呂國(guó)勝，杜曉霞，王天慧，郭宏峰，王殿武，趙廣淵

(1.中海石油(中國(guó))有限公司渤中作業(yè)公司，天津 300459； 2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459)

隨著油田開(kāi)發(fā)主體進(jìn)入注水開(kāi)發(fā)中后期，層間矛盾和吸水差異性日益突出，實(shí)施分注已成為油田精細(xì)開(kāi)發(fā)、提高采收率和水驅(qū)動(dòng)用儲(chǔ)量的主要技術(shù)手段。多年來(lái)，為深度挖潛新老區(qū)開(kāi)發(fā)效益、提高整體分注水平，相繼開(kāi)展了鋼絲投撈分注、橋式偏心分注、測(cè)調(diào)一體分注、同心雙管分注、平行雙管分注、智能分注等技術(shù)的研究與應(yīng)用，受工藝管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)施工繁瑣及投入成本較高等原因影響，測(cè)調(diào)一體分注工藝得到廣泛應(yīng)用。測(cè)調(diào)一體分注工藝憑借其測(cè)調(diào)成功率高、管柱有效期長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，較好地解決了鋼絲投撈分注測(cè)調(diào)難度大及智能分注可靠性不高的問(wèn)題，但其在應(yīng)用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)如配水器關(guān)閉不嚴(yán)、水嘴打不開(kāi)等問(wèn)題，為此研究改善了測(cè)調(diào)一體分注工藝[1-7]。

1 新型測(cè)調(diào)一體分注系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)調(diào)一體分注工藝

測(cè)調(diào)一體分注技術(shù)是采用測(cè)調(diào)聯(lián)動(dòng)的方式進(jìn)行流量測(cè)試與調(diào)配，通過(guò)地面儀器監(jiān)測(cè)流量、壓力等參數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)調(diào)整配水器水嘴大小直至達(dá)到各層配注量。該工藝由測(cè)調(diào)一體配水器、井下測(cè)試儀器和地面控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。該系統(tǒng)具有井下測(cè)調(diào)、地面直讀功能。電纜帶測(cè)調(diào)儀入井，測(cè)調(diào)儀測(cè)得的井下流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)電纜傳輸至地面；調(diào)配時(shí)，測(cè)調(diào)儀準(zhǔn)確定位到目標(biāo)配水器后通過(guò)電纜傳輸?shù)孛婵刂泼?，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使調(diào)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)配水器柱塞套升降，使調(diào)節(jié)套產(chǎn)生位移，從而達(dá)到控制水嘴開(kāi)關(guān)大小的目的[6-9]。

圖1 新型測(cè)調(diào)一體分注工藝系統(tǒng)Fig.1 A new integrated injection system for measurement and modulation

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

目前應(yīng)用的測(cè)調(diào)一體分注工藝調(diào)配主要是采用調(diào)節(jié)外套帶動(dòng)內(nèi)套移動(dòng)的方式或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子使定子讓出過(guò)流空間的方式。2種調(diào)節(jié)方式在井況較差的情況下，都易出現(xiàn)砂卡或雜質(zhì)堆積后導(dǎo)致配水器關(guān)閉不嚴(yán)或水嘴打不開(kāi)的問(wèn)題，從而最終影響注水效果。

本次研制的新型測(cè)調(diào)一體分注工藝仍采用測(cè)調(diào)聯(lián)動(dòng)的方式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用出現(xiàn)的問(wèn)題，優(yōu)化完善了配水器結(jié)構(gòu)及配套可反洗井封隔器。配水器采用低傳動(dòng)比及全密封的傳動(dòng)方式，即使在測(cè)調(diào)儀低扭矩的情況下，也能有效避免水嘴打不開(kāi)的情況發(fā)生；同時(shí)配套可洗井封隔器改善井況，從而提高工藝的可靠性，延長(zhǎng)管柱有效期[4-7]。

2 主要設(shè)備研制

2.1 測(cè)調(diào)一體配水器的研制

為提高測(cè)調(diào)一體測(cè)調(diào)成功率及注水實(shí)施效果，研制了新型測(cè)調(diào)一體配水器。新型測(cè)調(diào)一體配水器主體結(jié)構(gòu)包括上接頭、定位槽、外筒、旋轉(zhuǎn)套、軸桿、密封柱、下接頭等。

2.1.1 工作原理

測(cè)調(diào)一體配水器示意圖如圖2所示。當(dāng)需要測(cè)調(diào)時(shí)，由電纜帶測(cè)調(diào)儀進(jìn)入油管，到達(dá)配水器上端時(shí)，通過(guò)地面控制器給測(cè)調(diào)儀發(fā)送指令，讓配水器的定位爪張開(kāi)，繼續(xù)下放測(cè)調(diào)儀進(jìn)入配水器主通道，使定位爪坐在配水器的定位槽上，測(cè)調(diào)儀的調(diào)節(jié)爪卡在調(diào)節(jié)孔上，此時(shí)在地面繼續(xù)給測(cè)調(diào)儀發(fā)送指令，使測(cè)調(diào)儀正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)套轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)套上的齒輪與軸桿上的小齒輪咬合， 旋轉(zhuǎn)套轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)軸桿旋轉(zhuǎn)，同時(shí)密封柱塞進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)整從水嘴流出的液體流量[7-12]。

圖2 測(cè)調(diào)一體配水器示意圖Fig.2 Schematic diagram of measurement and modulation integrated injection distributor

2.1.2 關(guān)鍵技術(shù)

與普通測(cè)調(diào)一體配水器相比，新型測(cè)調(diào)一體配水器采用同心旋轉(zhuǎn)套帶動(dòng)偏孔柱塞調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)套筒齒輪最大直徑為52 mm，軸桿堵塞器齒輪最大直徑為20 mm，傳動(dòng)比近似于0.4，由于結(jié)構(gòu)的改變調(diào)節(jié)扭矩能較普通測(cè)調(diào)一體配水器減小2.5倍(見(jiàn)圖3)。

圖3 齒輪調(diào)節(jié)示意圖Fig.3 Schematic diagram of gear adjustment

為解決水嘴密封不嚴(yán)的問(wèn)題，在密封柱塞采用防塵圈，密封的同時(shí)可刮掉出水口管壁上的雜質(zhì)或油污，對(duì)密封柱塞進(jìn)行硬度及表面處理，實(shí)現(xiàn)高壓密封。

再見(jiàn)老胡是2015年9月初，我在上海圖書(shū)館目錄大廳見(jiàn)得一頗有規(guī)模的展覽——“文化抗戰(zhàn)：民族危機(jī)之中的中國(guó)話(huà)劇人”，其中照片、資料之豐富足以讓我確證辦展人一定是上戲圖書(shū)館、一定是老胡他們。四周望去，果然在展覽一角看到老胡正向讀者講解。打聽(tīng)得知他們不忍如此專(zhuān)業(yè)而精彩之照片等深居庫(kù)房、散見(jiàn)于各收藏機(jī)構(gòu)，便廣征博覽，竭力搜羅，以展覽形式先期布告，教育大眾，并計(jì)劃逐步積累形成著作。

2.1.3 技術(shù)特點(diǎn)及參數(shù)

(1)技術(shù)特點(diǎn)

①可調(diào)水嘴一體化設(shè)計(jì)，無(wú)需鋼絲投撈作業(yè)；

②測(cè)調(diào)聯(lián)動(dòng)同心對(duì)接，降低了井深、井斜、結(jié)垢等對(duì)測(cè)調(diào)的影響，提高了測(cè)調(diào)成功率；

③兼具普通測(cè)調(diào)一體配水器優(yōu)點(diǎn)，與之前的測(cè)調(diào)一體分注測(cè)調(diào)系統(tǒng)兼容，無(wú)需重新設(shè)計(jì)加工配套工具、儀器；

④水量調(diào)節(jié)采用同心調(diào)節(jié)、偏心傳動(dòng)的方式，大大減小了調(diào)節(jié)扭矩；

⑤傳動(dòng)系統(tǒng)采用全封閉潤(rùn)滑方式，具有防銹蝕、防結(jié)垢、水嘴防卡、降低調(diào)節(jié)扭矩的功能。

(2)技術(shù)參數(shù)

表1 新型測(cè)調(diào)一體配水器主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of the new measurement and modulation integrated injection distributor distributor

2.2 高溫高壓注水封隔器

配套研發(fā)的高溫高壓注水封隔器能滿(mǎn)足深斜井分注需求，該封隔器主要由坐封機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、洗井機(jī)構(gòu)和解封機(jī)構(gòu)組成，如圖4所示。

圖4 高溫高壓注水封隔器Fig.4 High temperature and pressure water injection packer

2.2.1 工作原理

封隔器主要采用多級(jí)活塞坐封，坐封力由7 t增大到14 t，提高坐封可靠性；停注時(shí)，封隔器自鎖裝置自動(dòng)鎖緊，即使釋放掉油管的坐封壓力，封隔器也不會(huì)解封，始終保持密封狀態(tài)。解封時(shí)為逐級(jí)解封、多級(jí)使用，解封負(fù)荷不疊加，滿(mǎn)足多級(jí)分注需求。洗井時(shí)，往套管打壓推開(kāi)洗井閥，液體從封隔器外中心管環(huán)空進(jìn)入油管，完成洗井，洗閥密封由單密封改為多重密封，洗井閥壽命提高1.48倍[13-14]。

2.2.2 技術(shù)參數(shù)

高溫高壓注水封隔器主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 高溫高壓注水封隔器主要技術(shù)參數(shù)Table 2 Main technical parameters of high temperature and high pressure water injection packer

3 試驗(yàn)井測(cè)試

在模擬井開(kāi)展注水試驗(yàn)，試驗(yàn)管柱如圖5所示。

圖5 模擬井試驗(yàn)管柱Fig.5 String diagram of simulated well test

試驗(yàn)過(guò)程如下：

(1)下入試驗(yàn)管柱，關(guān)閉配水器，從地面往油管打壓坐封封隔器；

(2)將測(cè)調(diào)儀下至配水器位置，打開(kāi)配水器，張開(kāi)儀器皮碗密封至配水器密封面處，調(diào)節(jié)環(huán)空至25 MPa，并提高油管壓力，驗(yàn)證封隔器的密封性及耐壓情況，結(jié)果如圖6所示。管柱內(nèi)壓力及環(huán)空壓力有明顯區(qū)別，說(shuō)明封隔器密封性良好。

圖6 封隔器驗(yàn)封時(shí)間-壓力曲線Fig.6 Packer testing curve

(3)關(guān)閉配水器后油管內(nèi)打壓至20 MPa，觀察環(huán)空無(wú)返出后用測(cè)調(diào)儀打開(kāi)配水器；

(4)關(guān)閉配水器后環(huán)空打壓至20 MPa，用測(cè)調(diào)儀打開(kāi)配水器；

(5)將連接環(huán)空的泵入管線移至封隔器上端，將配水器打開(kāi)，環(huán)空打壓至5 MPa，油管內(nèi)有返出，反洗通道成功開(kāi)啟。

(6)再次將測(cè)調(diào)儀皮碗坐封，油管內(nèi)壓力提高至20 MPa，讀取環(huán)空壓力無(wú)變化，驗(yàn)證洗井后封隔器密封性良好。

(7)井口打壓進(jìn)行注水測(cè)試，水嘴開(kāi)至全大時(shí)，打壓至1 MPa，排量達(dá)到1 500 m3/d。

3 總結(jié)

為克服測(cè)調(diào)一體分注工藝在應(yīng)用中出現(xiàn)配水器關(guān)閉不嚴(yán)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)承壓或卡堵后打不開(kāi)等問(wèn)題，開(kāi)展了新型測(cè)調(diào)一體分注工藝的研究。首先是對(duì)測(cè)調(diào)一體配水器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，采用齒輪提高傳動(dòng)效率的方式，大大減小調(diào)節(jié)扭矩，并且調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用全封閉潤(rùn)滑方式，形成對(duì)內(nèi)封閉對(duì)外防塵的結(jié)構(gòu)，提高調(diào)節(jié)可靠性；同時(shí)保留了原配水器的橋式通道、密封面位置等，保證與原配水器的測(cè)調(diào)儀能夠兼容；同時(shí)實(shí)現(xiàn)定期洗井雜質(zhì)防止配水器水嘴堵塞等問(wèn)題，配套了可反洗井封隔器，封隔器無(wú)鋼性錨定裝置，依靠膨脹鋼片錨定，既能承受一定的壓力，又能有效地保護(hù)套管。為驗(yàn)證本次改進(jìn)工藝的功能性和可靠性，進(jìn)行了模擬井測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明，封隔器密封、承壓、反洗功能良好，配水器與測(cè)調(diào)儀能較好地對(duì)接，并且在帶壓狀態(tài)下也能較好地開(kāi)啟、關(guān)閉。本次完善后的測(cè)調(diào)一體分注工藝具有水嘴開(kāi)關(guān)關(guān)閉靈活、調(diào)節(jié)效率高、管柱可靠性高、可定期洗井等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。