聚合物驱无线压力监测工艺研究及试验

黄泽超，康晓东，王全，高建崇，杨彬，李先杰

聚合物驱无线压力监测工艺研究及试验

黄泽超1，康晓东2，王全2，高建崇2，杨彬2，李先杰2

（1. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2. 中海石油（中国）有限公司北京研究中心，北京 100020）

针对海上油田现有注聚工艺缺乏配套井底注入压力监测方法，无法实时监测井下动态，现场作业过程中无法及时优化调整单井配注的问题，开发了聚合物驱无线压力监测工艺。该工艺由地面控制装置和井下无线压力监测装置两部分组成，通过控制油管内压力形成规律性压力波动编码，实现地面和井下参数信息的双向传递。经试验验证，该工艺具有指令简洁、传输耗时短、监测精度高等特点，适用于海上油田注聚井实时监测井下动态，指导地面优化配注，并为后期无缆注聚工艺的研发提供设计思路。

聚合物驱；井底注入压力；实时；无线监测

随着三次采油技术的发展，井下注入聚合物增加水相的黏度、减小油/水流度比的注聚驱油方式，在海上油田得到了大规模的推广，可切实增大地层注入波及系数，提高了原油采收率[1-2]。同心多管分注和单管分层注聚工艺作为现有海上油田常用注入工艺，在一定程度上能够实现注聚井多层段分层注入，提高注聚配注效率[3-4]，但都无法直接监测井底实际注入压力。随着聚合物驱工艺现场应用的推广，逐渐暴露出其配套工艺的不足：

①海上注聚工艺缺乏精确、高效的井下注入压力监测技术，面对井底复杂工作环境，无法实时监测井下注聚动态；

②现场作业过程中，单井注聚量受井下注入压力限制不满足油藏设计配注量时，无法依照实时数据及时优化单井配注；

③油藏优化、设计单井配注量，仅依靠模拟压力值数值计算，无实际监测压力值参考。

因此，为实现注聚井井下注入动态的实时监测，增强注聚井优化单井配注的机动性，同时确保安全、高效注聚，须要研发一种适用于海上油田的井底注入压力监测工艺。

综合考虑海上油田注聚井作业窗口较少、作业任务繁重、井斜较大、分层段数较多等特点，对比分析钢丝作业测调、预置电缆测调及无缆测调的特性，开发了聚合物驱无线压力监测工艺，可不占用作业窗口、不受井斜影响，实时、精确地监测注聚井井底注入压力。

1 聚合物驱无线压力监测工艺研究

1.1 聚合物驱无线压力监测工艺原理

聚合物驱无线压力监测工艺能够在不受到井斜、分层段数及海上作业窗口等因素影响，保证注聚井正常注入的情况下，实现注聚井井底压力的实时监测。采用油管将井下压力监测工具下入井下，每一个注入层安装一套压力监测工具，井下压力监测工具内部设计有智能控制模块、压力传感器和全开、全关水嘴，能够实时监测所在层位管柱内、外注入压力，并存储在工具内部，地面控制装置连接井口注入管汇，能够控制井口注入压力和井下注入量。地面控制装置与井下压力监测工具可通过改变油管内流体压力实现参数信息和控制指令的双向传递[5-6]。工艺管柱如图1所示。

1.2 聚合物驱无线压力监测工艺组成

聚合物驱无缆压力监测工艺通过油管内压力波高低编码信号实现井下和地面信号的双向传递，无需钢丝/电缆作业，可直接通过井口或远程控制实现井底注入压力的在线监测，工艺组成主要包含地面控制装置和井下无缆压力监测装置。

地面控制装置：由地面防爆接线箱和井口智能控制模块组成，可进行远程控制，向井下发送作业指令，并接收、破解井下回传的压力信息。

井下无缆压力监测装置：接收地面发送的指令信息，执行相应指令动作，通过自身结构发送压力数据至地面。

图1 无线压力监测工艺管柱

1.3 聚合物驱无线压力监测工艺通讯原理

1.3.1 通讯编码组成

由连续、规律性的高、低压力信号组成，包含控制指令、层位数据、水嘴开度数据、和水嘴前后压力数据等，数据或指令由多个高低压波段组成，以特定顺序排布，数据或指令不同时以不同高低压的持续时间来表示[7-10]。

1.3.2 通讯编码破解方式

利用二进制编码拆分层位、开度、压力等信息数值，拆分后的01编码组成新的数字编码，在特定的分隔点分隔后转换成十进制数码，以压力在特定高、低压力段持续的时间长短表达。以嘴后压力值23.45 MPa为例，对应2进制分别是2（10）、3（11）、4（100）、5（101），二进制组合编码为1011100101，将二进制编码定点分隔101、110、0101，转化为十进制是5、6、5，所以回传嘴后压力波码组合为565。地面收到井下发送的编码指令后，根据编码组成反向破解，即可获取井下参数信息。

1.4 聚合物驱无线压力监测工艺工具设计

无线压力监测工具是聚合物驱无线压力监测工艺的关键工具，主要由压力传感器、智能芯片、控制电机、电源模块及开关水嘴等组成，也可按其功能模块划分为压力监测模块（监测井下压力参数）、智能控制模块（实现水嘴开关和制造压力波动）、电源模块（井下供电）和保黏模块。无线压力监测工具结构如图2所示。

图2 无线压力监测装置结构图

1.4.1 压力监测模块

由压力传感器、传压管及智能芯片等部件构成。压力传感器与智能芯片连接，安装在管内外压力监测口处，油管内压力可直接监测，有套环空注入压力通过传压管传递到压力传感器。

1.4.2 智能控制模块

由智能芯片、控制电机及水嘴短节等组成。智能芯片接收到压力监测模块传递的压力数据后，编译破解指令，可根据指令信息实现：①提取1 h前压力监测模块监测到的管内、外压力数据，并通过控制电机控制水嘴短节快速开关水嘴，传递压力信息至井口控制装置；②通过控制电机控制水嘴短节开关水嘴，达到指令要求开关状态。

1.4.3 电源模块

为无缆压力监测装置供电，安装在供电短节内部，通过供电接口与智能芯片和电机连接。智能芯片耗电包含：休眠状态耗电和监测、发送指令耗电。电机耗电包含：控制水嘴发送指令耗电和调节水嘴耗电。

1.4.4 保黏模块

位于开关水嘴内部，由两件螺旋结构组合形成，流体压降的同时，减小对聚合物的剪切，如图3所示。

图3 保黏模块液体流道结构示意图

1.5 聚合物驱无线压力监测工艺技术参数

适用于井型：≤4.75″密封筒；

工具外径：≤φ113 mm；

单层最大注入量：600 m3·d-1；

最高工作温度：150 ℃；

最高工作压力：70 MPa；

压力测试精度：0.1% FS。

2 试验研究

2.1 试验目的

1）验证无线压力波编码在聚合物溶液中传递的可靠性；

2）验证无线压力监测装置接收地面指令功能、发送指令功能的可靠性；

3）验证无线压力监测装置水嘴开关功能和压力监测功能。

2.2 试验过程

试验流程如图9所示。试验流体为质量浓度为1 000 mg·L-1的锦州3640聚合物，启动注入泵开启循环注入流程，管内压力1.5 MPa，管外压力0.8 MPa，稳定注入1 h。利用地面控制装置发送压力监测指令，等待无线压力监测工具接收指令，返回压力参数信息，记录试验时间和数据。

2.3 试验结果

无线压力监测试验发码曲线和返码曲线如图4所示。从图4可以看到共有4条曲线，其中蓝色曲线为总体流量曲线，绿色曲线为地面控制装置监测到的压力曲线，红色为泵出口压力曲线，黄色为温度曲线。图中高低压力段的排序、数量和持续时长传递不同的指令信息、压力参数信息和水嘴开度信息，通过特定破译后可获得相应参数数值。

试验数据：发码用时0.75 h，返码用时2 h，回传管内压力1.49 MPa，管外压力0.80 MPa，无线压力监测工具水嘴开关功能正常，发码过程中最小高低压差为0.4 MPa。

图4 无缆压力监测试验数据曲线

2.4 试验分析

1）无线压力监测试验中无线压力监测工具成功返码，压力波发码最小高低压差0.4 MPa，证明无线压力监测工具压力波编码在聚合物中，编码高低压差大于0.4 MPa时可行。

2）无线压力监测试验中无线压力监测装置成功返码，验证了无线压力工具的接收编码、破解编码及回传编码功能可靠。

3）无线压力监测试验中回传管内压力1.49 MPa，管外压力0.80 MPa，实际管内压力1.5 MPa，管外压力0.8 MPa，证明了无线压力装置水嘴开关功能和压力监测功能的可靠性。

3 结论与认识

聚合物驱无缆压力监测工艺的研究实现了聚合物介质下无缆压力信号的双向传输和注聚工艺中工艺管柱内、外注入压力的精确监测，具有监测用时短，效率高，不受井斜、层段影响，不影响注聚井正常注入的特点。该工艺利用无缆信号传输的方式可解决海上油田注聚井管外注入压力监测的难题，同时为后期无缆注聚工艺的研发提供设计和研究思路。

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Research and Test on Wireless Pressure Monitoring Technology of Polymer Flooding

1,KANG Xiao-dong,2,2,2,2

（1. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Company, Tianjin 300452, China;2. CNOOC (China)Beijing Research Center, Beijing 100020, China）

Aiming at the lack of supporting bottomhole injection pressure monitoring technology in offshore oilfields, in order to monitor downhole dynamics in real time to timely optimize and adjust single well allocation during field operations, a cableless pressure monitoring process for polymer flooding was developed. It consists of a ground device and a downhole cableless pressure monitoring device. By controlling the pressure in the tubing to form a regular pressure wave code, two-way transmission between ground and downhole parameter information can be achieved. The test verified that the process has the characteristics of simple instructions, short transmission time, and high monitoring accuracy. It is suitable for real-time monitoring of downhole dynamics in polymer injection wells in offshore oilfields, guiding the optimization of ground injection, and providing design idea for the subsequent research and development of cableless polymer injection ways.

Polymer flooding; Bottom hole injection pressure; Real-time; Wireless monitoring

中海石油(中国)有限公司综合科研课题，渤海油田化学驱提高采收率技术 (项目编号：2018-YXKJ-006)。

2020-04-10

黄泽超（1989-），男，工程师，硕士，山东省济宁市人，2015年毕业于华东石油大学的石油与天然气工程专业，研究方向：海上油气田分层注采工艺。

TE357

A

1004-0935（2020）09-1063-04