电泵井Y管在线调控分采工艺设计及试验

2020-04-22刘义刚邹明华孟祥海赵仲浩晁圣棋

科学技术与工程 2020年2期

刘义刚, 邹明华, 孟祥海, 赵仲浩, 邹剑, 晁圣棋

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459； 2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

渤海油田储层含油层段多、层间差异大[1-3]，主力油田采用分注分采开发方式[4]，构筑了渤海油田开发的基础，但随着开发的深入也暴露出了一些亟待解决的问题[5]。目前生产井多层系开发主要采用机械开关滑套进行分层控制，通过钢丝/电缆作业进行开关层操作和层位测试，作业窗口协调难度大，作业时间长，无法及时为油藏人员提供储层动态数据，油井动态实时调整难度大[6-14]。为解决目前渤海油田油井电泵分层控制问题，实现精细分采、动态测试与实时调控，有效提高储层动用程度，解决剖面均衡及高含水层的监测和控水，开发电泵井Y管在线调控分采工艺技术，以期无需动管柱或钢丝/电缆作业即可在线实时调控层位开度，监测压力、流量等层位数据。

1 工艺研究

1.1 管柱结构

电泵井Y管在线调控分采工艺管柱结构如图1所示。

图1 Y管在线调控分采工艺管柱结构示意图

电泵井Y管在线调控分采工艺管柱包括上部生产管柱和下部分层管柱，其中上部生产管柱为常规潜油电泵Y型管柱，下部分层管柱从上至下依次连接过缆定位密封、多级电控配产器、多级插入密封装置和导向丝堵。上部生产管柱和下部分层管柱利用旁通管连接为一体式管柱。

1.2 工艺原理

每一层位分别安装一套电控配产器，根据层位数及实际生产需求决定所需下入电控配产器的数量，电控配产器间利用单芯电缆实现供电与通信，此单芯电缆固定于管柱外侧，与各电控配产器相连并延伸至井口，并最后连接至地面控制器，实现供电、通信和数据传输。电控配产器具有开关阀无级调控和数据(压力、流量等)实时监测两大功能。数据可由单芯电缆反馈至地面控制器，经数据处理后，在上位机软件中可直接显示。当需要控制或测试某层时，通过上位机软件给地面控制器发出指令，再由电缆传输到电控配产器后执行，实现电控配产器的开度调节或者监测井下数据。需要分层酸化时，只需打开目的层段对应的电控配产器油嘴、关闭其他层位电控配产器油嘴即可。

1.3 技术特点

(1)整体管柱结构简单，操作容易，只需下入一趟管柱即可实现分层生产、找水调层、测试和定点注酸功能。

(2)不动管柱情况下地面实时调层生产和参数监测，操作成本低，易于实现。

(3)不受井斜限制。

(4)理论上不受层数限制。

1.4 主要技术参数

(1)设计工作压力：40 MPa。

(2)设计工作温度：-40～120 ℃。

(3)适用套管尺寸：φ244.5 mm。

(4)设计单层最大过流量：500 m3/d。

(5)适用最大井深：4 000 m。

2 工艺试验

2.1 试验内容

(1)模拟电泵井Y管在线调控分采现场实施，评价工艺的现场适应性、可操作性。

(2)验证工艺系统信号传输和供电稳定性，工艺的监测和调节功能。

2.2 试验方案

工艺模拟试验在中海油能源发展工程技术公司试验模拟井开展。在试验井φ339.725 mm的套管中实施。试验设备包含地面部分和井下部分，其中地面部分有流体循环流程及设备、潜油电泵供电和变频控制设备及地面控制器等，井下部分有潜油电泵生产管柱及动力电缆、悬挂封隔器、电控配产器、丝堵等。工艺性能试验管柱结构如图2所示，φ339.7 mm套管与φ244.5 mm套管间形成环空通道，即注入通道，φ244.5 mm套管与生产管柱形成环形空间，即生产通道。

图2 工艺性能试验管柱结构示意图

试验时，泥浆泵启动后流体经φ339.7 mm套管旁通进入注入通道，由电控配产器的进液口流入生产管柱，最终通过带孔管进入φ244.5 mm套管内，潜油电泵运转后，注入流体大部分经φ88.9 mm的油管举升至地面，经由采油树四通汇入泥浆罐，多余流体通过溢流通道经由油管四通汇入泥浆罐。

电控配产器与地面控制器通过φ6.35 mm单芯电缆实现数据通信，PC上位机通过地面控制器及电缆可以读取井下电控配产器的内外压力、流量，并可根据生产情况控制电控配产器的进液口的开度大小。地面变频控制柜可对井下潜油电泵进行变频，控制其流量。

地面控制器向井下电控配产器发送通信及调控指令，电控配产器依据指令，将监测到的压力、流量、开度等数据反馈给地面控制器，PC上位机软件完成监测数据的显示和存储，监控和显示电控配产器的开度情况，评价工艺的调控性能，记录不同开度下的流量值。

2.3 试验过程与结果

2.3.1 试验过程

按照试验方案下入19根φ244.5 mm的套管，第19根套管顶深190.22 m，底深202.50 m。然后下入试验管柱，下管柱的同时连同数据电缆一同下入，数据电缆固定在管柱外，悬挂封隔器坐封于196.13 m，电控配产器1#的位置为203.46 m，电控配产器1#和电控配产器2#通过1根油管连接。首先关闭电控配产器1#和电控配产器2#，从油管打压约15 MPa，稳压，封隔器坐封。从φ339.7 mm套管与φ244.5 mm套管的环空加压22 MPa，稳压10 min，φ244.5 mm套管无返出，保持压力。

图3 实时调节图(上位机)

连接电缆与地面控制器，从地面的PC上位机发送测试指令，电控配产器1#将所监测的数据反馈给地面的PC上位机。然后发送调节指令，指令电控配产器1#的开度分别为100%，记录从全关到全开的时间。然后发送调节指令，指令电控配产器1#的开度分别为0，记录从全开到全关的时间。然后地面泥浆泵从注入通道开始注水，保持泥浆泵排量，然后从地面控制器发送调节指令，使电控配产器1#的开度分别处于20%、40%、60%、80%、100%，记录不同开度下的过流量。重复上述试验后(重复试验使电控配产器2#工作)，提出管柱，对数据电缆、电控配产器1#和电控配产器2#等进行观察，然后将起出的电控配产器1#和电控配产器2#通过数据线缆与地面控制器连接，再次进行测试指令以及调节指令，以观察起出井筒后是否正常。

2.3.2 试验结果

从管柱下井和起出来看，过程顺利，数据电缆无损坏，电控配产器1#和电控配产器2#基本无损坏，起出后仍能正常测试和调节，该工艺具有现场操作性。如图2所示，地面控制器与电控配产器1#和电控配产器2#通过4 000 m的数据电缆连接，工艺系统供电稳定，通信正常，地面即可对井下的电控配产器1#和电控配产器2#发送测试或者调节指令。发送测试指令时，所监测的流量、压力等数据立即反馈给地面，发送调节指令，从全开到全关或者全关到全开，其时长基本稳定在18 min。开度可以在0～100%的范围内任意调节。在憋压22 MPa的情况下，电控配产器仍能正常开启并工作。实时调节情况如图3所示。

表1为电控配产器位于不同开度时所通过电控配产器的测试流量。从表1可以看出，电控配产器测试流量随开度的增大而增大。