張曉春，姜曉波，殷慶國(guó)，李海偉，董月洲

1.中國(guó)石油大港油田分公司 石油工程研究院（天津 300280）

2.中國(guó)石油大港油田分公司 第四采油廠灘海開發(fā)公司（天津 300280）

隨著油田開發(fā)的不斷深入，層間、層內(nèi)矛盾日益突出，分注、調(diào)剖已成為油田開發(fā)中解決層間矛盾、實(shí)施有效注水、提高采收率和水驅(qū)動(dòng)用儲(chǔ)量的主要手段。目前，分注井調(diào)剖普遍采用專用調(diào)剖管柱或分層注水管柱進(jìn)行調(diào)剖作業(yè)。采用專用調(diào)剖管柱調(diào)剖施工后，需再更換分注管柱分層注水，該工藝不能實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱調(diào)剖，存在作業(yè)周期長(zhǎng)、施工成本高的問(wèn)題；采用分層注水管柱進(jìn)行調(diào)剖作業(yè)時(shí)，配水器作為調(diào)剖劑的過(guò)流通道過(guò)于狹小，易造成調(diào)剖劑剪切降黏以及體膨顆粒聚集堵塞，且無(wú)法避免調(diào)剖劑返吐造成管柱內(nèi)沉積，既影響調(diào)剖效果又影響后續(xù)分注測(cè)調(diào)[1-3]。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)難題，將創(chuàng)新型QC小組活動(dòng)引入分注調(diào)剖一體化配注器研制中，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，加快研發(fā)進(jìn)度，節(jié)約研發(fā)成本，對(duì)新產(chǎn)品研發(fā)具有積極的推動(dòng)作用[4-8]。

1 QC小組活動(dòng)技術(shù)路線及目標(biāo)設(shè)定

1.1 研制技術(shù)路線

分注調(diào)剖一體化配注器結(jié)構(gòu)應(yīng)保證注水時(shí)其自身的封閉狀態(tài)，不影響正常注水、測(cè)試、驗(yàn)封等，調(diào)剖作業(yè)通過(guò)配套的開關(guān)工具實(shí)現(xiàn)配注器的開啟以及對(duì)下部油管的封堵。為了加快研制進(jìn)程、節(jié)約成本，QC小組提出分注調(diào)剖一體化配注器研制技術(shù)路線，調(diào)剖作業(yè)時(shí)通過(guò)鋼絲或電纜將開關(guān)工具下入到配注器位置，打開配注器并丟手，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)下部油管的封堵，調(diào)剖結(jié)束后再用鋼絲或電纜進(jìn)行打撈，可重復(fù)操作實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱分層調(diào)剖。

1.2 活動(dòng)目標(biāo)設(shè)定

本著易操作、高效率的目的，QC 小組制定的目標(biāo)為：研制分注調(diào)剖一體化配注器，實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱3層及以上分層調(diào)剖，有效防止調(diào)剖劑返吐、調(diào)剖劑尾管沉積，同時(shí)縮短作業(yè)周期，降低作業(yè)成本。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)方案

2.1 采用頭腦風(fēng)暴法確定初步方案

小組成員經(jīng)相關(guān)資料調(diào)研及行業(yè)咨詢，結(jié)合以往井下工具研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)分層調(diào)剖工藝技術(shù)特點(diǎn)，運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”提出總體設(shè)想：通過(guò)鋼絲或電纜將開關(guān)工具下入到需要調(diào)剖的配注器所在位置，打開配注器并丟手，實(shí)現(xiàn)對(duì)下部油管的封堵，此時(shí)可以注入調(diào)剖劑對(duì)該層段進(jìn)行調(diào)剖，調(diào)剖結(jié)束后再用鋼絲或電纜進(jìn)行打撈，可重復(fù)操作實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱分層調(diào)剖。運(yùn)用親和圖確定了QC小組活動(dòng)所要考慮的方案[6]，如圖1所示。

圖1 分注調(diào)剖一體化配注器方案親和圖

2.2 通過(guò)比選分析確定最佳方案

小組全體成員從材質(zhì)選用、開關(guān)工具結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)、調(diào)剖通道、投撈方式等方面提出了多種設(shè)計(jì)方案，通過(guò)對(duì)上述方案進(jìn)行分析整理和評(píng)估，運(yùn)用樹圖工具確定了最佳方案，如圖2所示。

圖2 分注調(diào)剖一體化配注器研制最佳方案

3 制定對(duì)策

小組經(jīng)過(guò)討論，根據(jù)確定的最佳方案和“5W1H”原則制定了對(duì)策表（表1），針對(duì)分注調(diào)剖一體化配注器研制流程制定對(duì)策。為了實(shí)現(xiàn)最佳方案的有效落實(shí)，對(duì)每一項(xiàng)對(duì)策制定了目標(biāo)，便于對(duì)策實(shí)施后考察效果。同時(shí)運(yùn)用質(zhì)量管理工具將措施步驟細(xì)化，并將任務(wù)覆蓋到每一名成員，體現(xiàn)了QC小組活動(dòng)所提倡的全員參與精神。

表1 對(duì)策實(shí)施計(jì)劃

4 對(duì)策實(shí)施

4.1 研制配注器本體

基于UG 三維設(shè)計(jì)，研制了配注器，主要包括：上下接頭、調(diào)剖通道、活塞機(jī)構(gòu)、復(fù)位機(jī)構(gòu)，如圖3所示。通過(guò)鋼絲下入的開關(guān)工具可坐在相應(yīng)配注器的活塞機(jī)構(gòu)上，調(diào)剖作業(yè)時(shí)推動(dòng)活塞機(jī)構(gòu)下移打開調(diào)剖通道，并且壓縮復(fù)位機(jī)構(gòu)；調(diào)剖結(jié)束后復(fù)位機(jī)構(gòu)推動(dòng)活塞機(jī)構(gòu)上移，關(guān)閉調(diào)剖通道。小組分別對(duì)4 組配注器進(jìn)行硬度測(cè)試，硬度均達(dá)到36 HRC 以上，符合設(shè)計(jì)要求。

圖3 配注器本體

4.2 研制密封組件

設(shè)計(jì)波紋狀骨架伸縮密封結(jié)構(gòu)，自身重力即可實(shí)現(xiàn)漲開密封，且解封時(shí)膠筒拉伸易于解封，如圖4所示。小組委托專業(yè)橡膠件生產(chǎn)廠家制作硫化橡膠件；對(duì)密封件進(jìn)行耐溫耐壓測(cè)試，得到密封組件耐溫135 ℃無(wú)變形、耐壓50 MPa無(wú)漏失。

圖4 密封組件二維圖及實(shí)物圖

4.3 設(shè)計(jì)調(diào)剖通道

為驗(yàn)證調(diào)剖通道大小對(duì)調(diào)剖劑剪切產(chǎn)生的性能影響，課題組在地面做了不同調(diào)剖通道尺寸在同一注入量下的剪切實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，調(diào)剖工具出口尺寸越大，調(diào)剖聚合物的黏度保留率、成膠強(qiáng)度越高。采用40 mm×30 mm的長(zhǎng)圓孔，調(diào)剖劑的黏度保留率能達(dá)到95%以上。該次對(duì)策實(shí)施的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

4.4 研制配注器開關(guān)工具

基于UG三維設(shè)計(jì)，研制了配注器開關(guān)工具，主要包括：防返吐機(jī)構(gòu)，上、下行限位機(jī)構(gòu)及觸發(fā)機(jī)構(gòu)，如圖5所示。防返吐功能由球、球座與彈簧的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，油管內(nèi)壓力高于地層壓力時(shí)，防返吐通道打開，調(diào)剖劑注入地層；當(dāng)?shù)貙訅毫Ω哂谟凸軆?nèi)壓力時(shí)，防返吐通道關(guān)閉，調(diào)剖劑無(wú)法進(jìn)入油管內(nèi)。

圖5 配注器開關(guān)工具二維圖及實(shí)物圖

4.5 制作投撈工具

小組基于UG三維設(shè)計(jì)，研制了配注器投送、打撈工具，如圖6、圖7 所示。通過(guò)室內(nèi)投送實(shí)驗(yàn)剪釘剪切力，投送工具采用對(duì)稱雙剪釘，解封力控制在120 N左右，有效保證投撈作業(yè)穩(wěn)定性、可靠性。

圖6 投送工具二維圖及實(shí)物圖

圖7 打撈工具二維圖及實(shí)物圖

4.6 配注器組裝及試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，加工并裝配了分注調(diào)剖一體化配注器以及開關(guān)工具。小組開展配注器室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，常溫下使用黏度162 mPa·s的調(diào)剖劑，開啟壓力1.3 MPa，排量1.2 L/s，嘴后測(cè)得調(diào)剖劑黏度為159 mPa·s，黏度保留率達(dá)到98%；150 ℃高溫下，工具浸泡24 h后，試驗(yàn)開啟壓力1.4 MPa，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。該次對(duì)策實(shí)施的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

5 活動(dòng)效果

5.1 目標(biāo)值檢查

通過(guò)此次PDCA 循環(huán)，新研發(fā)的分注調(diào)剖一體化配注器實(shí)現(xiàn)了分注井不動(dòng)管柱3層及以上分層調(diào)剖的目標(biāo)，應(yīng)用情況見表2。能夠滿足注水井不動(dòng)管柱下分注、調(diào)剖生產(chǎn)需求，有效縮短作業(yè)周期、降低作業(yè)成本，提高生產(chǎn)效率。

表2 分注調(diào)剖一體化配注器應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)

5.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2019 年分注調(diào)剖一體化工藝技術(shù)應(yīng)用8 井次，共計(jì)應(yīng)用分注調(diào)剖一體化配注器20套，節(jié)約作業(yè)費(fèi)用21.5 萬(wàn)元。每套工具的使用費(fèi)用為1.5 萬(wàn)元，單套工具的加工成本為0.76 萬(wàn)元，直接經(jīng)濟(jì)效益：51.5-15.2=36.3萬(wàn)元。

通過(guò)自主創(chuàng)新，分注調(diào)剖一體化配注器研制技術(shù)勢(shì)必帶來(lái)良好的社會(huì)效益，與此同時(shí)也將滿足注水井不動(dòng)管柱分層調(diào)剖生產(chǎn)需求，有效縮短作業(yè)周期，提高生產(chǎn)效率。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)開展質(zhì)量攻關(guān)活動(dòng)，小組的創(chuàng)新意識(shí)、問(wèn)題意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)都得到了進(jìn)一步培養(yǎng)和提高。小組成員理論和實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計(jì)人員與機(jī)加工人員密切配合，廣泛聽取多方意見，通過(guò)大量的比較設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)，成功研制出了分注調(diào)剖一體化配注器。該配注器的研制成功，滿足了不動(dòng)管柱分層調(diào)剖生產(chǎn)需求，縮短了作業(yè)周期，降低作業(yè)成本，提高生產(chǎn)效率。下一步，小組將以《研制小套管分注調(diào)剖一體化配注器》作為針對(duì)性課題，實(shí)施下一輪的PDCA循環(huán)。