郭明龍 李 進 亓彥錸 王傳軍 于 沖 宋 闖 劉 偉

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室 3.中海油田服務股份有限公司)

0 引 言

水平井和大斜度井是渤海油田油氣資源開發(fā)的主要井型，井數(shù)占比超過50%，具有泄油面積大、井控儲量高和單井產(chǎn)能高等特點[1-2]。目前，渤海油田的水平井和大斜度井以籠統(tǒng)開采為主，不滿足分層開采的需求，存在層間矛盾突出、產(chǎn)能無法充分挖潛的問題[3-4]。針對此問題，渤海油田采用了智能分層開采技術。

針對智能分層開采技術，國內(nèi)學者進行了大量研究和應用。2009年，勝利油田在孤東6-28-495井完成智能分測分采現(xiàn)場試驗，效果顯著；2015年，程英姿等[5]研發(fā)了油井液控智能分層開采與測試技術，并在江漢、長慶和勝利等油田進行了應用，實現(xiàn)了分2層智能分采；2018年，纜控式智能分采管柱在渤海油田首次成功應用3口井[6]；2022年，張衛(wèi)平等[7]研發(fā)了井下液控滑套、井下光纖動態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)、地面液壓控制站等液控型智能完井關鍵工具，并在吐哈油田某采油井成功完成先導性試驗；同年，趙仲浩等[8]針對海上油田大斜度井和水平井分采作業(yè)需求，研發(fā)了纜控對接式智能分采技術，并在渤海油田成功應用，實現(xiàn)最大分層數(shù)4層、最大井斜65.44°，大幅提高了油田采收率。液控式智能分采管柱井下無電子元器件，較纜控式智能分采具有可靠程度高、長效性更好等優(yōu)勢。渤海油田常規(guī)定向井分層開采主要采用機械式開關滑套，通過鋼絲作業(yè)實現(xiàn)開關層位，而水平井和大斜度井分采調(diào)配控制則需要采用連續(xù)管作業(yè)開關滑套，調(diào)配難度大、費時費力，且作業(yè)成本高[9-16]。

為了滿足水平井和大斜度井分層開采控制需求，實現(xiàn)遠程智能分采和不動管柱分層調(diào)配、酸化、測試測壓等目的，充分挖潛剩余油，本文通過對多級智能流量控制閥、多孔穿越過電纜封隔器、可穿越定位密封、多線纜保護器、可穿越式隔離密封及地面控制系統(tǒng)等的研發(fā)和優(yōu)化，形成了液控智能分采工藝管柱和技術，并在渤海油田進行了現(xiàn)場應用。所得結果可為渤海油田剩余油的進一步挖潛提供更多的技術手段。

1 液控智能分采管柱及特點

1.1 液控智能分采管柱結構

液控智能分采管柱主要由多級智能流量控制閥、穿越式密封系統(tǒng)、多線纜保護器及地面液壓控制系統(tǒng)等工具組成。其中：穿越式密封系統(tǒng)主要包括多孔穿越過電纜封隔器、可穿越式定位密封和可穿越式隔離密封。本文以?177.8 mm(7 in)尾管完井的大斜度井、分4層開采為例，所采用的液控智能分采管柱結構如圖1所示。

如圖1所示，地面液壓控制系統(tǒng)通過N+1根液控管線分別與N個井下多級智能流量控制閥相連接，通過液壓傳遞流量控制閥開關調(diào)節(jié)信號，實現(xiàn)地面液控系統(tǒng)遠程控制。穿越式密封系統(tǒng)在實現(xiàn)多根液控管線穿越的同時，保證井下各層之間的封隔。井下各層的智能流量控制閥在接收到液壓信號后，通過調(diào)節(jié)滑套開度實現(xiàn)對應層位的生產(chǎn)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)液控智能分層開采。

1.2 液控智能分采技術特點

液控智能分采技術可不受井斜限制，適用于垂深4 000 m、分層數(shù)6層以內(nèi)的油井分采控制，滿足水平井、大斜度井和深井不動管柱調(diào)配需求，主要技術特點如下。

(1)不占用井口。傳統(tǒng)機械式滑套需要通過鋼絲作業(yè)或連續(xù)管作業(yè)實現(xiàn)開關，需要停泵且占用井口。液控智能分采技術在地面即可實現(xiàn)各生產(chǎn)層位的開關，實時調(diào)節(jié)生產(chǎn)剖面，不占用井口。

(2)技術可靠性高。關鍵井下工具不含電子元器件，可在復雜流體環(huán)境中應用，使用壽命長。

(3)適用性廣。適用于水平井和大斜度井分層開采控制，實現(xiàn)遠程智能分采和不動管柱分層調(diào)配、酸化、測試測壓等目的，還可用于注水井分注，防砂井或不防砂井均適用。

(4)技術穩(wěn)定性強。采用液壓控制和多擋位流量控制閥，地面遠程液控調(diào)節(jié)層段流入，原理簡單，無需常規(guī)鋼絲作業(yè)或連續(xù)管等作業(yè)。

(6)采用一體化管柱。隔離密封系統(tǒng)與流量控制閥預組裝集成，連接和下入方便。

2 液控智能分采關鍵工具及原理

2.1 多級智能流量控制閥

多級智能流量控制閥是液控智能分采工藝管柱的核心組件，可通過特定的多級控制結構實現(xiàn)滑套的多級開度調(diào)節(jié)，滑套開關狀態(tài)改變之后會觸發(fā)防漂移鎖，保障滑套的開度不受外力影響，便于生產(chǎn)作業(yè)的正常進行，延長全井的生命周期，工具結構如圖2所示。多級智能流量控制閥采用9Cr1Mo材質(zhì)，該閥長1.78 m，可耐溫150 ℃，外徑和內(nèi)徑分別為?120.65 mm(4.75 in)和?57.91 mm(2.28 in)，密封壓差為34.50 MPa，開啟壓差為4.83～8.28 MPa，關閉壓差為5.52～9.66 MPa，開關壓差為0.69～1.38 MPa。

1—開關總成；2—關閉總成；3—定位換向機構；4—可調(diào)水嘴。圖2 多級智能流量控制閥結構Fig.2 Structure of multistage intelligent flow control valve

相較于常規(guī)井的機械式開關滑套，多級智能流量控制閥不需要進行鋼絲作業(yè)或連續(xù)管實現(xiàn)開關層位，通過地面液控系統(tǒng)直接控制，進而實現(xiàn)井下不同層位的開關。每個多級智能流量控制閥均有各自獨立的開啟液控管線，所有多級智能流量控制閥共用同一根泄壓液控管線；2根液控管線分別負責加壓與泄壓，依靠開啟和關閉總成間的壓差推動密封軸套上下滑動，由N+1根液控管線遠程控制N個井下多級智能流量閥的開啟或關閉，實現(xiàn)生產(chǎn)井不同生產(chǎn)層位的轉(zhuǎn)換。

2.2 穿越式密封系統(tǒng)

2.2.1 多孔穿越過電纜封隔器

過電纜封隔器主要用于解決油套環(huán)空的井控安全問題，對密封性要求較高。常規(guī)生產(chǎn)井的穿越過電纜封隔器通常只具有2個?6.35或?9.53 mm液控管線的穿越通道，而對于N+1的多根液控管線沒有專用的穿越通道，無法滿足密封要求[13]。

多孔穿越過電纜封隔器以雙電泵電纜穿越器為基礎進行改進，將其中一個電纜穿越通道改為多根液控滑套穿越通道，另一個電纜穿越通道改進為5根?6.35 mm液控管線總成穿越通道，并在本體上增加電子壓力計鋼管電纜、1個?9.53 mm、3個?6.35 mm穿越通道作為備用通道，從而實現(xiàn)多根管線的穿越，其結構如圖3所示。改進后的穿越通道排布設計通過強度校核，滿足34.50 MPa壓力等級，同時在穿越功能方面遠超常規(guī)過電纜封隔器，滿足智能滑套井的施工需求。

1—油管連接孔；2—放氣閥連接孔；3—多級智能流量控制閥液控管線集成穿越孔；4—電泵電纜穿越器孔；5—壓力計電纜和化學藥劑閥穿越孔。圖3 多孔穿越過電纜封隔器結構Fig.3 Structure of multi-hole cable crossing packer

2.2.2 可穿越式定位/隔離密封

常規(guī)定位密封和隔離密封只具備分段防砂所要求的定位和隔離的基礎功能，不具備液控管線的穿越通道[17-19]。在常規(guī)定位密封和隔離密封的基礎上進行改進，在密封總成內(nèi)部加工多根液控管線穿越通道，形成可穿越式定位密封和隔離密封，同時保證穿越通道的密封性，解決了定位密封和隔離密封液控管線無法穿越的難題?？纱┰绞蕉ㄎ幻芊夂透綦x密封均采用9Cr1Mo材質(zhì)，耐溫等級為150 ℃，可供8根?6.35 mm管線穿越工具本體?？纱┰绞蕉ㄎ幻芊饩哂?.27和2.77 m兩種長度規(guī)格，其內(nèi)、外徑分別為?68.07和?212.09 mm，扣型為88.90 mm EUE B ×60.33 mm NUP?？纱┰绞礁綦x密封工具長2.65 m，密封段長1.32 m，其內(nèi)、外徑分別為50.04和119.13 mm，扣型為73.03mm EUB*P。

2.3 多線纜保護器

液控智能分采管柱外有多根液控管線和電纜，管柱在下入過程中容易因相互摩擦、 碰撞、纏繞等導致卡鉆和管線破裂，必須通過線纜保護器固定每根管線或電纜的位置，保證相互遠離。常規(guī)線纜保護器最多只有5根線纜通道，無法滿足液控智能分采作業(yè)需求[20]。

為達到液控智能分采管柱多線纜固定和保護的目的，設計了多線纜保護器，結構如圖4所示。在常規(guī)線纜保護器的基礎上，設計多根線纜穿越固定通道，重新排布線纜穿越孔、隔離智能滑套液控管線、化學藥劑注入閥液控管線、電子壓力計鋼管電纜、井下安全閥和井下放氣閥液控管線、電泵電纜等穿越通道，最多可滿足10根管線或電纜穿越。多線纜保護器上、下端均設計有大倒角結構，整體采用不銹鋼防腐蝕材質(zhì)，保證管柱下入過程中線纜不受損傷，保障下生產(chǎn)管柱作業(yè)安全。

1—保護器主體；2—扣瓦；3—鎖緊螺栓；4—折疊銷；5—鎖緊銷。圖4 多線纜保護器結構Fig.4 Structure of multi-cable protector

2.4 地面控制系統(tǒng)

地面控制系統(tǒng)采用電動液驅(qū)方式，具有輸出流量可控、超壓保護、手動或自動控制模式、遠程操控、可實現(xiàn)1個控制柜對多口井的多個井下多級智能流量閥進行遠程控制等特點。地面控制系統(tǒng)采用380或220 V AC/50 Hz的電動液驅(qū)方式，輸出壓力35 MPa，輸出流量0.5 L/min，工作環(huán)境溫-20～50 ℃，尺寸為1.00 m×0.70 m×1.85 m，系統(tǒng)質(zhì)量1 000 kg。

3 現(xiàn)場應用

渤海C油田C19井是一口東二下段的大斜度生產(chǎn)井，井深3 255 m，垂深2 520.23 m，最大井斜角87°，為二開井身結構，采用?244.48 mm套管射孔+?168.28 mm優(yōu)質(zhì)篩管簡易防砂。C19井產(chǎn)層段鉆遇3個開發(fā)小層，各層之間流體性質(zhì)差異大、層間矛盾突出，需要分3層開采。若采用常規(guī)機械式滑套只能通過連續(xù)管作業(yè)實現(xiàn)開關層和調(diào)配，不僅費用高、動員的設備復雜、作業(yè)人員多，而且經(jīng)濟成本與作業(yè)風險高。因此，C19井設計采用液控智能分采工藝技術實現(xiàn)分層開采，以滿足該井的開發(fā)需求，同時該井為渤海油田首口采用液控智能分采技術的油井。

2022年6月，C19井轉(zhuǎn)入完井作業(yè)，采用液控智能分采技術，通過4根(3+1)液控管線控制井下3個多級智能流量控制閥，進而實現(xiàn)分層開采目的。在完井作業(yè)過程中，通過固井泵對多孔穿越過電纜封隔器加壓完成驗封。該井于2022年7月結束鉆完井作業(yè)并成功投產(chǎn)，日產(chǎn)油135.40 m3，含水體積分數(shù)0.25%，產(chǎn)量達到配產(chǎn)要求，投產(chǎn)至今未出現(xiàn)環(huán)空帶壓等異常情況。C19井投產(chǎn)后實現(xiàn)了分層靜壓恢復測試及換層生產(chǎn)，技術應用效果良好。

液控智能分采技術在渤海油田的首次成功應用，拓展了渤海油田水平井和大斜度井開發(fā)方式，實現(xiàn)了水平井和大斜度井的分層開采，為渤海油田剩余油挖潛提供了更多的技術手段，為獲取各生產(chǎn)層位的產(chǎn)液、含水、油藏靜壓等動態(tài)和靜態(tài)生產(chǎn)資料提供了條件，有助于油藏的精細開發(fā)和動態(tài)認識。同時，通過智能液控分采技術的應用，調(diào)配水平段各段產(chǎn)液均衡產(chǎn)液剖面，可延緩邊底水錐進速度，延長見水時間，實現(xiàn)穩(wěn)油控水生產(chǎn)，提高油田采收率，推廣應用前景廣闊。

4 結 論

(1)針對渤海油田水平井和大斜度井開發(fā)特點，研發(fā)形成了液控智能分采工藝管柱，創(chuàng)新形成液控智能分采工藝技術，適用于垂深4 000 m、分層數(shù)6層以內(nèi)的油井分采控制，滿足水平井、大斜度井和深井不動管柱調(diào)配需求。

(2)研發(fā)了多級智能流量控制閥、多孔穿越過電纜封隔器、可穿越式定位密封、可穿越式隔離密封、多線纜保護器及地面控制系統(tǒng)等關鍵工具，通過地面控制系統(tǒng)遠程控制N+1根液控管線，實現(xiàn)井下N個生產(chǎn)層位的生產(chǎn)調(diào)節(jié)和控制。

(3)液控智能分采技術在渤海油田C19井首次成功應用，實現(xiàn)了水平井和大斜度井的分層開采，為渤海油田剩余油挖潛提供了更多的技術手段，對于油藏資料獲取和生產(chǎn)動態(tài)認識、實現(xiàn)油藏精細開發(fā)或穩(wěn)油控水開發(fā)及提高采收率都具有重要意義。