馮貴洪，胡建新，王麗，蔣士

（1.貴州航天凱山石油儀器有限公司，貴州 貴陽 550009；2.華北油田第二采油廠設備科，河北 廊坊 065000；3.渤海石油裝備制造有限公司采油裝備分公司，河北 任丘 062550；4.渤海裝備采油裝備抽油機公司，河北 青縣 062650）

油田開發(fā)中后期，隨著石油資源的日益枯竭，地層壓力不斷下降，導致原油開采難度和成本大幅增加。我國油田普遍采用注水驅油的方法提高原油采收率，東部油田大都進入高含水期（≥90%），無效注水增多、產出能效比低，原油開采成本急劇上升，且國際油價長期低位徘徊，導致國內油企承受巨大的運營成本壓力。而傳統(tǒng)分立的水井高效測調和驗封技術，油田不僅需要配備專門的測調儀器、驗封儀器，還要配備專門的測調班組、驗封班組及專用測試車輛，成本較高；傳統(tǒng)的水井測調和驗封工作，往往需要4 ～6d，班組重復勞動、多趟起下等問題導致測試效率低下，測試疑難問題得不到及時處理而影響注水驅油效果。

為解決上述問題，油田急需開發(fā)一種能大幅提高水井測試效率的一體化測調驗封技術和儀器，單趟下井即可完成測調、驗封工作，降低測試成本及原油開采成本。

1 技術方案介紹

1.1 系統(tǒng)組成

一體化測調驗封裝置系統(tǒng)由井下儀、地面測控儀、測控軟件及電纜測井車等部分組成。井下儀實現(xiàn)井下流量、壓力、溫度等信號的采集處理、電機控制、單芯通訊等功能，是系統(tǒng)的核心組成；地面測控儀實現(xiàn)與井下儀的單芯供電和通訊功能，并通過USB 接口與計算機進行通訊；測控軟件實現(xiàn)儀器操控、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理等功能，為人機交互界面；電纜測井車、防噴裝置等為油田高效測調標準配置。

1.2 井下儀布局及工作原理

井下儀從上至下依次為馬籠頭、上導流組件、測控短節(jié)、驗封短節(jié)、下導流組件，布局滿足一體化測調驗封儀器下井長度和部分油田井口人工舉升長度要求。

井下儀集測調、驗封功能于一體，兩功能短節(jié)由同一主機內的主控電路進行控制和數(shù)據(jù)采集。調節(jié)臂、支撐爪等由相應的電機驅動實現(xiàn)收張；導向爪由凸輪機構控制，上提儀器釋放后，處于常開狀態(tài)。通過調節(jié)臂、支撐爪和導向爪三者狀態(tài)的組合，實現(xiàn)儀器的主要功能。

（1）分層流量測試功能。調節(jié)臂、支撐爪等處于收攏狀態(tài)，儀器可以在管柱內任意層段通過或停留，測試流量卡片。

（2）測調功能。控制調節(jié)組件上的調節(jié)臂張開，驗封短節(jié)上的皮碗、支撐爪處于收攏狀態(tài)；在配水器上方下放儀器，通過導向爪、調節(jié)臂與配水器內部結構的配合，實現(xiàn)導向座層，完成調節(jié)臂與可調水嘴的對接。通過轉動調節(jié)電機，帶動水嘴可調閥芯的運動，實現(xiàn)分層注水量的測調功能。

（3）驗封功能。調節(jié)臂處于收攏狀態(tài)，控制驗封短節(jié)上的支撐爪張開，下放儀器使得支撐爪坐到配水器定位臺階上實現(xiàn)座層離合，控制皮碗脹封，隔絕油管壓力和地層壓力。通過兩條壓力曲線的走勢，判斷封隔器的工況，實現(xiàn)本級封隔器的驗封功能。

2 關鍵技術研究

2.1 多芯油壬連接技術

采用1.1 所述的布局方案，將完整的驗封短節(jié)置于調節(jié)臂和導向爪之間，結構最緊湊、長度最短。驗封短節(jié)上安裝有油管壓力傳感器、地層壓力傳感器、驗封電機等元件，并需要通過連接下流量組件的若干信號線，共有20 余根導線要穿過調節(jié)短節(jié)狹小過線空間連接到主機電路板上，裝配、檢測及維修都比較困難。此外，還必須滿足儀器測調導向距離不大于700mm 的要求及方向性要求，以保證水嘴對接成功。為此，我們在驗封短節(jié)和調節(jié)短節(jié)的連接處，采用了多芯油壬連接技術，解決了上述工程難題。

具體技術方案為：

（1）在驗封短節(jié)電機傳感器組件狹小空間內，將多個電器元件的引線集束與多芯插頭連接，通過多芯接插件實現(xiàn)驗封短節(jié)與調節(jié)短節(jié)的電氣連接，改善儀器的維護、維修便利性，提高裝配工藝性和整機可靠性。

（2）通過驗封短節(jié)前端的半圓凸臺與調節(jié)短節(jié)中插座支架前端的半圓凹槽配合，實現(xiàn)驗封短節(jié)與調節(jié)短節(jié)的導向連接和電氣連接的準確定位，以避免多芯接插件對偶針芯受到對接扭矩損壞。

（3）插頭與驗封短節(jié)、以及插座與調節(jié)短節(jié)的連接均采用非圓孔柱配合連接方式，限制接插件、結構件的徑向轉動，避免受限空間內導線束纏繞、扭曲，提高電氣連接的安全性。

（4）采用結構件承受外界高壓作用力，避免接插件受力損壞。

多芯油壬連接技術是實現(xiàn)直讀式一體化測調驗封技術的核心、關鍵技術，解決了多根導線穿越復雜機構、井下儀器狹小受限空間的實際工程難題?；谠摷夹g申請的專利《一種驗封短節(jié)與測調短節(jié)的連接方法及結構（ZL201510680689.1）》獲得授權，并獲2017 ～2018 年度貴州省專利獎優(yōu)秀獎。

2.2 流量測調技術

測調是一體化測調驗封儀器的主要功能，基本要求就是“流量測得準，水量調得動”。為適應各油田復雜地質情況，我們在提高流量傳感器耐壓能力、換能器延壽、高溫流量測試及提高調節(jié)扭矩等方面開展了研究工作。

（1）采用全密封流量傳感器結構，僅換能器發(fā)聲面與井液接觸，換能器尾部、導線等處于常壓、密封環(huán)境，故儀器流量傳感器部分耐壓能力較原有采用PEEK 殼換能器、開放式導流管結構提高近一倍，達到80MPa 以上，密封可靠性、絕緣性和壽命得到大幅較高。兼顧超聲波最佳穿透效果和外殼耐壓80MPa 要求是全密封流量傳感器設計的關鍵和難點；

（2）開展耐溫155℃高溫換能器研究。采用耐溫等級更高的改型鈦酸鉛陶瓷晶片，晶片與不銹鋼殼體之間采用特殊耦合層粘接，避免出現(xiàn)熱脹冷縮導致的結合面脫離或開裂；并進行頻率篩選、配對，盡量減小換能器溫漂導致的“靜水流量”影響。以上措施提高了儀器的適用溫度范圍，改善了困擾多年的“靜水流量”問題。相關產品在華北油田等開展試驗，流量零位基本在3m3/d 左右，且高溫下零位基本穩(wěn)定，能夠滿足現(xiàn)場流量測試需求；

（3）采用工藝性更好、傳動效率更高的傳動機構及進口高溫大扭矩微型電機組合，測調時最大輸出扭矩已達到16N·m 以上。

采用上述技術方案后，儀器測調功能已能較好地滿足國內大部分油田水井測調的要求，測調效果得到用戶認可。

2.3 可電控泄壓的高壓差皮碗驗封技術

皮碗是實現(xiàn)電動驗封的關鍵密封件，需要承受不小于10MPa 驗封壓差，鼓脹驗封后還需要安全回收，以免造成掉卡井事故。為提高電動驗封技術適用性、安全性，我們開展了φ42 電動密封、可控電動泄壓等相關技術研究。

（1）φ42 電動密封技術。將儀器（密封段局部）最大外徑由φ44 減小到φ42，可改善儀器通過性能，但在居中情況下皮碗密封間隙由1mm 增大為2mm，會導致皮碗耐壓能力大幅下降。在驗封原理、結構參數(shù)不作大的調整前提下，我們采用高硬度皮碗方案來提高其密封耐壓能力，并成功解決高硬度與脫模工藝性的工程難題；

（2）電動泄壓技術。皮碗脹封后，地層壓力通道建立。雙壓力傳感器分別監(jiān)測地層壓力和油管壓力變化，通過曲線走勢可直觀判斷封隔器密封情況。泄壓時，傳動螺母運動同步打開泄壓閥芯，實現(xiàn)泄壓，皮碗兩側壓力逐漸降低至平衡，傳動機構拉伸皮碗直至行程走完。

采用φ42 電動密封、電動泄壓技術的儀器在現(xiàn)場驗封效果良好，能滿足大多數(shù)井通過要求和大壓差井驗封要求。

3 推廣應用情況

2015 年，貴州航天凱山石油儀器有限公司在原有測調、驗封技術基礎上，組織實施偏心一體化測調驗封裝置項目研發(fā)，成功開發(fā)出國內首支偏心注水井一體測調驗封裝置，技術處于國內領先水平。

產品將油田水井測調、驗封時間從原來的4 ～6d 縮短到1 ～2d，提高測試效率一倍以上，水井單井測試成本降低30%，在大慶油田、遼河油田、華北油田等采油單位得到規(guī)?；茝V應用。該系統(tǒng)已累計銷售200 余臺（套），服務水井7000 余口，為油田提高采收率、穩(wěn)產增產作出了應有貢獻。

4 結語

一體化測調驗封技術是新興的水井測試技術，在測試效率、成本等方面較傳統(tǒng)分立測試技術有較大優(yōu)勢，目前已在國內部分油田推廣應用。相關單位應在此基礎上繼續(xù)開展技術改進和完善工作，推進水井測試技術發(fā)展，為油田穩(wěn)產、增產作出更大貢獻。