測(cè)試時(shí)，準(zhǔn)確記錄井口注入壓力、泵壓值、水表水量值。測(cè)試后，對(duì)選定的測(cè)試井進(jìn)行關(guān)井操作并及時(shí)、準(zhǔn)確錄取關(guān)井后的井口油壓。按照公式(5)試計(jì)算各個(gè)注入層段投入新型恒流堵塞器后的油壓。如果對(duì)注入層段所計(jì)算的油壓數(shù)值都小于注水井的泵壓值，則該井可以投入新型恒流堵塞器進(jìn)行分層注水。符合條件后，我們主要應(yīng)用在強(qiáng)吸水層段，先克服全井中的主要矛盾，進(jìn)而提升測(cè)調(diào)施工工作效率。

4.2 恒流堵塞器的數(shù)據(jù)標(biāo)定及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

基于新型恒流堵塞器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、加工工藝和彈簧強(qiáng)度等諸多方面進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬井下流體標(biāo)定恒流數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證恒流堵塞器在井下工作的穩(wěn)定性、可靠性，對(duì)恒流效果給出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

模擬井中的數(shù)據(jù)標(biāo)定是在大慶采油工程研究分層開(kāi)采實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的。在數(shù)據(jù)標(biāo)定過(guò)程中，注入水一直處于循環(huán)狀態(tài)，裝置可以采集嘴前的壓力、流量，也可采集嘴后的壓力、流量，驗(yàn)證恒流效果及壓力損失數(shù)值。標(biāo)定數(shù)據(jù)表明：恒流效果較好，隨壓力變化后壓力傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)能夠?qū)α髁窟M(jìn)行迅速調(diào)整。額定數(shù)值為10 m3/d的恒流堵塞器能夠穩(wěn)定在9～10 m3/d的流量值，如圖1所示。

圖1 新型恒流堵塞器壓力、流量標(biāo)定數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證裝置的現(xiàn)場(chǎng)效果，在大慶油田的杏1x-x9注水井進(jìn)行了井口模擬實(shí)驗(yàn)。首先，關(guān)閉總生產(chǎn)閘門(mén)，利用井口上返水流模擬井下水流，并用裝置模擬井下配水器，進(jìn)行了水量和壓力測(cè)試。試驗(yàn)開(kāi)始后2 min內(nèi)，堵塞器的內(nèi)外壓力已經(jīng)保持了定壓、定量，現(xiàn)場(chǎng)效果較好，如圖2所示。

圖2 井口模擬裝置及測(cè)試數(shù)據(jù)

新型恒流堵塞器的穩(wěn)定時(shí)間由3～5 d減少為2～3 min，主要是由于在堵塞器底部，通過(guò)閥芯傳導(dǎo)進(jìn)來(lái)的壓力迅速形成反向背壓，并作用在壓力調(diào)節(jié)彈簧上，使壓力調(diào)節(jié)彈簧能夠在很小的注入壓力下，立即進(jìn)入工作狀態(tài)，有效地減小了恒流堵塞器的啟動(dòng)壓差。

為了驗(yàn)證恒流堵塞器的實(shí)際應(yīng)用效果，在大慶油田進(jìn)行了井下長(zhǎng)期壓力、流量跟蹤試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)井的層段流量、壓力數(shù)據(jù)，每月都要進(jìn)行檢配施工，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)資料回放、打印工作，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性。通過(guò)7個(gè)多月的連續(xù)監(jiān)測(cè)，恒流效果較好，層段注水穩(wěn)定，如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)打印成果

新型恒流堵塞器有效延長(zhǎng)測(cè)調(diào)穩(wěn)定周期由2～3個(gè)月延長(zhǎng)至6～7個(gè)月，主要是兩個(gè)方面的重要作用：一是在壓力傳導(dǎo)方向上，采用增大閥芯導(dǎo)角的錐型結(jié)構(gòu)可減少壓力損失，使壓力調(diào)節(jié)彈簧的形變量保持在允許變化范圍內(nèi)，大大提升恒流堵塞器的使用周期；二是壓力調(diào)節(jié)彈簧均采用納米級(jí)金屬技術(shù)，可以滿足彈性和抗腐蝕的技術(shù)要求[6]，且主體與閥芯均采用可控離子滲入技術(shù)，提高恒流堵塞器的工作性能和使用壽命[7]。

5 結(jié) 論

1)新型恒流堵塞器有效克服了井口油壓波動(dòng)大的問(wèn)題，波動(dòng)范圍在0.1～0.3 MPa之間，穩(wěn)定時(shí)間由3～5 d減少為2～3 min，且壓力、流量長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2)新型恒流堵塞器有效延長(zhǎng)了測(cè)調(diào)穩(wěn)定周期，使測(cè)調(diào)周期由2～3個(gè)月延長(zhǎng)至6～7個(gè)月，提高測(cè)調(diào)工作效率。

[1] 閆術(shù)任,成 峰,李興國(guó).注水井壓降資料應(yīng)用分析[J].油氣井測(cè)試,2000,16(2):24-28.

[2] 梁德海.恒流式偏心配水堵塞器的改進(jìn)與應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013,22(6):49.

[3] 馬 偉,趙學(xué)增,劉長(zhǎng)運(yùn).恒流堵塞器的建模和參數(shù)分析[J].機(jī)械工程師,2006,37(9):112-114.

[4] 郭英偉.KHPX-20型恒流偏心配水堵塞器的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息,2005,16(13):137-140.

[5] 欒云天.分層注水技術(shù)中恒流堵塞器的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2014,23(6):102-104.

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[7] 趙奇祥.新型投撈式恒流配水器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2010,39(7):49-53.