套管井帶壓測試注入裝置設計及試驗

尤立忠，劉 鵬，趙立安，初冬軍，李國偉，羅 兵

(中國石油大港油田分公司測試公司 天津 300280)

0 引 言

隨著環(huán)保要求逐步提高，套管井測試帶壓施工現(xiàn)場在安全、清潔生產方面的需求迫切。目前，帶壓測試現(xiàn)場使用采油廠提供罐車回收溢流污水并由其處理，罐車使用嚴重影響測試效率，不但污水需后期處理，且罐容積有限。此外，帶壓施工在測前開閘門多次出現(xiàn)防噴盒密封根部電纜損傷甚至斷裂，引起安全事故。目前利用一套單獨的泵入設備，測前在防噴管內注滿水解決該問題，同時低注入量井測試時，溢流的產生對資料的測量精度有較大影響，注水裝置需要單獨運輸和放置，嚴重影響規(guī)范施工生產效率[1]。有必要研究一套車載套管井測試帶壓施工注入裝置，滿足環(huán)保、安全需求并提高低流量資料品質，實現(xiàn)溢流污水收集、注入和測前注水工藝。

1 裝置基本功能和技術參數(shù)確定

1．1 裝置基本功能確定

裝置開發(fā)的目的是為了解決三個生產問題：一是注入剖面測試前防噴管內注水，降低開閘門風險。二是和測試過程中，對防噴溢流液體實現(xiàn)回收和回注，解決溢流落地的環(huán)保風險。三是實現(xiàn)溢流回注，提高低注入量測試資料品質。系統(tǒng)結構安全可靠、穩(wěn)定性好、便于維護、易于操作。

基于上述需求明確裝置的主要功能為測前注水功能；輔助功能為液位報警功能、超壓保護功能、自動起停功能。

1．2 裝置技術參數(shù)確定

裝置的開發(fā)主要針對帶壓注入井的測試，因此對大港油田近2a千余口注入剖面測試測試井進行了統(tǒng)計分析，得到數(shù)據(jù)見表1。

表1 注入剖面測試井及測試過程持續(xù)時間統(tǒng)計表

以此確定裝置主要技術參數(shù)：

1)輸出壓力：保證溢流水可以回注到高壓井筒內，不低于1.2倍最大油壓。1.2×28.5=34.2 MPa。

2)輸出排量：保證回注量大于溢流量，不低于1.5倍最大溢流量。1.5×14=21 m3/d=0.243 L/s。

3)儲水容積：保障測前攜帶水充滿防噴管和測試過程中裝置回注功能起動前溢流收集。不低于防噴管內容積的2倍。

在壓力為28.5 MPa測試時，對于5.6 mm電纜，儀器串配重為2.5p+10n,p為井口壓力，n為阻流管根數(shù)，即儀器串質量：2.5×28.5+3×10=101.25 kg。

注入剖面測試方法以氧活化水流測試技術測試儀器串最長：5.7(儀器)+4.8(加重)=10.5 m。防噴管至少需要2.5 m防噴管4根。防噴管內充水容積為：

空防噴管內容積-儀器串體積=0.033-0.012=0.021 m3=21 L 儲水容積：21×2=42 L。

4)增壓泵功率：W=p.Q/K=35×0.243/0.85=10.01 kW，式中，W為泵功率，kW；K為泵效率，取K=0.85；Q為排量，L/s；p為輸出壓力，MPa。

5)驅動力功率和驅動源：最低驅動功率應滿足W1=K1W=1.05×10.01=10.51 kW，W1為驅動功率;K1為功率儲備系數(shù)，1.05。

測井工程車原有動力包括利用汽車發(fā)動機取力的液壓泵和驅動儀器的發(fā)電機，即驅動方式有兩種：液壓和電。車載柴油發(fā)電機為8 kW，不能滿足泵驅動功率要求。汽車發(fā)動機為273 kW,滿足裝置驅動功率需求[2]。選取液壓驅動方式(取力于發(fā)動機)。

1.3 功能和基礎技術指標

套管井測試帶壓施工注入裝置，適用于壓力不高于35 MPa注入井各種測試項目。結合以上統(tǒng)計分析結果，裝置需要實現(xiàn)的功能和基礎技術指標如下：

1)測前注水功能

2)污水注入功能

3)液位報警功能

4)自動卸荷功能

5)自動起停功能

6)輸出壓力：≥35 MPa

7)排注入量：≥21 m3/d

8)儲液容積: ≥42 L

9)驅動方式：液壓驅動

2 裝置設計及實施

注入裝置主要包括控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、儲液系統(tǒng)、管匯總成等部分，結合測井車有效空間和液壓油箱位置，設置于測井車后艙，不影響施工和操作的有效空間[3-4]。 考慮檢修和安裝方便，裝置整體尺寸定為 長0.8 m，寬0.25 m，高1 m。

套管井帶壓測試注入裝置如圖1所示。

圖1 套管井帶壓測試注入裝置

動力系統(tǒng)為連接車液壓系統(tǒng)的液壓泵、由其驅動的增壓泵和相應液壓附件。測井液壓絞車也取力于發(fā)動機,為不影響該功能,選取雙聯(lián)液壓泵,一路仍輸出給液壓絞車,另一路輸出作為注入裝置動力系統(tǒng),輸出壓力為20 MPa。

儲液系統(tǒng)包括儲水罐和替清罐，通過管匯和閥與動力系統(tǒng)連接。兩罐均采用不銹鋼材質，儲水罐容積為60 L，替清罐容積20 L。儲水罐的進液口、出液口均設置過濾器。異常液位報警器為選擇24VDC聲光報警。另設有高低液位傳感器反饋電信號，用以控制裝置自動起提停，高位啟動，低位停。

液壓增壓部分主體增壓泵選用柱塞泵增壓比為2∶1，三位四通電磁閥控制活塞往復。為確保安全在液壓泵和三位四通閥間設計18 MPa溢流閥。為實現(xiàn)測前低壓注水功能，并聯(lián)設置3 MPa溢流閥，該閥啟閉用雙位雙通電磁閥控制。

控制系統(tǒng)以自動手動兩種工作模式控制本裝置的起停；可緊急制動本裝置；面板上有動力系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)顯示。管匯總成由各種管匯和閥等組成，提供流體通道和接受控制系統(tǒng)信號保證液路通、斷，其標稱依據(jù)裝置參數(shù)選取。

3 實施工藝及現(xiàn)場試驗

3．1 施工工藝流程

結合裝置的功能和現(xiàn)場測井的工序順序，編制了現(xiàn)場操作工藝流程，用以指導現(xiàn)場裝置的使用。

連接管匯：測井車擺放好位置后，連接各管線。防噴管的上端的溢流管線接入裝置溢流入口，輸出口與放空閘門以高壓管線連接。

測前注水：控制面板控制電磁閥1使低壓卸荷閥處于工作狀態(tài)，即防噴管內最高為3MPa，確保實施該工藝時儀器不會頂鉆。手動模式啟動系統(tǒng)，液壓泵6和增壓泵2工作，將儲水罐內清水注入通過單流閥13從輸出口注入防噴管，直至溢流口回液停止，完成測前注水工藝。

溢流收集及回注：將工作模式調整為自動模式，開閘門開始測試作業(yè)，防噴系統(tǒng)溢流從溢流液口進入儲水罐10，儲水罐10內有內部有液位傳感器與控制系統(tǒng)連接，液位傳感器以電壓的形式向控制面板1傳送液面高度信息，儲水罐中的液面達到第一液面高度閾值，裝置自動啟動，將儲水罐內污水，經(jīng)過過濾器9通過輸出口自防噴裝置放空閘門回注到井內。儲水罐中的液面低于第二液面高度閾值，則裝置自動停止，如此往復，直至完成測井。

清潔保養(yǎng)：施工完成將替清罐11聯(lián)入，使替清液進入，用于儲水罐10和增加泵2的清潔、防腐。

3．2現(xiàn)場試驗

Z1512-X井為大港油田采油三廠的一口注水井，注入量80 m3/d，井口油壓18.1 MPa。該井同位素示蹤測試中應用套管井帶壓測試注入裝置，防噴裝置連接后，連接管匯，啟動注入功能，防噴管注滿水，測前注水功能得以實現(xiàn)。更改管匯連接，啟動回注功能，開閘門測試，溢流收集，并完成了自動回注，全程裝置運行穩(wěn)定，無溢流落地[5]。

在隨后3口井不同測試項目該裝置均得到了較好的應用。通過多井現(xiàn)場試驗表明，該裝置達到設計要求，系統(tǒng)穩(wěn)定，操作簡單，維護便捷。測試井基本數(shù)據(jù)和實施效果統(tǒng)計見表2。

表2 裝置應用井統(tǒng)計表

4 結束語

套管井帶壓測試注入裝置研制的應用，實現(xiàn)了現(xiàn)測前防噴管注水工藝，有效消減了開井時電纜損傷的風險；實現(xiàn)測井過程中境內溢流的收集并回注，滿足了環(huán)保的要求；實現(xiàn)全注入量測量，較大提升低注入量井資料品質；有效利用測井車動力和有效空間，規(guī)范了現(xiàn)場工藝。