高压分注井测调技术研究与应用

乔志学 牛锡林（大港油田公司第三采油厂）

1 概述

在油田分层注水过程中，由于地层渗透率差异大，造成分层注水层间矛盾突出，层间注水压差大，层间干扰严重，并且注水压力必须满足高压层的吸水性需求，因此高压增注井日趋增加，这就给高压井测试造成了一项技术难题。测调联动一体化技术大幅度降低了分注井测调的工作量及劳动强度，提高了测调效率及准确度，但是目前仅适用于井口注水压力在20 MPa以下时的测调，当井口注水压力较大时，无法直接进行测调，需要进行停注泄压，待井口压力降低到20 MPa左右再进行测调[1-3]。停注泄压后再进行测调存在的问题有以下几点：

1）停注后，井筒内压力状态与正常注入时不同，影响测调结果准确度。

2）造成地层返吐，测调仪器下入更加困难泄压。

3）造成地层能量浪费。

4）延长了测调实施的周期。

5）泄压放溢流造成环境污染[4-5]。

2 分注井测调技术理论分析

普通测试通过测调仪加重、井口顺钢丝，克服防喷管内测调仪上下压差，实现测试。测调联作测调仪采用电缆起下，采用井口顺钢丝的办法容易造成电缆打纽，后果是测调仪掉井，电缆报废[6-8]。为此需要研究防喷管内输送工具。测调仪在防喷管内启动下行主要克服的阻力有：静压差阻力、盘根对电缆的摩擦力[9-10]。

2.1 防喷管内测调仪受力

当测调仪在防喷管内处于静止状态时，根据防喷管的内部结构图，测调仪在防喷管内静止时受力分析见图1。

图1 测调仪在防喷管内静止时受力分析

根据流体力学静力学基本原理，对测调仪在防喷管内静止时各面受力“压力体”分析，各面当测调仪在防喷管内启动所需要克服的静压差阻力包括两部分：一是测调仪本身的浮力；二是井口压力作用在电缆断面上得压力，测调仪静压阻力与井口压力数据如表1所示。

表1 测调仪静压阻力与井口压力之间的关系

式中：fΔp为测调仪上下两端的静压差引起的阻力，N；ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Ly为测调仪直径，m；Dy为测调仪直径，mm；Ddl为电缆直径，mm；P0为井口压力，MPa。

根据表绘制了井口压力与测调仪静压差阻力之间的关系曲线，并拟合出其关系式见图2。

图2 测调仪静压阻力与井口压力之间的关系曲线

由图2可知，测调仪静压阻力与井口压力之间关系的拟合公式为：

根据公式（2），测调仪的质量为22 kg，则当井口压力为19.12 MPa时，测调仪即在防喷管内处于悬浮状态。

2.2 盘根对电缆的摩擦阻力

测调仪受力分析由图3可知，G+fhdl=Fl+fΔp，则盘根对电缆的摩擦力为：fhdl=Fl+fΔp-G，盘根对电缆摩擦力数据如表2所示。

图3 测调仪受力分析

表2 盘根对电缆摩擦力数据

由盘根对电缆的摩擦阻力变化曲线图4可知，盘根对电缆的摩擦力随着井口压力的增加而增大，但当压力大于12 MPa时，测试压力对摩擦力的影响不大，盘根对电缆的摩擦力围绕在38 N左右。因此，可以确定在实际生产过程中井口压力对盘根与电缆之间的摩擦力的影响不大。

图4 盘根对电缆的摩擦阻力变化曲线

2.3 防喷管内测调仪启动条件

1）电缆直径优化。测调仪质量设为my，则仪器重量为：

盘根对电缆的摩擦力为fhdl，则结合测调仪在防喷管内的受力情况分析及公式（1）、（2），在不增加配重的条件下，仅改变电缆的直径以满足下行，可优化出电缆直径：

式中：ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Ly为测调仪直径，m；Dy为测调仪直径，mm；Ddl为电缆直径，mm；P0为井口压力，MPa；fhdl为盘根对电缆的摩擦力，N。

2）启动配重计算。结合测调仪在防喷管内的受力情况分析及公式（4），可计算出测调仪在防喷管内启动下行所需的配重：

根据计算结果，若mp＜0，则说明无需配重，若mp＞0，则说明需要增加配重。根据理论分析，只要测调仪满足启动条件，缓慢下行过程中，电缆增加的重力远大于电缆增加的浮力，所以将一直满足下行条件。

3 常规测调技术适用范围分析

根据上述理论分析，在满足实际工程需要的基础上，对理论公式进行简化，能够顺利进行测调的基本条件是测调仪器串自重必须大于仪器串所受的悬浮力与摩擦力之和，盘根与电缆磨阻系数为0.2，对常规测调技术的适用范围进行分析[6-7]。常规测调技术装备配套具体参数见表3。

从表3看出，常规测试使用人工举升，防喷管长2.5 m能够满足的仪器自重约为17.7~23.6 kg，（人工举升能够满足的仪器自重为15~20 kg）因此常规测试能够满足的极限压力范围为12~18 MPa。

表3 常规测调装备配套

4 高压分注井不泄压测调技术及配套

4.1 测井防喷管+铠装电缆+吊车

该技术主要考虑改进增加仪器自重的方式，测井防喷管长度为10 m，可增加的仪器自重极限为90 kg，可满足所有高压井的测试需求，但是需要吊车配合进行测试作业，动用设备多，成本较高。测井防喷管+铠装电缆+吊车主要配套见表4，不同注水压力下的仪器串配重见表5。

表4 测井防喷管+铠装电缆+吊车主要配套

表5 不同注水压力下的仪器串配重

4.2 液压可倾斜加长防喷管+铠装电缆

液压可倾斜加长防喷管+铠装电缆主要配套见表6。

表6 液压可倾斜加长防喷管+铠装电缆主要配套

高压井测试技术中主要考虑改进加长液压防喷管长度，增加仪器配重，防喷管长度增加到4 m，采用0.035 m电缆可增加的仪器自重极限为47 kg，可满足30~35 MPa高压井的测试需求。“液压可倾斜加长防喷管+铠装电缆”的能够满足30~35 MPa高压井的测调，并且与现有测调装备兼容，操作方便。

5 液压可倾斜防喷系统优化研究

目前油田陆、海采油需要高压注水，注入水水质差，给测井、试井工作带来一定的难度。在注水压力高的情况下，测井、试井测试时必须加长加重杆，同时防喷管也要加长，这样工人站在操作平台工作，防喷管抖动大，工作的危险性就大，防喷时需要工人爬到操作平台上用扳手冒喷紧堵头；由于工人站在操作平台上，用手向井内推送钢丝，因不能紧死盘根，井内的液体就向外喷出，增加了操作难度；用手推钢丝危险性大。因此，需要改进测井、试井井口工艺，油田测井、试井需要重量轻、耐高压、耐腐蚀、密封性能好、安装快速便捷的井口防喷装置。液压起升井口防喷装置（钛合金）就能解决以上问题。液压起升井口防喷装置优点：

1）比重小、重量轻：钛合金的密度为4.6 g/cm3，仅为钢的59%。

2）耐腐蚀性能好：对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力，延长了防喷装置的使用寿命。

3）高温性能好：在450～500℃的温度下长期工作，仍有很高的比强度。

4）密封性能好：采用耐磨、耐压的电缆密封材料、阻流和双级液压密封。

5）安全性高：钛合金抗拉强度与屈服强度高于合金钢，钛合金的抗拉强度等于1 050 MPa，屈服强度955 MPa，N80油管抗拉强度大于或等于689 MPa，屈服强度552～7 586 MPa，用于高压下测井、试井施工安全性能高于合金钢。

6 经济效益

高压分注井不泄压测调技术，现场成功应用21口井，注水压力最高达到33.8 MPa，测调压力创历史新高，开拓了桥式同心分注技术适用范围，同时钛钢防喷管液压举升装备具有体积小，重量轻，耐压高，操作简便可靠，不仅安全而且节能，减少设备更换2次，节约电能，具体计算过程如下：

对其中10口井进行电量计量见表7，10口日节电168 k Wh，全年单井测调4次，折合84井次，节电量1 441.2 k Wh。

表7 耗能效果分析

受该技术影响，21口井中其中5个井组受益油井增油效果明显，累计增油量1 622 t，现场试验增油效果统计见表8，按原油价格3 000元/t，同时避免高压无法测调及节约测调仪器磨损更换费用，截止目前累计节能创效1 350余万元。

表8 现场试验增油效果统计

7 结束语

高压分注井测调技术技术能够解决大港南部油田复杂断块油藏高压测调困难问题，提高分注水平，降低安全隐患，实现有效注水、精细注水，为老油田注水可持续开发提供了一种新的手段，同时年节电约1 441.2 k Wh，累计增油量1 622 t，节能增油效果明显，具有一定的推广意义。