井下自动分注测控技术及应用

2019-02-27杨玲智于九政王子建刘延青

钻采工艺 2019年1期

杨玲智，于九政，姚斌，王子建，刘延青

(1长庆油田公司油气工艺研究院 2低渗透油气田勘探开发国家工程实验室)

姬塬油田是长庆油田主力开发区块之一，位于鄂尔多斯盆地中部，陕北斜坡的中西部，是大型的三角洲前缘复合砂体岩性油藏[1-4]。长8主力油层埋深在2 500～3 000 m，是长庆油田开发最深油层，纵向发育4～6个砂体，储层非均质性强，隔夹层发育，层间吸水不均，水驱动用程度低，精细分注是最经济、最有效的提高油藏采收率的技术手段。由于姬塬油田采用“大井组、丛式井” 开发方式，定向井占总井数90%以上，井斜20°～50°，井深集中在2 200～3 000 m，受管柱蠕动及起钻载荷大影响，存在分注有效期短、作业风险大的问题。为此，研发了分注井井下自动测控技术，发明了井下智能配注器、井下远程控制器等关键分注工具，实现井下流量自动测试、自动调节，分层动态数据长期实时监测等功能，大幅提升分层注水合格率，提高了油藏精细水驱开发效果[5-10]。

一、分注井井下自动测控技术

1.管柱结构

分注井井下自动测控管柱结构如图1所示，主要由双密封封隔器、井下智能配注器、井下附件(预置工作筒、双作用凡尔、筛管及丝堵)组成。双密封封隔器洗井活塞弹簧强制复位，扶正球管柱居中设计，密封结构采用密封胶筒与保护胶筒双密封设计，达到管柱锚定作用，解决大斜度井、压力波动封隔器易解封问题。智能配注器集成设计小型化流量计、一体化数控水嘴、验封短节、压力测试机构实现井下分层流量自动测试调配、封隔器自动验封、分层压降测试和动态参数长期监测功能，保证分层注水合格率处于较高水平。

图1 分注井井下自动测控管柱结构

2.工艺原理

分注井井下自动测控技术采用双密封封隔器将各储层分隔开，同时固定分注管柱防止蠕动，采用井下智能配注器为各层注水，自动测试分层流量、分层压力数据，按照预设参数定周期自动调节分层流量，以满足分层地质配注要求，同时自动进行封隔器验封及分层压降测试，实现井下动态数据监测。录取井下动态数据时，井下远程控制器通过电缆与地面控制器连接后下入井内，借助定位机构与待测调的井下智能配注器对接，并建立无线通讯，将井下分层动态数据录取到地面控制器，并对智能配注器进行性能检测维护及参数设置。

3．技术特点

(1)集成化程度高。智能配注器集成了一体化数控水嘴，小型化流量计、验封短节、压力测试机构及控制模块，推动注水管柱由单一的注入功能向自动配水、测试、信息采集等一体化方向创新。

(2)自动化程度高。智能配注器实现自动测调和自动验封，摆脱了人工测调模式，免除人工作业，降低了井下作业风险，节约了测调费用，提升分注工艺水平。

(3)复杂井况适应性强。井下无线与电动机械定位结合，通讯成功率高，满足井下油管内高温、高压密闭狭窄空间和高矿化度(2 000～100 000 mg/L)水中稳定可靠通讯。

(4)分层注水合格率高。智能配注器定周期自动流量测试调节，长期监测分层流量、压力等动态参数，确保分层注水合格率处于较高水平。

二、关键工具

1.双密封封隔器

双密封封隔器坐封方式为液压坐封，上提管柱解封，主要由中心管、坐封机构、保护胶筒、密封胶筒、反洗井机构、解封机构等构成(见图 2)，工作压力不大于40 MPa，工作温度低于120℃ 。

图2 双密封封隔器

技术特点：采用双密封结构设计，增加了保护胶筒结构，密封胶筒坐封后，保护胶筒张开，在正常注水状态下，保护胶筒受到注水压力作用，向上推动密封胶筒持续压缩，确保密封胶筒坐封可靠；增加了洗井活塞强制复位弹簧及管柱居中扶正球设计，洗井后通道有效关闭，提升分层注水可靠性；改进了解封机构，实现多级分注从上到下逐级解封，解封力 40～60 kN，解决了后期起钻风险大的问题。

2.井下智能配注器

智能配注器是该井下自动测控技术的核心部分，主要由外筒、测量组件、进水口、出水口、仪器主体、数控水嘴组成(见图3)。

图3 智能配注器

智能配注器器将一体化数控水嘴、一体化数控水嘴、小型化流量计、验封短节、压力测试机构及控制模块集成化设计，完井作业时，水嘴处于完全关闭状态，满足封隔器坐封要求。注水时，智能配注器按照预设参数，自动测试调节分层注水量、自动封隔器验封、自动分层压力测试，长期监测井下分层动态数据，全过程免人工作业，提高分注过程自动化水平。录取数据时，井下远程控制器通过电缆与地面控制器连接后下入井内，借助定位机构与待测调的井下智能配注器对接，并建立无线通讯，将井下分层动态数据录取到地面控制器，并对智能配注器进行性能检测维护及参数设置。

3.井下远程控制器

井下远程控制器是井下自动测控技术的关键部分，主要由电缆接头、定位机构、控制机构、解码机构、通讯短节及堵头构成，见图4。

图4 井下远程控制器

录取数据及参数调整时，在磁定位装置及定位机构的作用下，井下远程控制器实现与智能配注器定位对接。通讯短节发送唤醒指令，与智能配注器建立无线通讯，并读取配注器参数及分层流量及压力等动态数据，同时按照地质方案要求，调整分层配注量、测试调节周期等参数，确保配注器按照设计要求进行自动控制操作，以满足地质配注要求，作业效率大幅提升。

三、现场应用及典型井例

长庆姬塬油田开展了16口井分注井井下自动测控技术现场试验，最大井深2 856 m，最大井斜41.6°，实现了井下分层压力、温度和流量等生产动态信息的实时监测以及井下和地面数据和指令的无线双向通讯等功能，通讯成功率100%，建立通讯所需时间少于1 min，平均单井无线传输数据量3.5×104组，分层注水合格率达90%以上。

以姬塬油田H33-2井为例，该井2009年投注2个注水层段，由于储层物性差，非均质性强，层间吸水能力差异大，采用分层注水。2014年，对应油井液量下降，开展分层流量加密测试发现，该井分层流量变化较快，1个月后两层均达不到配注要求，上层相对吸水量20%，下层相对吸水量为80%，为此对该井开展井下自动测控技术试验。该井上层配注20 m3/d，下层配注10 m3/d，该井试验时间2015年9月1日，两层配水器累计录取数据5.24×104组，图5为2015年9月至2016年3月的动态数据录取情况。受压力波动等因素影响，H33-2井实测流量范围2～37 m3/d，当到自动测调时间，若流量不满足配注要求，配水器自动调节至10%误差范围内，吸水剖面趋于平稳，上层相对吸水量62%，下层相对吸水量38%，分层注水合格率保持在93%以上。