桥式同心分层注水测调技术的研究及应用

陈朋刚，赵亚杰，史鹏涛，员玉平.

(延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心，陕西延安 716000)



桥式同心分层注水测调技术的研究及应用

陈朋刚，赵亚杰，史鹏涛，员玉平.

(延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心，陕西延安 716000)

桥式偏心分层注水测调工艺需要精确的机械导向完成测调工具的定位以及与配水器堵塞器调节头的对接，这不仅导致测调工具机械结构复杂，而且存在测调成功率和效率低、作业风险大等问题。依据空心分层注水工艺的同心对接方式具有对接成功率高这一优点，同时借鉴桥式过流通道具有层间干扰小的优点，提出桥式同心分层注水工艺，并根据现场测试效果逐步试制了桥式同心分层注水测调系统。该测调系统具有机械结构简单的同心连杆动力传递机构，调节水嘴与配水器一体化设计，可实现测量和调节的同步性，具有结构简单、动力传递效率高、测调成功率高等优点。现场应用证明，该系统具有省时、省力、省成本、测调准确、及时、可靠性高等特点，值得进一步推广使用。

注水井测试；桥式同心；工艺；配水器；测调工具

近年来，针对延长油田注水井油稠出砂、斜井多、地层吸水差异大等特点，以提高分层注水工艺的适应性、小配注量下的测调效率和精度为目标，通过研制分层注水工艺的关键工具以及小配注量的测调工艺改进与优化，形成了延长油田定向井小配注量桥式偏心分层注水工艺[1-7]。随着油田开发的不断深入，大斜度井、采出水回注井、小卡距井及深井逐年增多，测调中测调工具遇阻卡、无法对接或对接不成功等事故频发，导致作业风险大、注水效率低，进而对分层注水工艺及配套测调技术提出更高要求。为进一步满足分层注水工艺的精细化需求、提高分层注水的测调成功率及效率，经过现场测试中的长期积累和改进，试制并形成了新一代桥式同心分层注水测调工艺及技术，并在长庆、青海、大港、延长等油田进行了推广应用[8-10]。

1 桥式同心分层注水测调工艺简介

1.1 系统组成及原理

桥式同心分层注水测调系统由电缆测井车、辅助设备、地面控制器、数据处理分析系统、同心测调仪、桥式同心配水器组成，如图1所示。

图1 桥式同心测调工艺原理示意图Fig.1 Schematic diagram of bridge-concentric stratified injection measurement and adjustment process

桥式同心分层注水测调工艺技术是指注水井在作业时用封隔器将各储层分隔开来，同时下入桥式同心配水器为各储层注水，完井后采用桥式同心测调工艺技术。桥式同心配水器与可调水嘴一体化设计，可采用电动验封仪完成对各层封隔器的检验，验封完成后使用井下测调仪进行水嘴的打开、试注、水量调配及后期定期测调。

具体工作过程为：井下电动验封仪及测调仪由测试绞车通过电缆下放到分注管柱与目标层配水器进行对接，地面控制器通过电缆获取验封压力数据或者测调压力、温度、流量等数据，并对验封仪和测调仪进行实时控制。依据地面控制器或上位机所发送的命令实现地面直读验封及流量测调。在流量测调过程中，通过地面操作对井下测调仪的动作进行控制，井下测调仪通过调节头带动可调式水嘴转动，改变配水器水嘴的开度大小，实现注水量的精细化调节。该桥式同心分层注水测调工艺在短时间内即可完成对注水井各层段的配注量测调工作，缩短了测调时间，大幅提高了测调效率和分层注水效率。

1.2 技术特点

(1)桥式同心分层注水测调工艺技术将桥式同心配水器与可调水嘴集成于一体，可利用测调仪带动高强度的可调水嘴组件在配水器内部上、下自由地活动，使同心配水器处于半开、全开以及完全关死的几种状态，可实现测量和调节的同步性，具有结构简单、动力传递效率高、测调时间短、测调成功率高等优点。

(2)电机动力传动采用同心连杆式结构，动力传递效率高；对接方式采用同心中心通道遇阻式对接，对接成功率高，消除了桥式偏心侧向对接成功率低的问题以及遇阻易卡的事故，更适用于大斜度井作业。

(3)配水器具有较大面积的桥式过流通道，目标层作业占用中心通道时不影响其他层段的正常注水，可有效解决层间干扰的问题，提高测试精度。配水器的活动水嘴可无级连续调节，调节精度高。

2 关键工具与仪器

桥式同心分层注水测调系统配套工具与仪器主要有电缆绞车、防喷装置、地面控制器、地面数据分析处理系统、同心测调仪以及桥式同心配水器等。其中，桥式同心配水器与同心测调仪为该测调系统最为关键的工具与仪器。

2.1 桥式同心配水器

2.1.1 结构

桥式同心配水器由上接头、本体、外护筒、调节套、活动水嘴、防反吐组件、固定水嘴、固定水嘴座、螺环及下接头等部件组成，如图2所示。

2.1.2 技术参数

表1 桥式同心配水器技术参数Table 1 Technical parameters of bridge-concentric water distributor

图2 配水器结构图Fig.2 Structure diagram of water distributor1.上接头；2.本体；3.外护筒；4.调节套；5.活动水嘴；6.防反吐组件；7.固定水嘴；8.固定水嘴座；9.螺环；10.下接头

2.1.3 工作原理

桥式同心配水器与分层注水管柱连接之前，需将配水器水嘴置于关死状态，与管柱连接下放到井下预定位置，向油管注水加压，封隔器坐封。使用电缆带同心测调仪下放进油管内，到达目标层同心配水器预定位置上方10 m处进行开臂操作；仪器定位爪打开，下放仪器与该配水器本体定位台对接，测调仪调节头伸缩块与配水器调节套调节槽对接，调节头继续旋转带动测调仪防转块进入本体防转槽内；测调仪继续转动带动活动水嘴组件(包括调节套和活动水嘴)做螺旋运动，改变活动水嘴与固定水嘴上出水口的相对位置，进而改变出水口节流面积大小，实现对注水量的调节。由于桥式过流通道的存在，当前层注水不会影响下层注水，从而实现其他层段分层配注的需要，最大限度降低层间干扰。该桥式同心配水器对固定水嘴出水口结构进行优化改进为三角形结构，便于小排量注水需求。同时增加了防反吐功能设计，满足当地层压力大于注水井油管内水压，防反吐组件结构发生作用，将出水口进行封堵，阻止地层水或油进入油管内。同时停注或压力波动时，可有效防止污垢、沙砾等堵塞配水器。

2.2 同心测调仪

2.2.1 结构

同心测调仪是桥式同心分层注水工艺技术的关键部分，其主要由扶正器、流量测量装置、磁定位校深装置、集成控制装置、电机、传动机构、定位臂、防转块和调节组件构成。

图3 同心测调仪结构图Fig.3 Structure diagram of concentric tuning instrument1.扶正器；2.流量计；3.磁定位装置；4.集成控制装置；5.电机；6.传动机构；7.定位臂；8.防转块；9.调节组件

2.2.2 技术参数

表2 同心测调仪技术参数

2.2.3 工作原理

同心测调仪采用单芯电缆下井结构，仪器在单芯电缆上采用单极性供电，实现双向ST编码数据通信。测调仪通过单芯电缆给地面控制系统发送测量数据，同时地面控制器通过发送不同的控制命令来控制测调仪，测调仪通过其下端的调节头带动同心配水器的转动，从而调节配水器的开度大小，进而对不同层位的流量进行调节以达到配注要求。该同心测调仪采用了单电机工作，通过其独特的机械结构设计，保证了定位臂的打开/收回、可调水嘴的正负调节采用同一个电机进行控制。

同心测调仪可实时显示流量、压力、温度等参数。同心测调仪采用超声波相位差法测量流量，压力、温度传感器均采用恒流供电的方式，流量、压力、温度3种电量信号最终以直流电平方式分时进行A/D转换，最终由流量计的数字电路部分将其转换为数字信号，得到测量数据，并通过ST编码电路将数字信号编码上传到地面控制器。测调仪具备状态检测功能。利用霍尔元件、磁钢及相应的机械结构可实时检测支撑臂的状态、对接状态，以及对接后流量调节过程中的配水器开度变化。仪器还具备磁定位校深功能，用来辅助寻找配水器和仪器坐层。通过相应的控制器、笔记本和上位机软件的配合，可以更加精确地了解测调仪井下工作状态，使注水工作更加可视化、透明化。

3 现场应用

桥式同心分层注水测调工艺技术已在长庆油田、江苏油田、青海油田、克拉玛依油田、华北油田、大港油田、延长油田等进行了推广使用。其中延长油田于2014年投入现场试验，截至2017年1月累计现场应用200多口井，最多分注层数5层，最大井深2833 m，最大井斜42.6°，最小卡距1 m，一次测调成功率可达90%以上，平均单井测调时间在6 h以内，分层流量测调误差在10%以内，测调精度在2%以内，分层配水合格率在95%以上。

试验结果表明，桥式同心分层注水测调技术在大斜度井、深井、多层分注井和采出水回注井中施工成功率高，测调仪与同心桥式配水器对接成功率高，集成于配水器内部的可调式水嘴调节灵活，测调效率和精度均较高。具体的试验效果见表3。

表3 延长油田桥式同心分层注水测调现场试验数据

根据表3所示的现场测试试验数据可以看出，桥式同心分层注水测调技术大斜度井、深井中测调成功率均为100%，针对多层分注井分层流量测调误差均在10%以内，单井测调时间均为8 h以内。现场测试数据表明，桥式同心分层注水测调技术具有省时、省力、测调成功率高及测调精度高的优点。

4 结论

(1)桥式同心分层注水测调技术在现场测试应用结果表明，桥式同心配水器将高强度可调水嘴与配水器一体化设计，采用中心通道内免投捞配水作业模式，具有连续无极可调机制，具有测调成功率和效率高以及测调精度高的特点。

(2)井下同心测调仪与桥式同心配水器采用同心对接方式，地面实时在线监测，对接成功率高，降低了测试的工作强度。同时井下仪可实现流量测量与调配同步进行，只需单纯的电缆作业即可完成分层注水测调技术，提高分层注水测试成功率和效率。

(3)桥式同心分层注水测调技术试验效果好，技术性能可靠，可有效解决大斜度井、深井、采出水回注井以及小卡距井分层注水和测试调配难题，对大幅提高分注率、测调成功率和效率，降低综合成本和人员队伍配备，提高油藏开发效果将起到巨大的推动作用，具有广阔的推广应用前景。

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The Research and Application of Bridge-Concentric StratifiedInjection Measurement and Adjustment Technology

Chen Penggang, Zhao Yajie, Shi Pengtao, Yun Yuping

(Research Center of Exploration and Development, Yanchang Oilfield Co., Ltd.,Yan＇an，Shaanxi 716000， China)

The technology of bridge-eccentric separate flooding requires precise mechanical orientation, positioning and docking, which not only leads to measurement of mechanical structure adjustment and testing tool for complex, but also has low success rate and efficiency, high operational risk and other issues. According to the method of concentric docking of hollow stratified water injection process, the advantage of high docking success rate was obtained. At the same time, the bridge supercircuit channel had the advantages of small interlayer interference, and the bridge concentric stratified water injection process was put forward. Bridge-type concentric stratified water injection measurement system. The system has the advantages of simple mechanical structure of concentric connecting rod power transmission mechanism, regulating water faucet and water distributing device integration design, can realize the measuring and adjusting the synchronization, has the advantages of simple structure, high efficiency of power transmission, measuring and adjusting the success rate is high. Field application showed that the system has the advantages of time saving, labor saving, cost saving, accurate and timely measurement, high reliability, and is worthy of further popularization and application.

test of water injection well; bridge-concentric; technology; water distributor; tools for measuring

陈朋刚(1980—)，男，工程师，硕士，主要从事注水开发研究工作。邮箱：chenpenggang369@163.com.

TE934.1

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