直讀研封儀在橋式偏心配水管柱封隔器驗封中的效果分析

劉秀琪 何文祥

（長江大學 資源與環境學院， 湖北 武漢 430100）

摘 ?????要： 針對大慶油田橋式偏心配水管柱封隔器驗封密封率極低問題，分析了常見封隔器驗封方法的優缺點。從橋式偏心配水器正常注水及密封段法驗封時水流方向入手，討論了影響橋式偏心配水管柱封隔器驗封成功率的主要因素。研究認為封隔器驗封時橋式偏心配水器橋式通道依然允許水流通過而無法在密封皮碗上下形成壓差，這是導致橋式偏心配水管柱封隔器驗封失敗的主要原因。優選了西安斯坦公司生產的直讀研封儀，分析了該儀器的工作原理，優化了封隔器驗封時注水井激動操作方法。應用表明：配合關開關法注水操作使用直讀驗封儀即能驗證橋式偏心配水管柱封隔器密封性。當層段注水量較高皮碗密封后層段壓力降低較快，此時不必關開關注水即可判斷封隔器密封性。

關 ?鍵 ?詞：橋式偏心配水器;封隔器;成功率;密封段;直讀驗封儀

中圖分類號：TQ 055.8⁺3???????文獻標識碼：?A ??????文章編號： 1671-0460（2019）11-2557-04

Analysis on the Effect of Direct Reading Seal-Examining Device?in Verifying the Sealing of Packer of Pipe With Bridge Type Eccentric Water Distribution

LIU?Xiu-qi， HE?Wen-xiang^*

（College of Resources and Environment， Yangtze University，?Hubei?Wuhan 430100， China）

Abstract： In view of the extremely low sealing rate of verifying the sealing of packer of pipe with bridge type eccentric water distribution，?the advantages and disadvantages of common methods in verifying?the sealing of packers were analyzed. From?the start of flow direction of the bridge type eccentric water distributor during normal water injecting or verifying the sealing of packer by sealing section， the main factors affecting the success rate in verifying the sealing of packers of pipe with bridge type eccentric water distribution were discussed. The?studies suggest that the bridge channel of bridge type eccentric water distributor still allows the water flow to pass and a pressure difference between the upper and lower sides of the sealing cup cannot?be formed during the verifying sealing of packer， which?is the main reason for the failure in verifying the sealing of packers of pipe with bridge type eccentric water distribution. The direct reading seal-examining device?produced by Xi'an Stan Company was selected， its?operational principle?was analyzed， and the?operation method of injection wells during verifying sealing of the packer was optimized. The application results showed that the sealing of pipe with bridge type eccentric water distribution could be verified by using the direct reading seal-examining device?cooperating with method of off-on-off injecting water operation. When the layer water injection?was higher， the pressure of the layer reduced faster after the cup was sealed， the sealing performance of packers could be directly?judged without off-on-off injecting water operation.

Key words：Bridge type eccentric water distribution; Packer; success rate; Sealing section; Direct reading seal-examining device

分層配注技術井能夠最大限度地提高注入水波及范圍，提高儲層動用程度，保證多層油田開發效果。分層配注井需要依靠封隔器將各個配注層段分隔開來，才能實現各個層段的分層注水。然而長期使用時封隔器膠筒會逐漸失效，因此如何驗證封隔器密封性能一定程度上決定了分層注水質量和油田開發效果。

目前，大慶油田上常用的封隔器驗封方法有注水套壓法、堵塞壓力計法、測試密封段法、同位素吸水剖面輔助驗封法等4種方法^[1]。注水套壓法只能驗證配水管柱頂部封隔器，使用范圍具有較大的局限。堵塞壓力計法需要撈出各個層段堵塞器后投入堵塞壓力計后才能進行驗封，驗封時投撈工作量較大，驗封結果受堵塞壓力計“O”型密封圈密封性能影響不確定性較大，因此堵塞壓力計驗封法現場使用并不多。同位素吸水剖面輔助驗封法受替注時間、測井時機、同位素沾污等影響較大，解釋結果只能作為輔助判斷^[2，3]。因此，測試密封段法仍舊是油田上最常用的封隔器驗封方法。密封段法主要依靠皮碗上覆重力或水力壓差作用壓縮密封皮碗，使皮碗產生橫向變形后密封配水器注水通道，地面開-關-開或者關-開-關注水時皮碗上部壓力不隨著下部壓力的變化而變化時證明驗封層段的封隔器密封。

大慶油田近年來廣泛使用了橋式偏心配水器，橋式偏心配水器設計了四個橋式通道降低了分層測試時的層間干擾^[4，5]。然而近年來的驗封測試結果表明，采用傳統的密封段法驗證橋式偏心配水管柱封隔器密封性能時封隔器密封率極低，即便剛剛作業完的注水井驗封時封隔器也不密封。密封段法在橋式偏心配水管柱驗封中的適用性令人質疑，如何有效驗證橋式偏心配水管柱封隔器密封性能成為石油行業急需解決的課題^[6-8]。

1 ?橋式偏心配水管柱封隔器驗封存在的主要問題

1.1 ?密封段法驗封方法

采用密封段法驗封時首先使用試井鋼絲將測試密封段下入井筒內，密封段在球座處遇阻后，依據遇阻深度與施工設計上的球座深度進行相對深度校正，上提密封段過最后一級配水器。密封段經過配水器時劃開凸輪、釋放定位爪，過配水器2?m左右后緩慢下放密封段，進入配水器后密封段定位爪支撐在配水器支架上，皮碗在上覆重力、水力壓差作用及慣性作用下繼續向下運動而產生橫向變形，從而密封配水器主通道（圖1）。按規定測試時間在地面開-關-開或者關-開-關注水。上提密封段經過倒數第二級配水器時重復上述操作，直至完成最頂部封隔器驗封后起出密封段（圖2）。軟件回放驗封儀內的測試數據，當驗封層段的地層壓力不隨著油管壓力的變化而變化時證明該層段封隔器密封。

1.2 ?橋式偏心配水器結構

分析密封段法在橋式偏心配水管柱驗封的不適用性前必須了解橋式偏心配水器結構，橋式偏心配水器主要由上接頭、連接套、偏孔、堵塞器、工作筒主體、支架、導向體和下接頭等組成^[10-12]。其中配水器的過水通道可以分為中心通道、偏心主通道和橋式通道3種，橋式通道有4個。

正常注水時注入水同時流經配水器的主通道和4個橋式通道，一部分水流（綠色）經主通道從配水器過水孔、堵塞器水嘴上返，經上部的過流孔進入油套環形空間再進入油層;另一部分水流（藍色）經橋式通道流向下部配水器^[13-16]（圖3）。

1.3 ?驗封時存在的主要問題

從密封段法驗封的原理可知，地面開-關-開注水時在密封段皮碗上下能否形成壓差是判斷封隔器密封的關鍵。橋式偏心配水管柱驗封時盡管皮碗密封了配水器主通道，但是由于4個橋式通道的存在，仍然會有水流通過橋式通道流向下一級配水器。那么，開-關-開法驗封時就很難在密封段皮碗上下產生壓差，驗封必然失敗。橋式通道的存在也使水力壓縮式密封段的皮碗因缺少足夠的壓差不能充分壓縮而無法徹底密封配水器主通道，也會導致驗封失敗。因此，橋式偏心配水管柱封隔器驗封的關鍵首先是密封配水器主通道，其次是在密封皮碗兩端形成壓力激動源。從流經橋式配水器的水流方向可知，如果能夠徹底密封配水器主通道采用關-開-關法驗封仍舊是可行的。

2 ?直讀驗封儀工作原理

2.1 ?直讀驗封儀電路原理

直讀驗封儀電路部分采用模塊化設計，包括主控板、電機和磁定位模塊、壓力溫度采集模塊四部分。主控板的功能是發碼和控制指令的接收;電機磁定位模塊的功能是驅動電路接收指令后控制電機發出開臂和收臂動作;磁定位模塊的功能是接收儀器經過井筒時產生的磁通量的變化信號，信號經過數模轉換后傳輸到地面，經軟件繪制成磁性定位曲線，方便進行深度校正;壓力溫度采集模塊的功能是采集壓力和補償溫度值^[17，18]。

2.2 ?直讀驗封儀機械運動原理

直讀驗封儀密封段主要由電機、減速器、連軸器、定位臂、滑塊、推桿、皮碗等組成。

開臂時約束定位臂的滑塊移開，定位臂張開;開臂行程中滑塊沒有對推桿施加推力，為空行程。定位臂坐入配水器支架后，電機驅動絲杠滑塊，滑塊推動推桿壓縮皮碗;從而密封配水器主通道。單層驗封完畢后收臂，收臂為開臂的逆過程（圖4）。

直讀驗封儀可以通過地面控制器實時觀測驗封效果，如發現不封可重新坐封，排除坐封原因導致的驗封失敗。電機控制皮碗的壓縮量，可保證坐封到位（圖5）。避免了機械式密封段靠重力進行坐封不到位的情況，也可避免水力壓縮式密封段因皮碗上下壓差不夠坐封不嚴的情況。設計了預泄壓通道，在解封前平衡了油壓和套壓，能夠減少皮碗所受到的壓力，從而減小皮碗的磨損，延長皮碗壽命。

2.3直讀驗封儀驗封過程

將直讀驗封儀與單芯電纜連接調試正常后，下放時使用驗封儀自帶的磁性定位儀測試井下工具位置，深度校正后將驗封儀下放到待驗封目的層段配水器上方后，經地面控制系統發出指令，控制模塊解碼后電機帶動傳動軸轉動釋放定位臂，定位臂坐入配水器支架后，電機繼續轉動使密封段上下皮碗繼續壓縮而擴張，完全密封橋式偏心配水器工作筒內壁。在地面進行關-開-關注水操作，此時可由地面數據采集處理系統實時觀測井下驗封狀況。驗封完成后地面發出指令，電機反轉皮碗收回實現解封，電機繼續轉動收回定位臂，轉而進行下一層段驗封。

3 ?應用效果評價

A井2016年2月轉注，采用橋式偏心配水器與Y341-114可洗井封隔器組合管柱注水，為三級三段配水結構。注入量40?m³/d，注入壓力10.95?MPa，泵壓15.5?MPa。2017年首次采用普通密封段驗封均失敗，改用西安斯坦公司直讀驗封儀、配合關-開-關法驗封成功。從驗封曲線可以看出地面關-開-關注水時地層壓力沒有隨油管壓力變化而變化，說明各封隔器密封性能良好，驗封過程中地層壓力并沒有發生較大幅度的降低，說明該井吸水能力一般。

大量的驗封實驗表明，采用直讀驗封儀密封配水器主通道后，當層段吸水量較大時地層壓力會發生快速降落，地面操作系統上即可觀察到地層壓力曲線與油管壓力曲線不同步變化，不必進行關-開-關操作即可證明封隔器密封。直讀驗封儀的地面操作系統使驗封過程更直觀，便于觀察井內密封段密封狀況，方便注水壓力的調整，驗封效率較高（圖6）。

4 ?結 論

采用重力壓縮或水力壓縮式密封段坐封橋式偏心配水器時，橋式通道正常過水導致皮碗無法徹底密封配水器主通道，開-關-開或者關-開-關注水操作激動效應失效，導致驗封失敗。

采用直讀驗封儀可徹底密封橋式偏心配水器主通道，操作時地面操作系統可以直接觀察井下密封段密封過程，方便調整注水壓力。使用直讀驗封儀，配合關-開-關注水操作能夠實現橋式偏心配水管柱的封隔器驗封，驗封效率較高。層段吸水量較高時，不必進行關-開-關注水操作即可實現驗封判斷。

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