劉秀琪 何文祥

（長江大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院， 湖北 武漢 430100）

摘 ?????要： 針對大慶油田橋式偏心配水管柱封隔器驗(yàn)封密封率極低問題，分析了常見封隔器驗(yàn)封方法的優(yōu)缺點(diǎn)。從橋式偏心配水器正常注水及密封段法驗(yàn)封時(shí)水流方向入手，討論了影響橋式偏心配水管柱封隔器驗(yàn)封成功率的主要因素。研究認(rèn)為封隔器驗(yàn)封時(shí)橋式偏心配水器橋式通道依然允許水流通過而無法在密封皮碗上下形成壓差，這是導(dǎo)致橋式偏心配水管柱封隔器驗(yàn)封失敗的主要原因。優(yōu)選了西安斯坦公司生產(chǎn)的直讀研封儀，分析了該儀器的工作原理，優(yōu)化了封隔器驗(yàn)封時(shí)注水井激動(dòng)操作方法。應(yīng)用表明：配合關(guān)開關(guān)法注水操作使用直讀驗(yàn)封儀即能驗(yàn)證橋式偏心配水管柱封隔器密封性。當(dāng)層段注水量較高皮碗密封后層段壓力降低較快，此時(shí)不必關(guān)開關(guān)注水即可判斷封隔器密封性。

關(guān) ?鍵 ?詞：橋式偏心配水器;封隔器;成功率;密封段;直讀驗(yàn)封儀

中圖分類號(hào)：TQ 055.8⁺3???????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）11-2557-04

Analysis on the Effect of Direct Reading Seal-Examining Device?in Verifying the Sealing of Packer of Pipe With Bridge Type Eccentric Water Distribution

LIU?Xiu-qi， HE?Wen-xiang^*

（College of Resources and Environment， Yangtze University，?Hubei?Wuhan 430100， China）

Abstract： In view of the extremely low sealing rate of verifying the sealing of packer of pipe with bridge type eccentric water distribution，?the advantages and disadvantages of common methods in verifying?the sealing of packers were analyzed. From?the start of flow direction of the bridge type eccentric water distributor during normal water injecting or verifying the sealing of packer by sealing section， the main factors affecting the success rate in verifying the sealing of packers of pipe with bridge type eccentric water distribution were discussed. The?studies suggest that the bridge channel of bridge type eccentric water distributor still allows the water flow to pass and a pressure difference between the upper and lower sides of the sealing cup cannot?be formed during the verifying sealing of packer， which?is the main reason for the failure in verifying the sealing of packers of pipe with bridge type eccentric water distribution. The direct reading seal-examining device?produced by Xi'an Stan Company was selected， its?operational principle?was analyzed， and the?operation method of injection wells during verifying sealing of the packer was optimized. The application results showed that the sealing of pipe with bridge type eccentric water distribution could be verified by using the direct reading seal-examining device?cooperating with method of off-on-off injecting water operation. When the layer water injection?was higher， the pressure of the layer reduced faster after the cup was sealed， the sealing performance of packers could be directly?judged without off-on-off injecting water operation.

Key words：Bridge type eccentric water distribution; Packer; success rate; Sealing section; Direct reading seal-examining device

分層配注技術(shù)井能夠最大限度地提高注入水波及范圍，提高儲(chǔ)層動(dòng)用程度，保證多層油田開發(fā)效果。分層配注井需要依靠封隔器將各個(gè)配注層段分隔開來，才能實(shí)現(xiàn)各個(gè)層段的分層注水。然而長期使用時(shí)封隔器膠筒會(huì)逐漸失效，因此如何驗(yàn)證封隔器密封性能一定程度上決定了分層注水質(zhì)量和油田開發(fā)效果。

目前，大慶油田上常用的封隔器驗(yàn)封方法有注水套壓法、堵塞壓力計(jì)法、測試密封段法、同位素吸水剖面輔助驗(yàn)封法等4種方法^[1]。注水套壓法只能驗(yàn)證配水管柱頂部封隔器，使用范圍具有較大的局限。堵塞壓力計(jì)法需要撈出各個(gè)層段堵塞器后投入堵塞壓力計(jì)后才能進(jìn)行驗(yàn)封，驗(yàn)封時(shí)投撈工作量較大，驗(yàn)封結(jié)果受堵塞壓力計(jì)“O”型密封圈密封性能影響不確定性較大，因此堵塞壓力計(jì)驗(yàn)封法現(xiàn)場使用并不多。同位素吸水剖面輔助驗(yàn)封法受替注時(shí)間、測井時(shí)機(jī)、同位素沾污等影響較大，解釋結(jié)果只能作為輔助判斷^[2，3]。因此，測試密封段法仍舊是油田上最常用的封隔器驗(yàn)封方法。密封段法主要依靠皮碗上覆重力或水力壓差作用壓縮密封皮碗，使皮碗產(chǎn)生橫向變形后密封配水器注水通道，地面開-關(guān)-開或者關(guān)-開-關(guān)注水時(shí)皮碗上部壓力不隨著下部壓力的變化而變化時(shí)證明驗(yàn)封層段的封隔器密封。

大慶油田近年來廣泛使用了橋式偏心配水器，橋式偏心配水器設(shè)計(jì)了四個(gè)橋式通道降低了分層測試時(shí)的層間干擾^[4，5]。然而近年來的驗(yàn)封測試結(jié)果表明，采用傳統(tǒng)的密封段法驗(yàn)證橋式偏心配水管柱封隔器密封性能時(shí)封隔器密封率極低，即便剛剛作業(yè)完的注水井驗(yàn)封時(shí)封隔器也不密封。密封段法在橋式偏心配水管柱驗(yàn)封中的適用性令人質(zhì)疑，如何有效驗(yàn)證橋式偏心配水管柱封隔器密封性能成為石油行業(yè)急需解決的課題^[6-8]。

1 ?橋式偏心配水管柱封隔器驗(yàn)封存在的主要問題

1.1 ?密封段法驗(yàn)封方法

采用密封段法驗(yàn)封時(shí)首先使用試井鋼絲將測試密封段下入井筒內(nèi)，密封段在球座處遇阻后，依據(jù)遇阻深度與施工設(shè)計(jì)上的球座深度進(jìn)行相對深度校正，上提密封段過最后一級(jí)配水器。密封段經(jīng)過配水器時(shí)劃開凸輪、釋放定位爪，過配水器2?m左右后緩慢下放密封段，進(jìn)入配水器后密封段定位爪支撐在配水器支架上，皮碗在上覆重力、水力壓差作用及慣性作用下繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生橫向變形，從而密封配水器主通道（圖1）。按規(guī)定測試時(shí)間在地面開-關(guān)-開或者關(guān)-開-關(guān)注水。上提密封段經(jīng)過倒數(shù)第二級(jí)配水器時(shí)重復(fù)上述操作，直至完成最頂部封隔器驗(yàn)封后起出密封段（圖2）。軟件回放驗(yàn)封儀內(nèi)的測試數(shù)據(jù)，當(dāng)驗(yàn)封層段的地層壓力不隨著油管壓力的變化而變化時(shí)證明該層段封隔器密封。

1.2 ?橋式偏心配水器結(jié)構(gòu)

分析密封段法在橋式偏心配水管柱驗(yàn)封的不適用性前必須了解橋式偏心配水器結(jié)構(gòu)，橋式偏心配水器主要由上接頭、連接套、偏孔、堵塞器、工作筒主體、支架、導(dǎo)向體和下接頭等組成^[10-12]。其中配水器的過水通道可以分為中心通道、偏心主通道和橋式通道3種，橋式通道有4個(gè)。

正常注水時(shí)注入水同時(shí)流經(jīng)配水器的主通道和4個(gè)橋式通道，一部分水流（綠色）經(jīng)主通道從配水器過水孔、堵塞器水嘴上返，經(jīng)上部的過流孔進(jìn)入油套環(huán)形空間再進(jìn)入油層;另一部分水流（藍(lán)色）經(jīng)橋式通道流向下部配水器^[13-16]（圖3）。

1.3 ?驗(yàn)封時(shí)存在的主要問題

從密封段法驗(yàn)封的原理可知，地面開-關(guān)-開注水時(shí)在密封段皮碗上下能否形成壓差是判斷封隔器密封的關(guān)鍵。橋式偏心配水管柱驗(yàn)封時(shí)盡管皮碗密封了配水器主通道，但是由于4個(gè)橋式通道的存在，仍然會(huì)有水流通過橋式通道流向下一級(jí)配水器。那么，開-關(guān)-開法驗(yàn)封時(shí)就很難在密封段皮碗上下產(chǎn)生壓差，驗(yàn)封必然失敗。橋式通道的存在也使水力壓縮式密封段的皮碗因缺少足夠的壓差不能充分壓縮而無法徹底密封配水器主通道，也會(huì)導(dǎo)致驗(yàn)封失敗。因此，橋式偏心配水管柱封隔器驗(yàn)封的關(guān)鍵首先是密封配水器主通道，其次是在密封皮碗兩端形成壓力激動(dòng)源。從流經(jīng)橋式配水器的水流方向可知，如果能夠徹底密封配水器主通道采用關(guān)-開-關(guān)法驗(yàn)封仍舊是可行的。

2 ?直讀驗(yàn)封儀工作原理

2.1 ?直讀驗(yàn)封儀電路原理

直讀驗(yàn)封儀電路部分采用模塊化設(shè)計(jì)，包括主控板、電機(jī)和磁定位模塊、壓力溫度采集模塊四部分。主控板的功能是發(fā)碼和控制指令的接收;電機(jī)磁定位模塊的功能是驅(qū)動(dòng)電路接收指令后控制電機(jī)發(fā)出開臂和收臂動(dòng)作;磁定位模塊的功能是接收儀器經(jīng)過井筒時(shí)產(chǎn)生的磁通量的變化信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)降孛妫?jīng)軟件繪制成磁性定位曲線，方便進(jìn)行深度校正;壓力溫度采集模塊的功能是采集壓力和補(bǔ)償溫度值^[17，18]。

2.2 ?直讀驗(yàn)封儀機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理

直讀驗(yàn)封儀密封段主要由電機(jī)、減速器、連軸器、定位臂、滑塊、推桿、皮碗等組成。

開臂時(shí)約束定位臂的滑塊移開，定位臂張開;開臂行程中滑塊沒有對推桿施加推力，為空行程。定位臂坐入配水器支架后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠滑塊，滑塊推動(dòng)推桿壓縮皮碗;從而密封配水器主通道。單層驗(yàn)封完畢后收臂，收臂為開臂的逆過程（圖4）。

直讀驗(yàn)封儀可以通過地面控制器實(shí)時(shí)觀測驗(yàn)封效果，如發(fā)現(xiàn)不封可重新坐封，排除坐封原因?qū)е碌尿?yàn)封失敗。電機(jī)控制皮碗的壓縮量，可保證坐封到位（圖5）。避免了機(jī)械式密封段靠重力進(jìn)行坐封不到位的情況，也可避免水力壓縮式密封段因皮碗上下壓差不夠坐封不嚴(yán)的情況。設(shè)計(jì)了預(yù)泄壓通道，在解封前平衡了油壓和套壓，能夠減少皮碗所受到的壓力，從而減小皮碗的磨損，延長皮碗壽命。

2.3直讀驗(yàn)封儀驗(yàn)封過程

將直讀驗(yàn)封儀與單芯電纜連接調(diào)試正常后，下放時(shí)使用驗(yàn)封儀自帶的磁性定位儀測試井下工具位置，深度校正后將驗(yàn)封儀下放到待驗(yàn)封目的層段配水器上方后，經(jīng)地面控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制模塊解碼后電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)釋放定位臂，定位臂坐入配水器支架后，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使密封段上下皮碗繼續(xù)壓縮而擴(kuò)張，完全密封橋式偏心配水器工作筒內(nèi)壁。在地面進(jìn)行關(guān)-開-關(guān)注水操作，此時(shí)可由地面數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀測井下驗(yàn)封狀況。驗(yàn)封完成后地面發(fā)出指令，電機(jī)反轉(zhuǎn)皮碗收回實(shí)現(xiàn)解封，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)收回定位臂，轉(zhuǎn)而進(jìn)行下一層段驗(yàn)封。

3 ?應(yīng)用效果評價(jià)

A井2016年2月轉(zhuǎn)注，采用橋式偏心配水器與Y341-114可洗井封隔器組合管柱注水，為三級(jí)三段配水結(jié)構(gòu)。注入量40?m³/d，注入壓力10.95?MPa，泵壓15.5?MPa。2017年首次采用普通密封段驗(yàn)封均失敗，改用西安斯坦公司直讀驗(yàn)封儀、配合關(guān)-開-關(guān)法驗(yàn)封成功。從驗(yàn)封曲線可以看出地面關(guān)-開-關(guān)注水時(shí)地層壓力沒有隨油管壓力變化而變化，說明各封隔器密封性能良好，驗(yàn)封過程中地層壓力并沒有發(fā)生較大幅度的降低，說明該井吸水能力一般。

大量的驗(yàn)封實(shí)驗(yàn)表明，采用直讀驗(yàn)封儀密封配水器主通道后，當(dāng)層段吸水量較大時(shí)地層壓力會(huì)發(fā)生快速降落，地面操作系統(tǒng)上即可觀察到地層壓力曲線與油管壓力曲線不同步變化，不必進(jìn)行關(guān)-開-關(guān)操作即可證明封隔器密封。直讀驗(yàn)封儀的地面操作系統(tǒng)使驗(yàn)封過程更直觀，便于觀察井內(nèi)密封段密封狀況，方便注水壓力的調(diào)整，驗(yàn)封效率較高（圖6）。

4 ?結(jié) 論

采用重力壓縮或水力壓縮式密封段坐封橋式偏心配水器時(shí)，橋式通道正常過水導(dǎo)致皮碗無法徹底密封配水器主通道，開-關(guān)-開或者關(guān)-開-關(guān)注水操作激動(dòng)效應(yīng)失效，導(dǎo)致驗(yàn)封失敗。

采用直讀驗(yàn)封儀可徹底密封橋式偏心配水器主通道，操作時(shí)地面操作系統(tǒng)可以直接觀察井下密封段密封過程，方便調(diào)整注水壓力。使用直讀驗(yàn)封儀，配合關(guān)-開-關(guān)注水操作能夠?qū)崿F(xiàn)橋式偏心配水管柱的封隔器驗(yàn)封，驗(yàn)封效率較高。層段吸水量較高時(shí)，不必進(jìn)行關(guān)-開-關(guān)注水操作即可實(shí)現(xiàn)驗(yàn)封判斷。

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