海上油田小井眼注聚井分层测调技术研究及应用

2022-04-01黄泽超沙吉乐罗昌华郑春峰牛贵锋薛德栋刘铁明

仪器仪表用户 2022年4期

黄泽超，沙吉乐，罗昌华，郑春峰，牛贵锋，薛德栋，刘铁明，黄铖

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

0 引言

渤海油田注聚试验区的试验结果表明：油层物性非均质性会导致油田注聚层间矛盾越来越突出，聚合物溶液分段注入成为聚合物驱提高采收率的关键技术[1]。国家十三五重大专项研究期间，海油重点针对海上油田注聚井分层段受限、测调效率低、粘度损失高的问题，开发了注聚井单管分层注聚测调工艺，能够实现海上油田注聚井的分层测调注聚，解决了4.75in防砂通径注聚井大排量注入、高效测调、保粘难题，但对于小井眼注聚井多层段分层测调报道较少。随着海上油田钻完井工艺技术发展，小井眼注入井逐渐增多，直接利用注水工艺管柱聚合物粘度损失大，多管分注受油套管尺寸和套管带压限制，钢丝作业分层测调效率低，缆控智能注聚工艺成本高，且对于小井眼工具的开发暂时报道较少[2-10]，如何实现小井眼注聚井的多层段、大排量高效测调，降低粘损，增强配注效果，挖掘潜力油层，提高驱油效率，亟需开发小井眼高效测调注聚工艺及配套工具。

鉴于此，开发了海上油田小井眼注聚井分层测调技术，该技术通过小尺寸注聚工具实现注聚井多层段、大排量保粘注入，利用电缆携带测调仪器下入井下监测配注流量、压力参数，地面控制设备在线直读井下参数，控制测调仪器边测边调，精确调节各层注聚量，提高测调效率和地层配注精度，降低作业成本，为海上油田小井眼注聚提供了技术保障。

1 技术研究

1.1 技术方案

小井眼注聚井分层测调技术由地面设备和下井工具组成，地面设备包括地面控制器、电缆绞车、地滑轮、通讯电缆、天滑轮、防喷器及井口管汇；下井工具包括测调注聚分注管柱和井下测调仪器，井下分注管柱包括井口安全阀、洗井滑套、层间封隔工具和注聚工具等组成，如图1。

图1 小井眼注聚井分层测调技术方案Fig.1 Technical scheme of layered measurement and adjustment of polymer injection wells in small wells

电缆连接测调仪器与地面控制器，并将测调仪器下入井下与注聚工具对接，测调仪器监测地层注入参数、调节注聚工具水嘴大小。注聚工具、层间封隔工具及其他井下工具通过油管下入井下，层间封隔工具分隔各注入层段，注聚工具对各层段进行分层注聚。

1.2 技术原理

小井眼注聚井分层测调技术适用于最小防砂段为3.25″及以上的防砂完井和套管完井管柱，根据分层注聚层段数量需求，管柱携带多级注聚工具和配套层间封隔工具下入，达到多层段分层注聚的目的。

电缆连接地面控制器和测调仪器，并将测调仪器下入井下与注聚工具对接，根据油藏对各层的配注需求，逐层测调注聚量。测调时，地面控制器通过电缆向井下测调仪器发送流量监测和水嘴调节指令，测调仪器调节水嘴开度的同时监测注入流量数据，测调一体，直至测调注入量满足油藏配注要求。

层间验封时，可采用机械验封和电动验封，分别采用钢丝和电缆作业下入，井下验封仪器通过密封盘根封堵注聚工具水嘴上下，调节井口油嘴开度改变油管内注入压力，通过监测油管内压力与地层内压力数据的变化情况，对比分析，确定分注管柱层间封隔效果。

1.3 技术特点

1）适用于最小防砂段为3.25″及以上的防砂完井和套管完井管柱的分层注聚测调，适用井斜≤60°，工艺管柱结构简洁，作业难度低。

2）在线直读，精确监测井下注入流量、注入压力数据，边测试边调节，配注精度高。

3）一趟电缆作业逐层调节各地层注聚量，测调效率高、成本低。

2 配套工具设计

2.1 注聚测调工具

2.1.1 结构及主要技术参数

注聚测调工具是小井眼注聚井分层测调技术中关键的配套工具，主要由上接头、四笔尖、短外套管、调节轴套、弹簧、上配注芯座、长外套管、中间套管、阀内套、阀外套、内套管、下配注芯座及下接头组成，形成定位防转机构、水嘴调节机构、大排量注入中心通径，以及用于压力平衡的桥式通道和螺旋梭形波可调节保粘注聚通道，如图2。

图2 注聚测调工具结构示意图Fig.2 Schematic diagram of the structure of injection and adjustment tools

注聚测调工具的主要技术参数为耐温等级：150℃；最高工作压力：25MPa（压差）；最大外径：φ80mm；最小内径：φ46mm；保粘率≥85%；流量调配范围：0m3/d～500m3/d。

2.1.2 工作原理

聚合物经大排量中心通道进入注聚工具，一部分经保粘注入通道后注入当前地层，另一部分沿着中心通道和桥式通道流向下一地层。仪器测调时，桥式通道确保其他地层正常配注。

测调仪器下入井下后，经四笔尖导向，与定位防转机构配合，定位在工具内部，测调仪器调节臂与水嘴调节结构的调节槽配合，测调仪器转动带动调节槽旋转，拉动中心内套管上、下移动，改变保粘过流通道的大小。保粘过流通道增大时，压降减小，配注量增大；保粘过流通道减小时，压降增大，配注量减小。如图3。

图3 测调仪器与注聚工具配合示意图Fig.3 Schematic diagram of the coordination between the measuring and adjusting instrument and the polymer injection tool

2.2 井下测调仪

2.2.1 结构组成见图4

图4 测调仪器结构示意图Fig.4 Schematic diagram of the structure of the measuring and adjusting instrument

小井眼注聚井下测调仪时，通过单芯电缆连接过载保护电缆头，经电缆头连接电磁流量计，再连接压力、温度传感器。经压力、温度传感器座连接线路、测量、控制模块，再连接变速伺服电机。电机通过多级减速提高扭矩，输出轴通过高压防水密封后与导向支撑臂连接，之间安置了收拢、放开、对接、调节角度位置传感器。同时，在导向支撑臂的下部安装有调节臂和加重杆连接球头。

2.2.2 技术参数

主要技术参数包括仪器外径：φ42mm；仪器长度：1830mm；流量测试范围：0m3/d～1000m3/d；流量测试精度≤3%；压力测试范围：0MPa～60MPa；压力测试精度：0.2%FS；输出扭矩：40N·m；耐温等级：150℃；工作电源：130VDC～140VDC；供电与通讯：单缆变频载波。

2.3 地面控制器

2.3.1 结构及技术参数

外部设置防爆等级为ExdII BT6、防护等级为IP55～56的防护箱，内部设置ST104工控机、LCD显示器、控制模块、编码模块和程控电压、电流显示模块。适用温度：-30℃～80℃，输入电源：220V±0.5%、50HZ±1，输出电源：0VDC～175VDC、0mA～500mA，供电与通信：单缆变频载波。通过USB通讯连接测控软件，通讯电缆连接井下测调仪器，实现对井下参数的监测和对测调仪器的控制。

2.3.2 工作原理

通过RS485接头与PC上位机相连，通过通讯电缆与井下测调仪器相连，为井下测调仪器输出动力电压、电流，通过上位机设置地面控制器和井下测调仪器参数。地面控制器接收上位机的命令，向井下测调仪器发送流量、压力等数据监测和水嘴调节指令信号，调节配注量的同时，接收井下测调仪器返回的流量数据，并传递至上位机，实现边测边调注聚。

3 现场应用

3.1 室内试验

针对注聚工具开展室内保粘测试试验，利用测调仪器分别在6m3/d、10m3/d、15m3/d、19m3/d流量下，调节注聚水嘴至全开、4/5开度、3/5开度、2/5开度及1/5开度，收取注聚工具嘴前、嘴后聚合物，对比测试聚合物粘度，分析注聚工具保粘率。试验结果如图5。

图5 注聚工具在不同流量、开度下的保粘率Fig.5 The viscosity retention rate of the injection tool under different flow rates and opening degrees

试验结果表明：测调仪器与地面控制器通讯正常，测调功能可靠性高，注聚工具在不同流量、不同水嘴开度情况下，水嘴前后保粘率在86%以上，具有较好的保粘效果，满足现场应用需求。

3.2 现场试验

小井眼注聚井分层测调技术在渤海油田XX36-1油田现场应用5井次，分注管柱顺利实现多层段分层注聚，分层验封合格，分层调配作业顺利，井下仪器与测调控制器通讯正常，测调性能可靠。应用统计见表1。

表1 小井眼注聚井分层测调技术现场应用统计Table 1 Statistics of field application of layered measurement and adjustment technology for polymer injection wells in small wells

现场应用结果表明：小井眼注聚井分层测调技术能够满足海上油田注聚井多层段分层测调注聚需求，整体工艺管柱简洁，注聚工具与测调仪器匹配性良好，测调仪器与地面控制器通讯良好，测调性能可靠，边调节边测试，调节精度高，一趟电缆作业完成所有层位调配，测调效率高，单井测调作业用时不超过12h。