井下工具性能评价试验系统

吴 频，王春亮，马辰辰，邢攸为

（1.渤海石油装备（天津）中成机械制造有限公司，天津 300280；2.大港油田第四采油厂（滩海开发公司），天津 300280；3.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

国内各大油田稳产保产开发多年，油井开发地质条件越来越复杂，油田钻井技术得到快速发展，国内钻井采油工艺工具研究技术也快速赶上并超越世界先进水平；各国石油公司都将研究重点放在井下工具的研发、试验、性能检测、应用过程地面模拟、特殊钻井工况环境模拟[4]。本性能评价试验系统结合冀东油田钻采院对浅海油田开发井下工具试验检测中心建造项目，主要介绍试验检测系统及其配套设施配置，围绕多项典型井下工具及特殊工况环境进行。

1 井下工具试验性能评价范围

井下工具试验性能评价范围见表1。

表1 井下工具试验性能评价范围

2 试验设备技术指标及功能

2.1 试验设备技术指标

试验设备技术指标见表2。

表2 试验设备技术指标

2.2 防砂筛管性能测试

性能评价系统由混砂系统、泵砂系统、试验筒组和固液分离系统组成，其中，混砂系统用于配试验用携砂液，给搅拌池供液；泵砂系统满足砂浆浓度为0.2%（体积比）泵注要求，要求砂粒粒径在0～1 mm、工作压力≤20 MPa；试验筒组由筛管性能试验筒、砾石充填效果试验筒并联组成（图1、图2）；固液分离系统是整个试验流程的末端，收集试验过程中产出液，并可以循回至混砂系统中的配液池。图2中，内筒内径分别为124 mm和59 mm。

图1 筛管性能测试筒

图2 砾石充填效果测试筒

2.3 主控系统

（1）模拟试验井系统：远程控制，实现远程流量调节；手动或远程流程切换，远程泄压操作。控制室具备实现紧急情况下的关断控制。

（2）高压油站及水站：现场手动试验控制、远程试验步进控制、远程试验程序控制。实现远程工艺流程的切换、打压、保压等操作和控制。以及试验介质清理功能。两种控制方式容易方便的切换。远程控制无延迟。现场和控制室均具备紧急停止功能。

（3）系统功能：能够有效防止系统因加压介质的受热膨胀引起压力上升，在试验过程中，压力控制稳定，压力波动最大不超过2 MPa。当系统紧急停止或其他意外造成的试验中断时，能够自动卸压，故障处理完后可以在断点处恢复试验。

（4）拉压加载装置：现场手动试验控制、远程试验步进控制、远程试验程序控制。实现远程操作和控制，两种控制方式容易方便的切换。

（5）加热保温装置：采用远程控制和设定，对关键点温度监测。手动输入设定加热数据，PID自动控制循环加热。

（6）监控系统：控制室内部安装有大屏幕显示，能够选择任一台摄像机图像放大显示。控制室能够对摄像头进行遥控操作。

（7）高压油站及水站：根据试压过程中的不同需要，设定试验工艺组合过程，设定相关的试验参数。具备现场和控制室的远程参数设定，如保压时间、试验压力数值、循环次数等，实现全自动控制的耐压试验和温度试验等过程。

（8）防砂筛管性能测试：整个试验过程软件远程控制，实现远程流量调节，手动或远程配砂。

3 系统设备配置

3.1 油水浸试验井筒

（1）试验井筒是整个油水浸试验装置的加温加压测试中心，由内工作井筒和恒温罐组成：试验井筒6口，工作井筒深为3.5 m；工作井筒内径分别采用159.4 mm、124.3 mm和86.94 mm三种规格。

（2）超高压井筒工作压力可达100 MPa。

（3）油—水浸高压井筒当内壁损伤后可方便、快捷维护或更换内筒。

3.2 高压油、水站

（1）一体化安装，充分考虑方便维修、维护和检查。

（2）含加压泵和相关的附件，无需外部安装其他附件。

（3）操作现场具备紧急停机和泄压功能，设备具备安全加载能力，满足任何情况下不超过设定压力运行。

3.3 拉压加载装置

（1）具备数据采集、计算机控制和过程记录功能。

（2）可配合水浸和油浸试验井筒以及试验井进行拉、压、扭动作。

（3）整体设备结构为移动式车架结构，有电动机构牵动行走。供电电缆为移动电缆，液压设备要求安装成一体结构。

3.4 加热保温装置

（1）加热方式：密闭电加热外部循环。

（2）一体化安装，通过外引管线与被加热对象连接。

（3）设备具备远程控制和显示功能，达到无人值守。

（4）热液管线采用自封密闭，防止意外损坏时热液外溢对人造成伤害。

3.5 模拟试验井系统

管线在地面布局整齐，为远程手动控制方式，系统配置过压保护措施。模拟试验井筒及旁通流程采用API标准套管和油管，密封可靠、拆卸方便，可在工房内方便、快捷进行井下试验套管的更换和维护。

3.6 防砂筛管性能测试

（1）混砂系统中配液池、搅拌罐，固液分离系统中1 m3池、各级沉砂筒具有防腐，美观、便于清洗；

（2）管线具有防腐，拆卸、更换和清洗要方便。

（3）试验筒组设计有支架，试验筒安装、拆卸、搬运方便、安全。

（4）试验筒、以及固液分离系统中各级沉砂筒采用316 L不锈钢材料。

（5）固液分离系统中各级沉砂筒上的放液闸门所在液面以下体积不超过15 L。

（6）系统具备过压保护措施，各系统单元之间管线均设计有排空阀。

4 试验室系统功能及特点

（1）能够完成工作井筒上压、下压及中心工作筒的压力测试。（2）具有管道闭合回路，使试压介质经过滤后能回收再利用。

（3）可解决高温试验中井筒液体压力波动，稳定试验系统压力。

（4）均可实现自动程序控制/现场手动控制，远程控制无延迟，现场和控制室均具备系统紧急停止功能。

（5）试验过程所有数据自动采集记录。

（6）试验装置可根据试压过程中的不同需要，自由设定试验工艺组合过程，设定相关的试验参数。具备现场和控制室的远程参数设定，如保压时间、试验压力数值、循环次数等。

（7）实现全自动控制的耐压、耐温、流量试验和防砂筛管性能测试试验。

（8）系统具备适时采集并打印温度、压力、流量等数据。

（9）直观、动态地显示工艺流程、试验数据及变化曲线。

5 应用结论

油田井下工具性能评价系统2016年配置完成以来，经过两年多应用针对多种规格封隔器、胶筒及其他耐高压高温井下仪器做了性能测试评价，取得了非常多的试验经验及试验数据，2019年初对测试精度及设备配置进行优化调整，并邀请各大油田钻井采油工艺研究院专家及省级质量技术监督局对封隔器及胶筒性能评价过程依据标准进行了验收，试验装置布置，设备参数配置，测控系统，测量系统，测试范围等方面都达到了国内外较高水平。近2年先后进行了多品种/多规格井下工具测试评价，模拟特殊地层工况进行性能评价，试验数据同现场应用数据比较分析，性能评价结果得到研发机构认可，为井下工具研发优化升级提供了准确的数据依据。