楊玲智， 劉延青， 胡改星， 申曉莉， 畢福偉

（1. 中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018；2. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗室，陜西西安 710018）

大慶油田和勝利油田等油田的中高滲透油藏開發(fā)以直井、大配注量為主，主要采用橋式偏心分層注水技術(shù)。長慶油田采用叢式井開發(fā)，分層注水井為定向井，具有配注量低的特點(diǎn)，橋式偏心分層注水技術(shù)不能滿足要求，存在測調(diào)成功率和測調(diào)精度低等難題[1-4]。2012年，長慶油田提出了橋式同心電纜高效測調(diào)技術(shù)，同心水嘴與配水器一體化集成設(shè)計，平臺式對接測試，分層注水量測調(diào)的成功率和效率較高[5-10]，成為該油田主體分層注水技術(shù)，并進(jìn)行了推廣應(yīng)用。但該技術(shù)需分別配套驗封儀及測調(diào)儀，配套費(fèi)用較高，現(xiàn)場測試時需起下2趟工具，作業(yè)效率低。為了提高分層注水技術(shù)的適應(yīng)性及作業(yè)效率，筆者等人研發(fā)了橋式同心驗封測調(diào)一體化儀器，將驗封儀與測調(diào)儀進(jìn)行一體化集成，以期用一趟作業(yè)完成全井封隔器驗封及分層注水量測調(diào)工序，形成了同心驗封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)，并應(yīng)用430余井次，測調(diào)成功率達(dá) 98.0%，提高了施 工效率，降低了作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)增效。

1 一體化分層注水技術(shù)

同心驗封測調(diào)一體化分層注水工藝主要包括管柱坐封、開注、驗封及測調(diào)作業(yè)[11-14]，可以一趟作業(yè)完成全井各層段封隔器驗封及配水器測調(diào)，實(shí)現(xiàn)分層注水井測試調(diào)配提質(zhì)增效。

1）管柱坐封。同心驗封測調(diào)一體化管柱主要包括封隔器、橋式同心一體化配水器及井下附件，與油管連接下入井內(nèi)，通過地面加壓坐封封隔器。

2）開注作業(yè)。采用電纜將橋式同心驗封測調(diào)一體化儀器從油管內(nèi)下入同心驗封測調(diào)一體化管柱內(nèi)，借助一體化儀器的磁定位功能確定下放位置。利用一體化儀器定位機(jī)構(gòu)與橋式同心一體化配水器進(jìn)行定位對接，調(diào)節(jié)爪帶動同心活動筒旋轉(zhuǎn)打開水嘴。

3）驗封作業(yè)。地面發(fā)送指令，一體化儀器將離合機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)至驗封狀態(tài)，電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)壓縮驗封膠筒，實(shí)現(xiàn)出水口上下兩端封隔，地面控制產(chǎn)生激動壓力，實(shí)時記錄出水口壓力及油管壓力，地面測試人員遠(yuǎn)程判斷驗封結(jié)果，保存驗封曲線，并控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使驗封膠筒恢復(fù)原狀。

4）測調(diào)作業(yè)。地面發(fā)送指令，一體化儀器將離合機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)至測調(diào)狀態(tài)，電機(jī)帶動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生軸向位移，調(diào)節(jié)水嘴開度。調(diào)節(jié)過程中，地面實(shí)時測試流量，實(shí)現(xiàn)分層注水量邊測邊調(diào)。

2 關(guān)鍵工具及技術(shù)特點(diǎn)

同心驗封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)的關(guān)鍵工具是驗封測調(diào)一體化儀器和橋式同心一體化配水器。驗封測調(diào)一體化儀器是分層注水量測試調(diào)節(jié)和封隔器驗封的關(guān)鍵工具；橋式同心一體化配水器是分層注水的核心工具，要滿足不同層位注水需求。

2.1 驗封測調(diào)一體化儀器

驗封測調(diào)一體化儀器由同心電動測調(diào)儀和電動直讀驗封儀集成，既具備同心電動測調(diào)儀的流量計、扶正器、磁定位、電機(jī)、定位爪及調(diào)節(jié)爪，同時又具有電動直讀驗封儀的驗封機(jī)構(gòu)，可由一套儀器完成分層注水量測試調(diào)節(jié)及封隔器驗封。

2.1.1 儀器結(jié)構(gòu)

驗封測調(diào)一體化儀器主要包括電機(jī)、聯(lián)軸器、位移傳感器、傳動絲杠、開收臂凸輪、定位爪、傳動軸、驗封傳動絲杠、驗封離合機(jī)構(gòu)、皮碗、測調(diào)離合機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)爪等部分，如圖1所示。

圖 1 驗封測調(diào)一體化儀器的基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of seal-check, logging and adjusting integration instrument

2.1.2 主要功能

1）定位對接。采用磁定位方式確定驗封測調(diào)一體化儀器的位置，當(dāng)其下到配水器以下時，上提至橋式同心一體化配水器上端，電機(jī)通過聯(lián)軸器、傳動絲杠控制開收臂凸輪旋轉(zhuǎn)，推動定位爪打開，下放一體化儀器，完成對接。

2）封隔器驗封。位移傳感器判斷傳動軸處于驗封離合機(jī)構(gòu)時，電機(jī)通過聯(lián)軸器、傳動絲杠及傳動軸帶動驗封傳動絲杠壓縮皮碗，使皮碗在橋式同心一體化配水器出水口處上下坐封，通過地面壓力激動測試封隔器的密封性；位移傳感器判斷傳動軸不在驗封離合機(jī)構(gòu)時，電機(jī)先通過聯(lián)軸器、傳動絲杠拉動傳動軸至驗封離合機(jī)構(gòu)，然后執(zhí)行驗封過程。

3）分層注水量測試調(diào)節(jié)。位移傳感器判斷傳動軸位于測調(diào)離合機(jī)構(gòu)時，電機(jī)通過聯(lián)軸器、傳動絲杠及傳動軸帶動調(diào)節(jié)爪旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)橋式同心一體化配水器水嘴的開度，地面直讀顯示分層注水量，直至達(dá)到配注要求后停止調(diào)節(jié)；位移傳感器判斷傳動軸不在測調(diào)離合機(jī)構(gòu)時，則電機(jī)先通過聯(lián)軸器、傳動絲杠拉動傳動軸至測調(diào)離合機(jī)構(gòu)，然后進(jìn)行分層注水量測試調(diào)節(jié)。

2.1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）采用離合結(jié)構(gòu)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)測調(diào)機(jī)構(gòu)與驗封機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，用一套儀器完成封隔器驗封及注水量測試調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級；

2）采用電纜作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程可視化操作，自動化程度高；

3）一體化儀器的集成度高，減少了配套的儀器設(shè)備，降低了作業(yè)成本和作業(yè)強(qiáng)度。

2.2 橋式同心一體化配水器

橋式同心一體化配水器主體設(shè)計為“平臺對接、同心調(diào)節(jié)”結(jié)構(gòu)。同時為了實(shí)現(xiàn)驗封、測調(diào)一趟作業(yè)工序，對配水器主體結(jié)構(gòu)、同心活動筒及出水口進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，增加了扶正機(jī)構(gòu)。

2.2.1 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋式同心一體化配水器主體與定位防反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采取分體設(shè)計，用絲扣連接，同時主體結(jié)構(gòu)下部增長，用于套裝同心活動筒（見圖2）。

圖 2 一體化配水器的基本結(jié)構(gòu)Fig.2 Basic structure of integrated water distributor

橋式同心一體化配水器同心活動筒的位置由配水器上部改在配水器下部，與驗封測調(diào)一體化儀器對接后，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生軸向位移，實(shí)現(xiàn)配水器水嘴開度的調(diào)節(jié)，向下為增大配水器水嘴開度，向上為減小配水器水嘴開度。

出水口由配水器下部優(yōu)化至配水器中間，從而滿足驗封測調(diào)一體化儀器在水嘴上下驗證封隔器是否坐封，同時流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在下端與同心活動筒對接，實(shí)現(xiàn)一套儀器、一趟作業(yè)完成驗封和測調(diào)2道工序。

2.2.2 技術(shù)特點(diǎn)

1）采用同心結(jié)構(gòu)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)平臺式對接，同心調(diào)節(jié)，測調(diào)成功率高；

2）優(yōu)化設(shè)計主體結(jié)構(gòu)、出水口、同心活動筒，使之用一套儀器、一次對接，即可完成對應(yīng)的封隔器驗封、配水器配注量調(diào)節(jié)；

3）增加扶正機(jī)構(gòu)，使測試儀器更容易通過，降低井下作業(yè)風(fēng)險；

4）采用橋式通道結(jié)構(gòu)設(shè)計（見圖3），封隔器驗封、分層測調(diào)過程中儀器占用中心通道，不影響其他層正常注水。

圖 3 橋式通道的基本結(jié)構(gòu)Fig.3 Basic structure of bridge-type channel

3 室內(nèi)性能測試

3.1 配水器密封、調(diào)節(jié)性能

同心驗封測調(diào)一體化技術(shù)的核心為配水器密封性及調(diào)節(jié)扭矩，要求25 MPa壓差下水嘴密封可靠，滿足封隔器坐封，同時帶壓測調(diào)扭矩小于18.0 N·m。

采用一體化配水器性能檢測裝置測試配水器性能，該裝置包括數(shù)顯扭矩儀、支撐臺、上密封接頭、模擬調(diào)節(jié)儀及標(biāo)準(zhǔn)套管（見圖4）。

圖 4 一體化配水器性能檢測裝置Fig.4 Detection device of integrated water distributor

測試一體化配水器密封性時，首先關(guān)閉一體化配水器水嘴，將下接頭連接絲堵，上接頭與上密封接頭連接，建立配水器內(nèi)部和配水器與標(biāo)準(zhǔn)套管環(huán)空2個密封腔；然后上密封接頭連接試壓泵向配水器內(nèi)部加壓，測試配水器正向密封壓力，加壓至25 MPa，觀察壓力變化情況，穩(wěn)壓 5 min 為合格；最后試壓泵向配水器與標(biāo)準(zhǔn)套管環(huán)空加壓，測試配水器反向密封壓力，加壓至25 MPa，觀察壓力變化情況，穩(wěn)壓5 min為合格。

調(diào)節(jié)扭矩測試分為常壓測試和帶壓測試。常壓測試時，正向、反向均不加壓進(jìn)行扭矩測試，連接好一體化配水器后，控制數(shù)顯扭矩儀帶動模擬調(diào)節(jié)儀旋轉(zhuǎn)，模擬調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)水嘴開度，從而調(diào)節(jié)水嘴流量，測試調(diào)節(jié)扭矩不超過5.0 N·m為合格。

帶壓測試與常壓測試過程相同，但需采用試壓泵將配水器內(nèi)壓力升至20 MPa，配水器與標(biāo)準(zhǔn)套管環(huán)空壓力升至18 MPa，模擬正常注水時的水嘴開度，帶壓測試扭矩以不超過18.0 N·m為合格。

室內(nèi)測試了10套一體化配水器，常壓測試扭矩3.2～4.6 N·m，帶壓測試扭矩 8.5～12.6 N·m，均滿足設(shè)計要求。

3.2 驗封性能驗證

將驗封測調(diào)一體化儀器放入驗封加壓工裝中，依次連接好驗封測調(diào)一體化儀器、控制器；將驗封測調(diào)一體化儀器坐封到位，記錄不同情況下的坐封電流；觀察不同壓力下密封皮碗的密封性能；驗封完成后，進(jìn)行不同壓力下的帶壓解封，記錄驗封測調(diào)一體化儀器的解封電流。

室內(nèi)測試結(jié)果表明，壓差分別為0，10，20，30，40，50和 60 MPa時，隨著測試壓力增大，開收臂、坐封、解封電流不斷增大，儀器設(shè)計電流為350 mA，開收臂電流最大為125 mA，坐封電流最大為200 mA，解封電流最大為275 mA，滿足設(shè)計要求。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

截至2019年底，同心驗封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)在長慶油田南梁、環(huán)江、華慶等區(qū)塊應(yīng)用430余井次，配套測試 1 500 余井次，最大井深 2 845.00 m，最大井斜角42.5°，試驗成功率95.0%，測試扭矩8.0～15.0 N·m，平均單井驗封、測試時間由 6～8 h 縮短至4 h以內(nèi)，測調(diào)成功率達(dá)98.0%，單層測調(diào)誤差小于 10.0%，人工作業(yè)成本降低20.0%，年節(jié)約測試費(fèi)用412萬元，平均單井年作業(yè)費(fèi)用降低0.96萬元?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，同心驗封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)在保持較高測調(diào)成功率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了施工效率、降低了現(xiàn)場作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)增效。

2019年，4口典型井應(yīng)用同心驗封測調(diào)一體化分層注水技術(shù)進(jìn)行測試，最大井深2 395.00 m，最大井斜角 39.1°，最多 4 層，單層配注量 6～20 m3/d，平均測試時間 3.6 h，扭矩 8～15 N·m，測試結(jié)果顯示封隔器坐封可靠，測調(diào)達(dá)到配注要求。其中，S56-011井測試深度 1 728.00 m，井斜角 20.12°，全井配注量 36.0 m3/d（其中，上層和下層配注量分別為 20.0 和 16.0 m3/d），測調(diào)結(jié)果如圖5所示。該井上層注水量20.18 m3/d，下層實(shí)注量 16.24 m3/d，現(xiàn)場驗封測調(diào)用時 4.0 h，地面控制儀器顯示電流 100～130 mA，扭矩 8～11 N·m。

圖 5 S56-011井分層測調(diào)曲線Fig.5 Stratified logging and adjustment curve of Well S56-011

5 結(jié) 論

1）長慶油田注水井為定向井，具有配注量低的特點(diǎn)，采用同心對接、調(diào)節(jié)和電纜高效作業(yè)模式，一趟作業(yè)可完成全井驗封測調(diào)工序，降本增效效果顯著，推動了分層注水技術(shù)更新升級。

2）驗封測調(diào)一體化儀器采用離合機(jī)構(gòu)，解決了測試儀器測調(diào)機(jī)構(gòu)、驗封機(jī)構(gòu)的集成與自動轉(zhuǎn)換的難題，實(shí)現(xiàn)了一套儀器完成封隔器驗封及分層注水量測試調(diào)節(jié)功能。

3）室內(nèi)測試及現(xiàn)場應(yīng)用表明，同心驗封測調(diào)一體化技術(shù)在較低扭矩下就能完成封隔器驗封及分層注水量調(diào)節(jié)，測試時間由6～8 h縮短至4 h以內(nèi)。