注水井高效测调技术的研究与应用

科󰀁学󰀁技󰀁术󰀁与󰀁工󰀁程

ScienceTechnologyandEngineering

󰀂11󰀁No󰀂5󰀁Feb󰀂2011󰀁Vol

󰀁2011󰀁Sci󰀂Tech󰀂Engng󰀂

注水井高效测调技术的研究与应用

徐国民󰀁苗丰裕

1

2

(中国石油大学(北京)1,北京102249;大庆油田有限责任公司第四采油厂2,大庆163511)

摘󰀁要󰀁近年来,随着智能控制技术的发展,注水井高效测调技术已经逐步显示出它的技术优势,在测试过程中实现了 流量、压力实时监测,测试数据实时录取、注入参数实时控制提高了分层注水测试效率和测试资料的准确率。通过对地面控制信号传输系统、井下综合测调系统、辅助系统等技术的研发,并在室内和现场试验中不断改进、完善,取得了较好的应用效果。该项技术可做为注水井测试技术的换代技术,具有较好的应用前景。关键词󰀁注水井󰀁󰀁高效测调󰀁󰀁研究与应用中图法分类号󰀁TE357.8;󰀁󰀁󰀁󰀁文献标志码󰀁A

图1󰀁测调联动分层配水工艺技术工作原理图

󰀁󰀁注水井高效测调技术是近年来油田发展的一项新的分层测试技术

[1]

,借助于先进的机电一体化

设计和智能化的控制技术,对注水井分层测试和参

2010年11月1日收到

第一作者简介:苗丰裕,大庆油田有限责任公司第四采油厂,厂长。

数调整过程中的流量、压力等数据变化,采用同步测调、实时监测、地面控制、自动调整,直到满足配

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注方案的要求。该项技术克服了以往常规测试技术采用的流量、压力测试和参数调整

[2]

电缆在下井过程中,下行阻力大、井口需要放空、无法密闭测试等问题。为此,研制了󰀁3.2mm多芯钢管电缆,室内试验各项技术指标均超过铠装电缆,如表1所示。

表1󰀁信号传输电缆室内试验参数对比表

名称

普通电缆

外径/mm

3.512<1502006578

钢管电缆3.222<18020059.223

的缺点,即

常规分层测试需要反复多次起下仪器测试和调整每个层段的注水参数。采用高效测调技术可以较大幅度地提高注水井测调工作效率。同时,采用可调整的动态配注水嘴,实现了流量连续可调、定量控制,提高了分层注水精度和测试数据的准确率。

1󰀁高效测调技术系统的开发

注水井高效测调技术主要由三个系统组成:一是地面控制、信号传输系统;二是井下综合测调系统

[2]

抗拉强度/kN适应温度/!绝缘电阻/(M󰀂∀km-1)阻抗/(󰀂∀km-1)重量/(kg∀km-1)

专用测试车;三是井口密闭防喷装置等辅助

系统。

1.1󰀁地面控制和信号传输系统

地面控制和信号传输系统主要有控制箱、便携电脑和信号传输电缆三部分。

控制箱设计了过流保护、控制线路、信号处理、采集线路、通讯线路以及电缆补偿等。主要功能是完成对井下仪器的供电控制,上传信号的处理与采集,与井下综合测调仪的通讯等(图1)。

工作原理:控制箱根据井下仪器的工作要求给井下综合测调仪供电。井下综合测调仪供电后,测调控制线路根据位置传感器的信号和供电极性来决定井下综合测调仪的工作状态。如果井下综合测调仪需要机械臂弹出和收回,则电机会执行相应的动作。如果需要流量采集和调整,地面控制部分会发出流量、压力、温度测量通讯信号,单片机部分根据通讯信号开通相应的通道,来完成流量、温度和压力的采集,同时调制和传输部分完成信号的调制和传输,将信号传到地面。控制箱接收井下仪器的信号,对信号进行处理,并上传到便携电脑上显示。

便携电脑通过开发专用测试软件,实现与井下测调仪器的通讯,并实时显示和控制井下测调仪器的工作状况。具有录取数据显示、数据录取、数据存储、报表输出、参数控制调整等功能。

信号传输初期采用󰀁5.6mm单芯铠装电缆,后期更换为󰀁3.5mm单芯铠装电缆。但是,单芯铠装1.2󰀁井下综合测调系统1.2.1󰀁井下综合测调仪

井下综合测调仪主要由机械臂、控制部分、测量部分、双盘根测试密封段以及导向机构等组成(图1)。

(1)井下综合测调仪对接设计

井下综合测调仪对接方式的设计采用了对接、密封一体化结构。特点:一是井下综合测调仪对接头采用弹性对接方式,降低堵塞器对接头被砸坏的几率。井下综合测调仪对接头内部设计成锥形结构,保证与堵塞器调节杆的对接头顺利对接;二是采用钢骨架双盘根测试密封段,解决了密封皮碗翻背及过孔刮坏现象。

(2)井下综合测调仪机械臂弹出收回设计井下综合测调仪机械臂弹出收回设计采用电机旋转控制方式,实现机械臂在油管中弹出和收回在地面可控。地面控制部分反向供电,电机正转,位置传感器控制电机反转线路工作,机械臂弹出。地面控制部分正向供电,电机反转,位置传感器控制电机反转线路工作,机械臂收回。

(3)井下综合测调仪流量计设计

井下综合测调仪流量计设计上采用了不受水质、管径变化影响以及无阻尼效应的电磁流量计,同时,将电磁流量计的流量调节范围设计到(3~150)m,满足5m以下层段流量调节需要。3

3

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(4)井下综合测调仪控制线路设计

科󰀁学󰀁技󰀁术󰀁与󰀁工󰀁程11卷

置传感器控制仪器线路工作在测量状态,地面控制部分发布温度测量信号,井下仪器接收到信号后,开通温度测量通道,开始测量温度。压力测量:仪器坐封后,仪器正向供电,位置传感器控制仪器线路工作在测量状态,地面控制部分发布压力测量信号,井下仪器接收到信号后,开通压力测量通道,开始测量压力;二是通过地面控制部分控制向井下综合测调仪供电方向和电机的旋转方向来确定机械臂的工作状态。

特点:一是采用了单片机结构,既实现了通讯传输,又完成了多参数测量通道的开通(图2)。流量测量:仪器坐封后,仪器正向供电,位置传感器控制仪器线路工作在测量状态,地面控制部分发布流量测量信号,井下综合测调仪接收到信号后,开通流量测量通道,开始测量流量。需要调整流量时,地面控制部分反向供电,电机正转,带动可调堵塞器上下调节杆转动,改变可调水嘴的大小,实现流量调整。温度测量:仪器坐封后,仪器正向供电,位

图2󰀁流量、压力、温度测量流程图

󰀁󰀁(5)井下综合测调仪定位设计

井下综合测调仪定位设计采用了挂接定位方式,取消了定位爪结构,保证仪器对接后定位准确可靠。

(6)各项技术指标

电磁流量计流量调整范围(3~150)m,精度1级。压力传感器耐压40MPa,精度0.25级。温度传感器耐温85!,误差#1!。调节电机最大扭矩达到6N∀m

1.2.2󰀁流量可调式堵塞器

流量可调式堵塞器主要由上调节杆、锁定结构、下调节杆、可调水嘴以及滤网等组成。

(1)流量可调式堵塞器对接设计

3

可调式堵塞器上调节杆的对接头采用锥形螺旋单向调节对接结构。同时,为提高可调式堵塞器调节杆的对接头与井下综合测调仪对接过程中的抗冲击能力,对调节杆的对接头进行淬火处理,提高强度并采用弹性对接方式。

(2)可调式堵塞器的锁定设计

可调式堵塞器锁定包括两个方面:一是堵塞器与偏心配水器之间的锁定。采用双排钢球锁定结构。锁定状态,钢球弹出最小直径达到󰀁21.5mm。收回状态,最大直径达到󰀁20.0mm。同时,为防止嵌入问题,对调节杆和钢球进行淬火处理,提高调节杆和钢球接触表面硬度;二是堵塞器与井下综合

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测调仪对接头的锁定。可调式堵塞器轴向定位台阶采用直线锁定结构。

(3)可调式堵塞器的传动设计

可调式堵塞器的传动设计采用中心通孔杆式传递结构。通过堵塞器的上下调节杆调节对接传递电机扭矩,调节可调堵塞器动态水嘴。

(4)可调式堵塞器的动态水嘴设计

可调动态水嘴由上下两片组成(图3),上部是定片,下部是动片,调节过程中,动片旋转,通过改变动片与定片相互重叠的两个半月板的过流面积的大小来实现流量的调整。主要研究内容:一是可调水嘴材料的优选。采用氧化锆作为可调水嘴的材料。该材料防刺效果是普通陶瓷的200倍,有利于提高堵塞器的整体使用寿命。二是可调水嘴形状的优选。按照最小紊流效应的要求,将可调水嘴形状设计为半月板形。三是陶瓷稳流片的设计。为进一步降低可调水嘴的紊流效应研制了陶瓷稳流片,分别在可调水嘴前后加装柱状圆孔陶瓷稳流片,延长堵塞器的使用寿命。

件下,对其整体耐压、对接性能以及流量随压力的变化进行了检定和试验,结果如下:仪器整体耐压25MPa,不渗不漏,运动部件调节灵活。可调水嘴的当量直径达到7.5mm,流量调节范围达到(3~150)m。锁定状态,钢球弹出最小直径达到󰀁21.5mm,收回最大直径达到󰀁20.0mm。1.3󰀁高效测调辅助系统1.3.1󰀁专用测调车的开发

为保证测调系统的运行,开发了专用高效测试车,主要由液压绞车系统、计数系统、控制系统、供电系统、排绳系统等组成。

(1)绞车系统采用开式循环液压传动系统,保证现场操作容易,降低工人的劳动强度。

(2)码盘系统采用进口马丁代克编码器以及双轮缠绕机构及保温措施,解决了因冬季结冰造成严重丢转问题。

(3)张力系统加装了张力传感器,实时显示仪器起下过程中的电缆张力,有利于施工操作及提高电缆寿命。

(4)计数系统采用机械和电子两种计数方式,实现优势互补,保证深度计数准确。

(5)供电系统采用车载YDG3700E(日本洋马)交流柴油发电机,同时配备外接220V电源插座和绕线盘(含50m、额定功率2.5kW电缆线),简化了操作工序。

(6)排绳系统采用自动排绳和手动调节相结合的排绳方式,方便仪器在井口顺利起出。1.3.2󰀁井口密闭防喷装置的研制

井口密闭防喷装置主要由手压泵、防喷盒密封管线、 O&型胶圈、压紧柱塞、防喷盒、压紧法兰、放松弹簧以及橡胶盘根等组成

[3]

3

图3󰀁水嘴过流面积与旋转角度关系图

水嘴过流面积与旋转角度的关系,可调水嘴是无级调节,其过流面积的大小与旋转角度有关,通过计算,水嘴过流面积与旋转角度呈以下关系。

当可调水嘴动静片之间旋转角度 =0时,可调水嘴过流面积最大

Smax=2!∃(R+L)-R%/3。

当可调水嘴动静片之间旋转角度为 时,可调水嘴过流面积为S

S = ∃(R+L)-R%%。

(5)技术指标

为保证可调式堵塞器在井下正常工作,地面条2

22

2

。

常规测调过程中,防喷管井口密封采用盘根密封方式,存在严重的刺漏现象,而造成实际测试水量与井口水表水量差别较大,资料的准确率无法保证,同时也不利于环境保护。井口密闭防喷装置在手压泵压力的作用下,压缩放松弹簧推动压紧法兰向下运动,压缩橡胶盘根,保证橡胶盘根与电缆紧密接触,实现井口密封。962

科󰀁学󰀁技󰀁术󰀁与󰀁工󰀁程11卷

2󰀁室内试验和测调仪器标定

在室内条件下,对测调仪器的整体耐压、耐热性能进行了试验。对电磁流量计、压力计进行了标定,对可调式堵塞器的水嘴漂移进行检测实验。2.1󰀁井下综合测调仪检测2.1.1󰀁测调仪流量标定

利用建立的流量标定装置,在10个流量点开展了五组室内流量标定实验,采用最小二乘法对数据进行处理,得到反映流量计本身特性的一条直线,通过直线的斜率确定出电磁流量计的仪器常数。2.1.2󰀁测调仪压力标定

利用ZLB󰀁I压力计智能标定系统完成压力计的标定。系统的核心部分是砝码自动加卸装置,通过计算机控制伺服电机旋转,驱动砝码上下移动,完成砝码的自动加卸工作。标定参数通过计算机软件人机界面设定后,由标定软件自动完成标定工作。现场应用的压力计均进行了标定。2.2󰀁水嘴漂移室内实验

采用不同压差连续15天对可调式堵塞器进行水量冲击试验,最大压差达到4.5MPa。取出可调式堵塞器发现,可调水嘴动静片之间的相对位置没有改变。说明水嘴在正常注水状态下不会改变。图4为试验装置图,试验结果见表2。

3󰀁现场应用效果

对配备高效测调仪器的班组进行了为期一个月的测试跟踪考察写实。共完成测试施工10口井,34个层段,测试成功率100%,资料合格率100%。其中,正常休息6天,车辆、仪器维护保养2天,纯测试时间仅为18天。目前,高效测调技术已在大庆油田全面推广应用,纳入正常测试工作管理。表3给出高效测调技术应用情况。

表3󰀁测试跟踪考察写实情况统计表

序号12345678910

井号X1󰀁4󰀁BW501X3󰀁311󰀁21X3󰀁3󰀁635X3󰀁311󰀁46X3󰀁311󰀁28X3󰀁31󰀁640X3󰀁3󰀁646X3󰀁21󰀁W18X1󰀁3󰀁30X2󰀁3󰀁F116

层数4333334344

测试时间1个工作日2工作日1..5工作日2个工作日1个工作日2个工作日2个工作日1.5个工作日1.5个工作日2个工作日

结果测试合格测试合格测试合格测试合格测试合格测试合格测试合格测试合格测试合格测试合格

4󰀁结论和认识

1)高效测调技术依托于常规偏心配水技术,因此,在井下管柱构成、标准的执行、技术和测试数据的管理等方面保持不变,继承了常规偏心的技术优势,测试资料合格率达到93.5%,技术准确性高于常规测试技术。

2)地面控制部分采用人机对话方式,界面清晰友好,操作简单易行,易于掌握,体现了技术性能指标的可靠性。

3)采用了集流内磁式电磁流量计,消除了管径变化对流量的影响。采用单卡单层测试工艺,降低了系统测试误差。

4)由固定水嘴变为连续可调水嘴,可以满足任意水嘴的需要,通过水嘴的合理优化组合,达到在图4󰀁可调式堵塞器室内冲击试验简易装置图

表2󰀁可调式堵塞器冲击试验情况表

组别12345

压差/MPa

1.02.03.04.04.5

时间/d33333

结果水嘴未发生漂移水嘴未发生漂移水嘴未发生漂移水嘴未发生漂移水嘴未发生漂移

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参󰀁考󰀁文󰀁献

较低的注水压力下完成要求的配注量。

5)高效测调工艺由井下存储发展到地面直读,由地面回放发展到边测边调,由多次投捞发展到一次测调,实现了仪器一次下井完成多层流量的测量与调整,减少了频繁投捞堵塞器和更换水嘴的次数,缩短了单井测调时间,提高了单井测调效率。

1󰀁杨百新,郝建中,董维新,等.智能分层测试技术的研究与应用实例分析.油气井测试,2006;(02):53󰀂55

2󰀁刘永胜.注水井分层智能联动调配系统.石油仪器,2007;(01):

62󰀂63

3󰀁张树超.新型注水井测试防喷装置的设计与应用.中国新技术新产品,2010;(15):143󰀂143

StudyandApplicattheEfficientControlTechnologyofInjectionWell

XUGuo󰀁min,MIAOFeng󰀁yu

(TheFourthOilfieldofCompanywithLimitedLiabilityofDaqingoilField,Daqing163511,P.R.China)

[Abstract]󰀁Inrecentyears,asdevelopmentofintelligentcontroltechnology,theefficientcontroltechnologyofin󰀁jectionwellhasgradualappearedadvantageoftechnology,hasachievedthatmonitorpressureandflowinginputdateoftestcontrolparameterofinstillationateverytime,improvetheefficiencyoftestseparatezonewaterinjectionandaccuracyofinformationoftes.tThroughresearchanddevelopmentofsurfacesignaltransmissionsystem、downholesyntheticcontrolsystem、servosystemandsoon,gettingpreferableeffectsinthelaboratoryandworkfield.Thistechnologycaninsteadofoldtechnology,andhavepreferableprospec.t

[Keywords]󰀁injectionwell󰀁󰀁theefficientcontroltechnology󰀁󰀁studyandapplication