水平井智能分注工艺管柱研制与应用

薛 玲

（吉林油田公司油气工程研究院 吉林松原 138000）

吉林油田水平井的数量逐年增多，采油生产水平段经济钻井长度在500-700米，规模压裂段数目前已经达到15段以上，注水补充能量是其稳产的基础。受油藏的低渗透非均质性影响，地质上需要分注的井数和段数越来越多。而前期研究的水平井地面分注工艺技术仅能满足水平井二段分注的需求，无法满足水平井三段以上分注。因水平井注水管柱受重力效应和水平拐点的影响，导致水平井注水存在着“分不开注水层位、起不出注水管柱、注不清每一层段的注水量、测不准每一层段的注水量”等问题，为此，开展了水平井智能分注工艺管柱研制。该工艺具有了“分得开、起得出、注得清、测得准、调得快”的特点，同时，解决了上提管柱解封载荷过大的问题；且能够实现四段以上分注，通过地面控制精确调节井下各段注入量，极大的提高了测调试效率与成功率。并能更全面真实的反映全井吸水剖面，有利于提高水平井最终采收率。真正地实现水平注水井多段有效分段配注。

图1 水平井智能分注工艺管柱示意图1-智能测

1 水平井智能分注工艺管柱结构及工艺原理

1.1 管柱结构

该分注工艺管柱主要由液压扶正器、Y341逐级解封封隔器、智能配水器、动力传输电缆、地面测控仪及操作控制系统等组成，如图1所示。

1.2 工艺原理

按施工设计要求将管柱下入井内，通过井下与地面软硬件的配合实现，无需动用测调管柱的水平井智能分注管柱：地面测控仪安装操作控制软件，借助传输电缆，经井下电缆传输接头穿过扶正器、封隔器连接井下智能配水器，实时采集井下注水压力、温度、注水量等参数，经传输和控制系统，在地面进行数据收集和分析整理，根据油藏地质分注要求，实时反馈至井下智能配水器，实时监测控制注水量，实现水平井精细控制分段配注；分注管柱通过逐级解封封隔器与液压扶正器，保证密封与解封稳定可靠。

2 水平井智能分注工艺管柱主要配套工具

水平井智能分注工艺管柱主要包括Y341逐级解封封隔器、液压扶正器、智能配水器。

2.1 智能配水器

通过智能配水器实现井下测调一体化。智能配水器集成压力、温度、流量监测传感器与可调水嘴，借助传输电缆连接井下智能配水器与地面测控仪，实现井下各分注段相关数据的录取、解析与水量控制。

2.1.1 工具结构

主要由上电缆头、上接头、控制电路版、流量计、水嘴电机总成、验封短节、下接头、下电缆头组成，如图2所示。

图2 智能配水器结构示意图

2.1.2 工作原理

智能配水器各部分相对独立，由信号和控制线连接进行供电和通信。下层注水从过流通道流过；本层注水经流量计、可调水嘴之后注入地层。验封压力计可以实时监测管内注水压力和管外地层压力，具有验封功能。过流通道和各个功能短节都完全密封，因此工作筒内部不受注水压力作用，可用来作各短节连接和控制走线。

2.1.3 主要技术参数

（1）最大外径：Φ114mm；

（2）内部过流通径：Φ40mm；

（3）单层流量调节范围50m3/d；

（4）本体耐压60MPa；

（5）耐温150℃。

2.1.4 工具特点

（1）上接头与过流通道和流量计相连，流量计与可调水嘴相连，过流通道为本层和其它注水层提供通道。

（2）电缆通过上电缆头进入配水器内部，为本层配水器供电，通过下电缆头引出配水器。

（3）流量计将测量数据传送给控制电路，控制芯片通过电缆将采集到的压力、温度、流量计数值传送给地面控制器。

（4）控制芯片接收地面调控命令，控制电机转动改变水嘴开度，完成流量调节。

（5）在每个注水层位上均装有一个智能配水器，层间用封隔器隔开。

（6）实时监测每层注水量的大小，由微处理器根据设置调节阀门开度，将注水量控制在需要的水平上。

（7）能够与地面双向通讯，随时监测地面指令，重新配置每层注水量的大小。

2.2 Y341逐级解封封隔器

水平井多级分注的实现，需要一种解封载荷小、坐封解封稳定且具有过电缆功能的封隔器。基于此，进行了Y341液压逐级解封封隔器的设计，可实现多级稳定坐封、安全解封，过电缆接头密封可靠。

2.2.1 工具结构

主要由上过电缆接头、密封部分、坐封机构、解封机构、下过电缆接头组成，如图3所示。

图3 Y341逐级解封封隔器结构图

2.2.2 工作原理

坐封：将封隔器下入预定位置，先将套管灌满水，从中心管内缓慢打压，压力达到12MPa时停泵憋压5分钟，继续缓慢加压至18MPa停泵，完成坐封。

解封：上提管柱（大于管柱自重30kN左右），上接头、中心管及下接头上行，拉动解封机构动作解卡，与此同时，释放机构动作也完成，胶筒得到释放恢复到自由状态，封隔器解封。

2.2.3 主要技术参数

（1）外形尺寸：Φ110×Φ50×1214mm；

（2）坐封压力：18MPa；

（3）最高压力：20MPa；

（4）适应井温：≤120℃；

（5）解封载荷：20kN～30kN；

（6）工作压差：15MPa；

（7）适应套管：5 1/2in；

（8）连接方式：2 7/8TBG。

2.2.4 工具特点

（1）具有过电缆功能且密封可靠；

（2）具有逐级解封功能，适合多级封隔应用；

（3）采用了锯齿锁环和卡块锁紧机构，坐封可靠；

（4）采用了解封释放机构，解封时胶筒向下滑行，胶筒能充分释放，避免造成卡井现象。

2.3 液压扶正器

水平井水平段由于重力作用会造成封隔器胶筒不居中，基于此，设计一种液压可重复坐封的扶正装置是水平井有效安全分注的重要保障。

2.3.1 工具结构

主要由上过电缆接头、坐封液缸、扶正块、复位液缸、下过电缆接头组成，如图4所示。

图4 液压扶正器结构图

2.3.2 工作原理

扶正：液体通过上接头进水阀进入，扶正块伸出扶正体，起到扩张扶正作用。

解封：上提上接头后，内部压力通过上钢套上端水孔排出，扶正块失去扩张支撑，在弹簧弹力下复位。

重复扶正：液压通过中心管下端水孔进入复位液缸，使扶正体及坐封液缸复位后，继续加压即可使扶正块伸出工作。

2.3.3 主要技术参数

（1）长度：580mm；

（2）最大外径：φ100mm；

（3）接头扣型：2 7/8TBG；

（4）最小内径：φ40mm；

（5）坐封压力：10MPa；

（6）解封载荷：10kN；

（7）单只扶正块变形力极限：3kN；

（8）工作温度：≤120°C；

（9）工作井径：φ121mm-φ127mm。

2.3.4 工具特点

（1）具有过电缆功能且密封可靠。

（2）外径φ100mm，在下井过程中，扶正块含在扶正体内部，只有工作时才伸出扶正体。下井过程中不易刮坏。

（3）使用储能弹簧和液压控制扶正块，液压启动扶正时储存能量，并辅助锁紧扶正。解压后，扶正块在弹簧弹力作用下复位，防止卡井。

（4）含有锁定装置，泄压后依旧对管柱起到扶正作用，提拉解封。

（5）如因扶正块而发生卡井事故时，直接提拉，即可使铝合金扶正块变形，不易形成真正意义上的卡井。

（6）只要铝合金材质的扶正块不发生变形，就可在井下重复使用。

3 现场应用

截止2017年12月底，共施工9口井（短路1口井），均多段分注，目前可对井下设备的工作状态进行查询，获取了各层的咀前、咀后压力和流量等信息，可远程监测与控制，井下数据精确、实时监测基本稳定。

典型井例：木XX-XX井，三段分注，封隔器验封合格、水量测调成功，实现了注入嘴前、嘴后压力及注入量实时监测，达到了预期目标，测调结果如图5、图6所示。

图5 第二层段监测数据

图6 第一层段水嘴堵塞成功处理

初期现场测试得知，第二、三层段注入量正常（略偏大），第一层段无流量，其节流压差为7MPa左右，判断为第一层段水嘴遇堵，打开第一层段水嘴开度，杂物排除，油管压力迅速下降，嘴后压力缓慢恢复，又进行了验封测试，封隔器坐封合格，成功处理了水嘴堵塞问题。三段分注，智能测调、井下数据实时监测成功。

4 结论与认识

（1）对水平井智能分注工艺技术进行了国内外的技术调研，与相近技术进行对比，该技术具有领先性。对于水平井地层吸水状况的认识，以及吉林油田水平井开发区块的持续稳产都具有重要意义。

（2）通过预制电缆实现水平井多段分注，信号损失小、现场连接简便、成本低廉、耐温耐用，过工具各端部位密封可靠。在地面实时监测控制各段注水，测调免投捞、管柱自验封，满足水平井多段精细注水需求。

（3）从软件与硬件两方面对地面测控系统进行了设计研制，地面测控装置及操控软件可实现对井下注水信息的接收，手动或自动操作对智能配水器下达测调指令，保证了水平井多段分注整个工艺的协调运行。

［1］仲如冰.水平井3段集成分段注水技术研究［J］.石油机械,2013,41(7):67-70.

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［3］孙爱军,胡光等.水平井二段分注工艺技术研究与应用.吉林石油工业［J］,2008,3:48.

［4］孙文英.大斜度井多级封堵工艺管柱研究及应用［J］.石油地质与工程［J］,2009,23(4):111-113.