喬志學(xué) 牛錫林（大港油田公司第三采油廠）

1 概述

在油田分層注水過(guò)程中，由于地層滲透率差異大，造成分層注水層間矛盾突出，層間注水壓差大，層間干擾嚴(yán)重，并且注水壓力必須滿(mǎn)足高壓層的吸水性需求，因此高壓增注井日趨增加，這就給高壓井測(cè)試造成了一項(xiàng)技術(shù)難題。測(cè)調(diào)聯(lián)動(dòng)一體化技術(shù)大幅度降低了分注井測(cè)調(diào)的工作量及勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了測(cè)調(diào)效率及準(zhǔn)確度，但是目前僅適用于井口注水壓力在20 MPa以下時(shí)的測(cè)調(diào)，當(dāng)井口注水壓力較大時(shí)，無(wú)法直接進(jìn)行測(cè)調(diào)，需要進(jìn)行停注泄壓，待井口壓力降低到20 MPa左右再進(jìn)行測(cè)調(diào)[1-3]。停注泄壓后再進(jìn)行測(cè)調(diào)存在的問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：

1）停注后，井筒內(nèi)壓力狀態(tài)與正常注入時(shí)不同，影響測(cè)調(diào)結(jié)果準(zhǔn)確度。

2）造成地層返吐，測(cè)調(diào)儀器下入更加困難泄壓。

3）造成地層能量浪費(fèi)。

4）延長(zhǎng)了測(cè)調(diào)實(shí)施的周期。

5）泄壓放溢流造成環(huán)境污染[4-5]。

2 分注井測(cè)調(diào)技術(shù)理論分析

普通測(cè)試通過(guò)測(cè)調(diào)儀加重、井口順?shù)摻z，克服防噴管內(nèi)測(cè)調(diào)儀上下壓差，實(shí)現(xiàn)測(cè)試。測(cè)調(diào)聯(lián)作測(cè)調(diào)儀采用電纜起下，采用井口順?shù)摻z的辦法容易造成電纜打紐，后果是測(cè)調(diào)儀掉井，電纜報(bào)廢[6-8]。為此需要研究防噴管內(nèi)輸送工具。測(cè)調(diào)儀在防噴管內(nèi)啟動(dòng)下行主要克服的阻力有：靜壓差阻力、盤(pán)根對(duì)電纜的摩擦力[9-10]。

2.1 防噴管內(nèi)測(cè)調(diào)儀受力

當(dāng)測(cè)調(diào)儀在防噴管內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，根據(jù)防噴管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，測(cè)調(diào)儀在防噴管內(nèi)靜止時(shí)受力分析見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)調(diào)儀在防噴管內(nèi)靜止時(shí)受力分析

根據(jù)流體力學(xué)靜力學(xué)基本原理，對(duì)測(cè)調(diào)儀在防噴管內(nèi)靜止時(shí)各面受力“壓力體”分析，各面當(dāng)測(cè)調(diào)儀在防噴管內(nèi)啟動(dòng)所需要克服的靜壓差阻力包括兩部分：一是測(cè)調(diào)儀本身的浮力；二是井口壓力作用在電纜斷面上得壓力，測(cè)調(diào)儀靜壓阻力與井口壓力數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 測(cè)調(diào)儀靜壓阻力與井口壓力之間的關(guān)系

式中：fΔp為測(cè)調(diào)儀上下兩端的靜壓差引起的阻力，N；ρ為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；Ly為測(cè)調(diào)儀直徑，m；Dy為測(cè)調(diào)儀直徑，mm；Ddl為電纜直徑，mm；P0為井口壓力，MPa。

根據(jù)表繪制了井口壓力與測(cè)調(diào)儀靜壓差阻力之間的關(guān)系曲線(xiàn)，并擬合出其關(guān)系式見(jiàn)圖2。

圖2 測(cè)調(diào)儀靜壓阻力與井口壓力之間的關(guān)系曲線(xiàn)

由圖2可知，測(cè)調(diào)儀靜壓阻力與井口壓力之間關(guān)系的擬合公式為：

根據(jù)公式（2），測(cè)調(diào)儀的質(zhì)量為22 kg，則當(dāng)井口壓力為19.12 MPa時(shí)，測(cè)調(diào)儀即在防噴管內(nèi)處于懸浮狀態(tài)。

2.2 盤(pán)根對(duì)電纜的摩擦阻力

測(cè)調(diào)儀受力分析由圖3可知，G+fhdl=Fl+fΔp，則盤(pán)根對(duì)電纜的摩擦力為：fhdl=Fl+fΔp-G，盤(pán)根對(duì)電纜摩擦力數(shù)據(jù)如表2所示。

圖3 測(cè)調(diào)儀受力分析

表2 盤(pán)根對(duì)電纜摩擦力數(shù)據(jù)

由盤(pán)根對(duì)電纜的摩擦阻力變化曲線(xiàn)圖4可知，盤(pán)根對(duì)電纜的摩擦力隨著井口壓力的增加而增大，但當(dāng)壓力大于12 MPa時(shí)，測(cè)試壓力對(duì)摩擦力的影響不大，盤(pán)根對(duì)電纜的摩擦力圍繞在38 N左右。因此，可以確定在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中井口壓力對(duì)盤(pán)根與電纜之間的摩擦力的影響不大。

圖4 盤(pán)根對(duì)電纜的摩擦阻力變化曲線(xiàn)

2.3 防噴管內(nèi)測(cè)調(diào)儀啟動(dòng)條件

1）電纜直徑優(yōu)化。測(cè)調(diào)儀質(zhì)量設(shè)為my，則儀器重量為：

盤(pán)根對(duì)電纜的摩擦力為fhdl，則結(jié)合測(cè)調(diào)儀在防噴管內(nèi)的受力情況分析及公式（1）、（2），在不增加配重的條件下，僅改變電纜的直徑以滿(mǎn)足下行，可優(yōu)化出電纜直徑：

式中：ρ為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；Ly為測(cè)調(diào)儀直徑，m；Dy為測(cè)調(diào)儀直徑，mm；Ddl為電纜直徑，mm；P0為井口壓力，MPa；fhdl為盤(pán)根對(duì)電纜的摩擦力，N。

2）啟動(dòng)配重計(jì)算。結(jié)合測(cè)調(diào)儀在防噴管內(nèi)的受力情況分析及公式（4），可計(jì)算出測(cè)調(diào)儀在防噴管內(nèi)啟動(dòng)下行所需的配重：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，若mp＜0，則說(shuō)明無(wú)需配重，若mp＞0，則說(shuō)明需要增加配重。根據(jù)理論分析，只要測(cè)調(diào)儀滿(mǎn)足啟動(dòng)條件，緩慢下行過(guò)程中，電纜增加的重力遠(yuǎn)大于電纜增加的浮力，所以將一直滿(mǎn)足下行條件。

3 常規(guī)測(cè)調(diào)技術(shù)適用范圍分析

根據(jù)上述理論分析，在滿(mǎn)足實(shí)際工程需要的基礎(chǔ)上，對(duì)理論公式進(jìn)行簡(jiǎn)化，能夠順利進(jìn)行測(cè)調(diào)的基本條件是測(cè)調(diào)儀器串自重必須大于儀器串所受的懸浮力與摩擦力之和，盤(pán)根與電纜磨阻系數(shù)為0.2，對(duì)常規(guī)測(cè)調(diào)技術(shù)的適用范圍進(jìn)行分析[6-7]。常規(guī)測(cè)調(diào)技術(shù)裝備配套具體參數(shù)見(jiàn)表3。

從表3看出，常規(guī)測(cè)試使用人工舉升，防噴管長(zhǎng)2.5 m能夠滿(mǎn)足的儀器自重約為17.7~23.6 kg，（人工舉升能夠滿(mǎn)足的儀器自重為15~20 kg）因此常規(guī)測(cè)試能夠滿(mǎn)足的極限壓力范圍為12~18 MPa。

表3 常規(guī)測(cè)調(diào)裝備配套

4 高壓分注井不泄壓測(cè)調(diào)技術(shù)及配套

4.1 測(cè)井防噴管+鎧裝電纜+吊車(chē)

該技術(shù)主要考慮改進(jìn)增加儀器自重的方式，測(cè)井防噴管長(zhǎng)度為10 m，可增加的儀器自重極限為90 kg，可滿(mǎn)足所有高壓井的測(cè)試需求，但是需要吊車(chē)配合進(jìn)行測(cè)試作業(yè)，動(dòng)用設(shè)備多，成本較高。測(cè)井防噴管+鎧裝電纜+吊車(chē)主要配套見(jiàn)表4，不同注水壓力下的儀器串配重見(jiàn)表5。

表4 測(cè)井防噴管+鎧裝電纜+吊車(chē)主要配套

表5 不同注水壓力下的儀器串配重

4.2 液壓可傾斜加長(zhǎng)防噴管+鎧裝電纜

液壓可傾斜加長(zhǎng)防噴管+鎧裝電纜主要配套見(jiàn)表6。

表6 液壓可傾斜加長(zhǎng)防噴管+鎧裝電纜主要配套

高壓井測(cè)試技術(shù)中主要考慮改進(jìn)加長(zhǎng)液壓防噴管長(zhǎng)度，增加儀器配重，防噴管長(zhǎng)度增加到4 m，采用0.035 m電纜可增加的儀器自重極限為47 kg，可滿(mǎn)足30~35 MPa高壓井的測(cè)試需求。“液壓可傾斜加長(zhǎng)防噴管+鎧裝電纜”的能夠滿(mǎn)足30~35 MPa高壓井的測(cè)調(diào)，并且與現(xiàn)有測(cè)調(diào)裝備兼容，操作方便。

5 液壓可傾斜防噴系統(tǒng)優(yōu)化研究

目前油田陸、海采油需要高壓注水，注入水水質(zhì)差，給測(cè)井、試井工作帶來(lái)一定的難度。在注水壓力高的情況下，測(cè)井、試井測(cè)試時(shí)必須加長(zhǎng)加重桿，同時(shí)防噴管也要加長(zhǎng)，這樣工人站在操作平臺(tái)工作，防噴管抖動(dòng)大，工作的危險(xiǎn)性就大，防噴時(shí)需要工人爬到操作平臺(tái)上用扳手冒噴緊堵頭；由于工人站在操作平臺(tái)上，用手向井內(nèi)推送鋼絲，因不能緊死盤(pán)根，井內(nèi)的液體就向外噴出，增加了操作難度；用手推鋼絲危險(xiǎn)性大。因此，需要改進(jìn)測(cè)井、試井井口工藝，油田測(cè)井、試井需要重量輕、耐高壓、耐腐蝕、密封性能好、安裝快速便捷的井口防噴裝置。液壓起升井口防噴裝置（鈦合金）就能解決以上問(wèn)題。液壓起升井口防噴裝置優(yōu)點(diǎn)：

1）比重小、重量輕：鈦合金的密度為4.6 g/cm3，僅為鋼的59%。

2）耐腐蝕性能好：對(duì)堿、氯化物、氯的有機(jī)物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力，延長(zhǎng)了防噴裝置的使用壽命。

3）高溫性能好：在450～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作，仍有很高的比強(qiáng)度。

4）密封性能好：采用耐磨、耐壓的電纜密封材料、阻流和雙級(jí)液壓密封。

5）安全性高：鈦合金抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度高于合金鋼，鈦合金的抗拉強(qiáng)度等于1 050 MPa，屈服強(qiáng)度955 MPa，N80油管抗拉強(qiáng)度大于或等于689 MPa，屈服強(qiáng)度552～7 586 MPa，用于高壓下測(cè)井、試井施工安全性能高于合金鋼。

6 經(jīng)濟(jì)效益

高壓分注井不泄壓測(cè)調(diào)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用21口井，注水壓力最高達(dá)到33.8 MPa，測(cè)調(diào)壓力創(chuàng)歷史新高，開(kāi)拓了橋式同心分注技術(shù)適用范圍，同時(shí)鈦鋼防噴管液壓舉升裝備具有體積小，重量輕，耐壓高，操作簡(jiǎn)便可靠，不僅安全而且節(jié)能，減少設(shè)備更換2次，節(jié)約電能，具體計(jì)算過(guò)程如下：

對(duì)其中10口井進(jìn)行電量計(jì)量見(jiàn)表7，10口日節(jié)電168 k Wh，全年單井測(cè)調(diào)4次，折合84井次，節(jié)電量1 441.2 k Wh。

表7 耗能效果分析

受該技術(shù)影響，21口井中其中5個(gè)井組受益油井增油效果明顯，累計(jì)增油量1 622 t，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)增油效果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表8，按原油價(jià)格3 000元/t，同時(shí)避免高壓無(wú)法測(cè)調(diào)及節(jié)約測(cè)調(diào)儀器磨損更換費(fèi)用，截止目前累計(jì)節(jié)能創(chuàng)效1 350余萬(wàn)元。

表8 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)增油效果統(tǒng)計(jì)

7 結(jié)束語(yǔ)

高壓分注井測(cè)調(diào)技術(shù)技術(shù)能夠解決大港南部油田復(fù)雜斷塊油藏高壓測(cè)調(diào)困難問(wèn)題，提高分注水平，降低安全隱患，實(shí)現(xiàn)有效注水、精細(xì)注水，為老油田注水可持續(xù)開(kāi)發(fā)提供了一種新的手段，同時(shí)年節(jié)電約1 441.2 k Wh，累計(jì)增油量1 622 t，節(jié)能增油效果明顯，具有一定的推廣意義。