新型大斜度井同心分层注水技术

刘合，肖国华，孙福超，裴晓含，胡慧莉，耿海涛，李良川

（1.中国石油勘探开发研究院；2.中国石油冀东油田公司钻采工艺研究院）

新型大斜度井同心分层注水技术

刘合1，肖国华2，孙福超1，裴晓含1，胡慧莉2，耿海涛2，李良川2

（1.中国石油勘探开发研究院；2.中国石油冀东油田公司钻采工艺研究院）

针对现有偏心分层注水工艺井下水嘴投捞成功率低、仪器与水嘴对接效率低以及分层流量测试精度低，难以满足大斜度井分注和测调需要的问题，提出了新型大斜度井同心分层注水工艺技术。该技术采用同心测调方案，测试仪器与井下配水器采用同心对接方式，大斜度井对接成功率高；井下配水器采用桥式通道设计，可以有效消除层间干扰的影响，提高测调效率；水量调节采用偏心阀设计，全关状态漏失量小，调节扭矩小，配水更加容易；测试方面兼容集流测试和非集流测试功能，满足小水量的测试需求；实现电缆在线直读验封，皮囊密封状态可监测，一次下井完成全部验封作业。测调期间可以实现任意层段分层流量、压力、温度等多个参数的在线直读测试，以及配注量的自动测调，无需投捞作业，显著提高测调效率。截至目前，现场试验11口井，最大井斜55°，流量测试误差小于5%，3层井验封和测调时间1 d以内，与现有技术相比具有测调效率高、精度高、成本低等特点。图11参10

大斜度井；同心分层注水技术；电缆直读测调；电缆直读验封；配注量自动测调；测调效率

1 问题的提出

注水是保持油层压力、实现油田高产稳产和改善油田开发效果的有效方法。发展分层注水技术，实现有效注水，是高含水后期、特高含水期继续提高水驱采收率的主攻方向之一[1-3]。

近年来，随着油田开发的不断深入和钻井水平的不断提高，各类定向井、大斜度井不断增多。以国内典型油田为例：中国石油冀东油田地处滩海，采用人工岛方式开发，井身结构复杂，井斜大。其中南堡油田井斜角30°～45°的井占46%，46°～60°的井占24%，最大井斜70°，平均井深达3 200 m[4]。中国石油长庆油田多采用丛式井组，定向井占总井数90%以上，井斜20°～50°，井深2 200～3 000 m[5]。中国海洋石油海上油田采用平台式开发，井身结构复杂，大斜度井普遍[6]。

对于大斜度井分层注水和测调，在直井上成熟应

用的偏心分层注水以及配套的钢丝投捞测调和电缆直读测调适应性差，主要问题如下。

③采用桥式通道设计，可有效消除层间干扰影响，提高测调精度，为实现单层直接测试提供必要条件。

护肝剂样品（液体制剂），由天津市第一中心医院重点实验室自行研制，批号分别为20160823（S1）、20160919（S2）、20160927（S3）、20161027（S4）、20161116（S5）、20161129（S6）、20161219（S7）、20170329（S8）、20170419（S9）、20170427（S10）。

为了解决大斜度井分层注水和测试难题，本文提出一种新型大斜度井分层注水技术，具有同心对接、同心调整、偏心阀设计、桥式通道、单层流量压力直接测试和在线直读验封等特点，无需投捞水嘴，井下仪器与配水器对接成功率高，为解决大斜度井的分层注水和测调难题提供了一种新的工程技术手段。

2 新型大斜度井分层注水关键技术

第3级验封曲线反映第3级封隔器的密封状态，第2级验封曲线反映第2，3级封隔器的密封状态，第

图1 大斜度井分层注水管柱示意图

新型大斜度井分层注水管柱示意图见图1，管柱核心由电缆、井下连续可调配水器、井下电缆控制仪（包括电缆直读测调仪和电缆直读验封仪）、封隔器等组成。

2.1 井下连续可调配水器

②井下连续可调配水器采用四笔尖定位设计，由两两高度不同的笔尖结构组成，井下电缆控制仪到达笔尖位置后，直接导入定位台阶，实现井下仪器与配水器同心精确定位，无需旋转导向，60°以下大斜度井对接成功率在95%以上。

图2 测调系统基本构成

图3 井下连续可调配水器结构示意图

图4 井下连续可调配水器剖面（a）及可调水嘴（b）示意图

井下连续可调配水器长期工作在井下，用于实现分层配水。井下连续可调配水器与井下可调水嘴一体化设计，水嘴不可投捞，配水器主要由上接头、四笔尖定位套、调节机构、桥式通道、齿轮传动组、井下可调水嘴、下接头等组成（见图3）。井下连续可调配水器主要组成结构特点如下。

第十三次：1997年“中华人民共和国国内贸易部军用粮票”（“贰拾伍仟克”“伍拾仟克”“贰佰伍拾仟克”“伍佰仟克”版）。

对于中国农民而言，“纠纷宝塔理论”所刻画的由下至上的纠纷解决层级结构并非是一个需要“攀爬”的实体[14]，而是一个可以灵活选择而跳跃达至的扁平结构。乡土正义系统是纠纷解决过程中以农民的法律资源选择为主的法律秩序公共品集合体。就本文的分析所及，乡土正义供给系统看似具有层级性，但在农民进行法律资源选择的过程中，正义系统中的部件结构却是扁平化的，农民既可以找村干部调解纠纷，也可以向派出所寻求帮助，也可以综合利用乡镇政府的熟人关系网络来促成纠纷的解决。

2.2 电缆直读测调仪

壁结垢影响，流量测试精度高，对小水量测试适应性更强。室内实验表明：分层流量在3.48～50.00 m3/d，测试误差小于5%（见图6），多数误差分布在2%以内。同时，该测调仪也同样适用于传统非集流测试。

2.3 电缆直读验封仪

图5 电缆直读测调仪

电缆直读测调仪与常规仪器不同之处在于它具有电动控制主动密封和主动解封的双皮囊，与传统靠重力密封和上提解封的方式相比工作更加可靠。通过电控双皮囊结合井下高精度流量计实现了仪器居中状态下单层流量的直接测试，无需逐层递减计算流量，由于集流居中测试，使分层流量测试不受井斜和油管内

①大斜度井井下水嘴钢丝投捞成功率低。投捞技术虽然经过多次改进，但随着井斜角的增加，投捞成功率难以维持在较高水平[7]。以中国石油冀东油田为例，井斜角小于30°时，投捞成功率98%；井斜角31°～40°时，投捞成功率92%；井斜角41°～50°时，投捞成功率下降至60%，井斜角大于50°后，投捞成功率不足50%[8]。投捞成功率直接影响大斜度井的测调成功率和测调效率。

观察组的治疗总成效为93.33%,相比对照组的76.67%,组间差异有统计学意义(P<0.05)。详情见表1。

现有工艺封隔器验封主要采用钢丝投捞方式，需要多次投捞堵塞式双通道压力计实现封隔器验封，验封结果需要地面回放，大斜度井验封效率较低。电缆直读验封仪能够实现在线直读验封，无需投捞，无需地面回放。仪器由电缆头、支撑臂、电控双皮囊、三压力传感器（油管压力、地层压力和皮囊压力）、控制电路和活塞泵等组成（见图7）。其中电控双皮囊采用扩张式设计，通过活塞泵油管水进行打压操作密封皮囊。当皮囊压力高于油管压力0.5 MPa时，说明皮囊密封状态正常。皮囊压力传感器用于监测皮囊密封状态。

图6 分层流量直接测试误差分布

图7 电缆直读验封仪

1级验封曲线反映第1，2，3级封隔器的密封状态。第1级封隔器密封状态通过观察套管压力是否返水实现确定。实际作业中油管打压时套管未见返水，套压为0，说明第1级封隔器密封合格。对第2层封隔器和第3层封隔器进行验封时，首先由电缆携带电缆直读验封仪到达第3层配水器以上10 m左右，此时地面控制仪器支撑臂打开，继续下入后与第3级配水器一次性同心对接。对接后地面控制仪器双皮囊打压密封，地面通过观察皮囊压力判断皮囊密封状态。确认皮囊正常密封后，在井口主动改变油管压力，由地面直读油管压力和地层压力是否同步变化来判断第3级封隔器的密封状态。完成验封后，地面控制验封仪双皮囊主动解封、上提到第2级封隔器，进行同样的操作，验封结果反映第2级封隔器和第3级封隔器的密封状态。根据已判断的第3级封隔器的验封结果，确定第2级封隔器的验封结果，一次下井完成全部验封作业。

图8 电缆直读验封原理示意图

3 应用效果

①井下电缆控制仪与井下连续可调配水器采用同心对接、同心调整方式，而井下可调水嘴位于偏心位置。进行流量测调时，配水器中心调节机构连通大齿轮旋转，带动小齿轮旋转，进而带动位于偏心位置的井下可调水嘴的阀芯作直线运动，通过阀芯和阀套的相对开度来调整注水量，井下连续可调配水器剖面及可调水嘴示意图见图4。这种设计既保证了井下仪器与配水器的同心对接、同心调整，提高了大斜度井的对接和测调成功率，又沿用了目前成熟的偏心注水工艺水嘴。这种水嘴全关状态漏失小，调节扭矩小，同等压差条件下阻力小，调节更加容易。水量调节过程阀芯沿直线运动，无旋转现象，避免长期冲击配水器，进而延长井下连续可调配水器的寿命。水嘴沿用“V”字形设计，对小水量测调适应性较强。

该井在应用本工艺之前，采用偏心分层注水管柱实现3层段的分层注水，通过钢丝投捞水嘴方式实现测调。完成全部验封作业至少需要投3次水嘴、捞3次堵塞器、投3次验封压力计、捞3次验封压力计，投捞作业共计12次。测调过程同样需要反复投捞水嘴进行流量调配，实际作业通过5次投捞水嘴实现各层的调配，验封、测调时间累计达4.5 d。在流量测试方面，仪器在斜井中采用非集流方式测试，而且仪器无法保持居中，单层流量测试误差达到20%以上。2014年5月，NP32-X3025井采用本文介绍的新型大斜度井分层注水和测调技术，并按要求实现了封隔器验封测试、分层流量测调，具体过程介绍如下。

3.1 封隔器电缆直读验封

当需要分层参数测试和流量调配时，由地面通过电缆携带电缆直读控制仪与井下配水器同心对接，同心调整，实现分层参数的在线监测和配注量自动（手动）测调以及封隔器在线直读验封。测调系统基本构成见图2，由井下电缆控制仪（包括电缆直读验封仪和电缆直读测调仪）和井下连续可调配水器（包括井下可调水嘴、桥式通道）组成。

朋友们的善意我都心领了。而实际上，我也只能心领。但老婆却不这么认为。她认为我是在端架子，故意不给她闺中密友面子，让她难堪。甚至还为了这点儿芝麻绿豆大点儿的小事儿向我发脾气。大概十月末，我们终于坐到了一起，当包东坡问起我身体的情况时，她竟然语带挖苦地说我是小病大养。气得我差一点儿就当场喷血。就为了她这句极不负责任的话，我也有理由拿出勇气，捍卫我的自尊。更何况我当时的症状才刚刚有所好转，滴流才停，还一直口服着头孢。

图9 NP32-X3025管柱示意图

随着我国会计制度的不断革新，给企业财会工作水平的提升创造了便利条件，加之计算机技术的不断发展，使得会计电算化得以诞生，更大程度地推动了企业的发展。但是对于企业会计档案管理工作而言，会计电算化的应用还存在一些缺陷，极大地影响了档案管理工作效率和质量的提升，如何有效解决这些问题，成为当下企业相关负责人需要思考的一大难题，需要给予足够重视。

图10 封隔器电缆直读验封曲线

③开发商与农户结合的小农市场风险盛行阶段。开发商充分借助多种基层运作的方式获得了土地使用权，村集体没有实权，因此开发商能够不通过村集体而通过村代理人与农户开展村集体土地经营权交易活动，这一过程中存在着非常明显的市场风险与农业风险。若在这一过程中市场主体数量明显增多，则村庄发展过程中无法形成规范化的秩序，进而对村庄的健康发展产生了十分不利的影响。

在确认各级封隔器密封性后，需要按照地质方案完成分层流量测调。具体测调过程如下：电缆携带电缆直读测调仪下入任意一层配水器，在配水器上部10 m处控制仪器支撑臂打开，继续下入与当前层配水器一次性同心对接。地面控制仪器双皮囊主动密封，仪器居中，开始测调。根据在线读取的当前层温度、压力和流量值控制仪器调节机构自动或手动调整水嘴开度，按照地质要求实现配水，直至满足单层测试误差稳定在20%以内。完成当前层测调后，地面控制直读测调仪双皮囊解封、上提，按照上述程序再完成其他层段测调。在流量测调过程中，对于单层流量小于50 m3/d的层段推荐采用集流测试方式，以提高分层流量测试精度；对于分层流量大于等于50 m3/d的层段，推荐采用非集流测调方式。NP32-X3025井电缆直读测调曲线见图11。

图11 电缆直读测调曲线

由NP32-X3025井在线直读测调结果可见，第3层配水器要求配注50.0 m3/d，实测配注41.6 m3/d，单层调配误差16.8%；第2层配水器要求配注50.0 m3/d，实测配注56.4 m3/d，单层调配误差12.8%；第1层配水器要求配注0，实测配注0，3层调配误差均小于20%，满足要求，配注合格。

2014年4月以来，在中国石油冀东、吉林等油田现场试验11口井，最大井斜55°，新型大斜度井分层注水工艺最多实现了5个层段的分层注水，仪器测得最高温度135 ℃，最高压力57 MPa，最小注入量7 m3/d。11口井的仪器与配水器一次对接成功率达100%，调配电流50～80 mA，流量测试实现了单层直读测试，无需逐层递减计算流量，减少递减法测试带来的误差，室内实验流量测试误差在5%以内，3 000 m井深、3层段注水井平均测调时间在1 d以内，与采用现有偏心技术的大斜度井测调工艺相比，测调效率提高了40%～60%，测试精度提高了30%～50%。

4 结论

本文提出一种新型大斜度井分层注水工艺技术，介绍了核心工具设计和仪器设计，并介绍了一个典型应用案例。这套工艺具有同心对接、同心调整、偏心阀设计、桥式通道、电缆直读测调、电缆直读验封等特点。井下连续可调配水器漏失小，调节扭矩小，同等压差条件下更容易调动。电缆直读测调仪能实现单层流量直接测试，无需逐层递减计算流量，流量稳定性好，测试精度高，且流量测试不受井斜和油管内壁结垢影响。电缆直读验封仪采用三压力传感器，井下皮囊密封状态可通过皮囊压力传感器实现监测，验封过程直观、准确，密封状态可监测，一次下井完成全部验封作业。现场试验表明：这项技术在施工成功率、测调效率和测试精度等方面都比现有偏心分层注水技术有较大幅度的提高。下一步将在以下几个方面开展重点攻关：①研发测调验封一体化工艺，进一步提高大斜度井测调效率；②改进井下水嘴结构和材料，提高井下水嘴寿命，力争达到3年检管周期；③配套分层参数实时监测功能，实现注水全过程试井，获取压力恢复测试等长期连续数据；④对于更大斜度的注水井，重点研究基于压力波和声波控制等无线通讯方式的注水工艺，解决更大斜度注水井和水平井的分层注水和测调难题。

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（编辑 郭海莉）

A new concentric zonal water injection technique for highly-deviated wells

Liu He1,Xiao Guohua2,Sun Fuchao1,Pei Xiaohan1,Hu Huili2,Geng Haitao2,Li Liangchuan2
(1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development,Beijing 100083,China; 2.Drilling & Production Technology Research Institute of PetroChina Jidong Oilfield,Tangshan 063000,China)

Existing eccentric zonal water injection techniques cannot meet the requirements of separated layer water injection,testing and adjustment in highly-deviated wells,because of their low fishing success rate of down-hole nozzles,low efficiency of connection between instruments and nozzles,and low precision of zonal flow rate test.A new concentric zonal water injection technique is proposed for highly-deviated wells.This technique adopts concentric testing and adjustment,i.e.,the test instrument is concentrically connected with the down-hole regulator,with high success rate of connection.The down-hole regulator uses bridge-type channel to effectively eliminate inter-layer interference and thereby improving testing and adjustment efficiency.Water flow rate is adjusted with an eccentric valve,which features small loss in full-off state,small adjustment torque and easier water adjustment.This technique is functional for both collected flow test and non-collected flow test,so it is workable for low flow rate test.It can achieve packer seal test on line by cable,the status of seal balls can be monitored and all seal test operations can be completed in one trip.This technique can obtain flow rate,pressure,temperature and other parameters of any layer on line and automatic testing and adjustment of injection allocation rate,without fishing,significantly improving testing and adjustment efficiency.Until now,this technique has been tested in 11 wells (maximum well deviation of 55°),with tested flow rate error of less than 5%,and three-layer seal check and adjustment time of less than one day.Compared with the existing techniques,this new technique has advantages such as high testing and adjustment efficiency,high precision and low cost.

highly-deviated well; concentric zonal water injection; cable test and adjustment; cable seal test; automatic water allocation; testing and adjustment efficiency

国家高技术研究发展计划（836计划）“采油井筒控制工程关键技术与装备”（SQ2011AAJY2935）

TE934.1

A

1000-0747(2015)04-0512-06

10.11698/PED.2015.04.14

刘合（1961-），男，黑龙江哈尔滨人，博士，中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师，主要从事低渗透油气藏增产改造、机采系统提高系统效率、分层注水和井筒工程控制技术等方面的科研工作。地址：北京市海淀区学院路20号，中国石油勘探开发研究院院办，邮政编码：100083。E-mail: liuhe@petrochina.com.cn

2015-01-16

2015-05-26