新型电缆控制分层测试技术改进

陈金宏,魏鹏,郭凯强,王静,解辉,党益伟

(中国石油集团测井有限公司华北分公司,河北任丘062552)

0 引 言

油层压力监测和控制在油田开发的整个过程中占有重要的地位,它是反映油藏驱动能量大小及分布的重要指标,在油藏管理过程中发挥着重要的作用[1]。对于多层合采采油井,目前现场绝大多数情况下,主要通过压力恢复或压力降落曲线获得全井段的平均压力及其他地质参数。然而,其解释只能是全井各油层的平均参数,对于单一层段的油井,可以满足地质工程师的分析要求,对于多层合采的油井意义不大,难以直接指导油田开发[2-3]。

新型电缆控制分层测试技术能够测量各目的层段的地层压力和温度,求取各层段渗流参数,计算合采时各层产液量,并能为油井提供合适的生产压差。该项技术设计了压力平衡开关和防砂卡管柱,提出了利用压力计算流量的方法,并且具有压力数据直读的优势[4]。在现场施工方面,该项技术配合管式采油泵需要2次下入管柱,分别是丢手管柱和生产管柱。通过电缆对井下开关发送指令,可以随时打开或关闭任何一个开关,所有井下压力计的数据可以在地面仪器上观察和记录。每支井下开关和井下压力计都设置了独立的地址,一次下井最多可以完成16段的测试。该项技术自2016年至今经过多次上井试验,通过提高仪器稳定性、改变施工方式、优化井下工具等措施解决了施工作业成功率低、周期较长、测量数据不精确等问题,大大提高了测井成功率。

1 井下压力计的改进

井下压力计主要用于测量井下温度、压力数据,由于仪器需要长时间在井下恶劣条件下工作,所以对仪器的稳定性提出了更高的要求。在仪器试验初期,出现了耐温性能不过关、与井下开关信号互相干扰、不能配接多支仪器等系列问题,因此,对井下压力计电路部分进行了改进。

在试验中发现,井下压力计单独供电使用时信号正常,当与井下开关并联使用时,井下开关不能正常工作。检查发现,井下开关在负电状态下工作,井下压力计在正电状态下工作,二者并联在一起。地面给井下开关供负电,并发送1束命令信号,井下压力计的驱动电路影响命令信号幅度,导致命令信号幅度非常低,井下开关无法正常工作。通过合理改进井下压力计测量电路、井下开关电路、控制继电器的连接关系(见图1),当地面箱体供负电时,继电器处于断开状态,井下压力计的驱动电路对命令信号脉冲幅度不会产生影响,井下开关可以正常工作。当地面箱体供正电时,继电器吸合,温度压力信号经过驱动器OPA547、井下压力计上传到电缆上,井下压力计正常工作。

图1 改进后的井下压力计电路示意图

2 井下开关的改进

2.1 井下开关防进水改进

井下开关在任91井试验过程中,出现了3支仪器进水的问题。经检查发现是由于仪器在井下工作时间较长,在开关经过多次动作后,动密封圈损坏,导致仪器进水。研究发现造成动密封圈损坏的主要原因是由于动密封圈与密封圈凹槽之间存在缝隙,动密封圈在凹槽中晃动,传动杆上下动作时,动密封圈被切坏,井下开关进水。因此,对井下开关进行了改进:①更换90 ℃密封圈;②在动密封圈与凹槽之间加装聚四氟乙烯垫片,减少动密封圈移动空间。通过改进,在一定程度上解决了开关仪器进水的问题,井下开关改进后的结构如图2所示。

图2 改进后的井下开关结构示意图

2.2 充油型开关仪器设计

为彻底解决井下开关进水的问题,重新设计了充油型井下开关的机械结构(见图3)。将电路板与动密封结构分成2个空间,用连接轴将2个空间连接,动密封空间可充油,即使仪器进水也不会影响井下开关的正常工作,从而彻底解决井下开关由于进水导致电流变大的问题。后期经任91井和正式井试验,均没有发生仪器进水的问题。

图3 充油型井下开关结构示意图

3 涡轮流量计的改进

新型电缆控制智能分层测试技术对于注水井需要采用涡轮流量计仪器,经过一段时间使用后,涡轮流量计可能存在误差较大、流量测量不准的问题,因此,需要对涡轮流量计仪器进行重新标定。图4为一种计时称重流量标定装置示意图,水泵将容器1中的水通过管线泵入到标定装置底座中,水经过涡轮及阀门流到容器2中。调节阀门可以调节流入标定装置底座中的流量。对容器2中的水进行称重可以准确地获得其体积,结合记录时间可以准确的算出流量,此标定方法叫做计时称重标定法。由于时间和体积的精度可以达到很高,因此,这种标定方法的误差很小。

图4 计时称重流量标定装置结构示意图

4 井下密封接头的改进

新型电缆控制分层测试技术采用单芯电缆供电,必须保证仪器密封接头、四通接头等井下工具绝缘性能稳定、良好。在现已施工的井中,大多数问题都表现为在井下长时间工作后,绝缘性能变差。因此,必须对接线方式进行改进。

4.1 电缆与仪器密封接头的改进

在新型电缆控制分层测试技术试验初期,电缆与仪器密封接头的外管采用金属材料,并且管内与管外互相连通,仅靠密封塞保证仪器插头与外界绝缘,导致仪器在井下长期放置后电缆与仪器密封接头绝缘性能变差。为了彻底解决电缆与仪器密封接头绝缘性能差的问题,设计了充油的、压力平衡的接线结构,图5为电缆与仪器的密封接头结构示意图。该密封接头主要采用密封塞、胶管构成,密封塞上焊接导线,胶管中充入液压油形成独立密闭的空间,通过胶管在井下的压缩、膨胀保证内部空间压力平衡。

图5 电缆与仪器密封接头结构示意图

4.2 四通接头的改进

新型电缆控制分层测试技术每一段都有给井下压力计和井下开关供电的2根引线,除此之外,还需为向上一级和向下一级供电的2根引线。为了将这4根引线连接在一起,并形成一个独立的空间与外界绝缘,设计了一个四通绝缘接头(见图6)。现场应用发现,最初设计的四通接头在井下长时间放置后,绝缘性能变差,无法长时间在井下工作。经过对四通接头的改进,设计加工了一种充油的压力平衡接线结构(见图7)。这种结构采用聚四氟乙烯护帽、氟胶管作为主要材料,4根线的接头放置在氟胶管内,氟胶管内充入硅油,通过氟胶管的膨胀或压缩,使内部空间在下井后始终保持压力平衡,即使氟胶管内部进入少量的水也不会破坏四通接头整体的绝缘性。经过任91井试验以及其他现场应用,彻底解决了四通接头下井后绝缘稳定性差的问题。

图6 四通接头结构示意图

图7 充油型四通接头结构示意图

5 现场施工方式的改进

在现场施工时,该项技术配合管式采油泵需要2次下入管柱,分别是丢手管柱和生产管柱,施工方式比较繁琐,周期较长。经过对施工方式的改变,现已采用杆式泵。一趟管柱把井下开关、封隔器[5-8]、杆式泵支撑座下入井内,如图8所示,每个井下开关配合使用1支井下压力计。为了实现井下开关的控制和压力数据的传输,电缆从最下面一个井下开关连接到井口,旁通接头以下电缆在油管内部穿过,旁通接头以上电缆在油管外面。利用一次管柱下井的施工方式,可以大大提高施工效率,减少施工风险。

图8 下井管柱结构示意图

6 结 论

新型电缆控制分层测试技术经过了不断的改进,提高了仪器工作稳定性,优化了井下施工工具及施工方式。研制出计时称重流量标定装置等,彻底解决了仪器性能不稳定、井下施工工具不可靠、涡轮流量计测量数据不准确、施工方式复杂等问题。经过多次上井应用,施工效率和作业成功率都有显著的提高,该项技术可以规模应用于多层合采油井的测试作业。