電泵井Y管在線調(diào)控分采工藝設計及試驗

劉義剛, 鄒明華, 孟祥海, 趙仲浩, 鄒 劍, 晁圣棋

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

渤海油田儲層含油層段多、層間差異大[1-3]，主力油田采用分注分采開發(fā)方式[4]，構(gòu)筑了渤海油田開發(fā)的基礎，但隨著開發(fā)的深入也暴露出了一些亟待解決的問題[5]。目前生產(chǎn)井多層系開發(fā)主要采用機械開關滑套進行分層控制，通過鋼絲/電纜作業(yè)進行開關層操作和層位測試，作業(yè)窗口協(xié)調(diào)難度大，作業(yè)時間長，無法及時為油藏人員提供儲層動態(tài)數(shù)據(jù)，油井動態(tài)實時調(diào)整難度大[6-14]。為解決目前渤海油田油井電泵分層控制問題，實現(xiàn)精細分采、動態(tài)測試與實時調(diào)控，有效提高儲層動用程度，解決剖面均衡及高含水層的監(jiān)測和控水，開發(fā)電泵井Y管在線調(diào)控分采工藝技術，以期無需動管柱或鋼絲/電纜作業(yè)即可在線實時調(diào)控層位開度，監(jiān)測壓力、流量等層位數(shù)據(jù)。

1 工藝研究

1.1 管柱結(jié)構(gòu)

電泵井Y管在線調(diào)控分采工藝管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Y管在線調(diào)控分采工藝管柱結(jié)構(gòu)示意圖

電泵井Y管在線調(diào)控分采工藝管柱包括上部生產(chǎn)管柱和下部分層管柱，其中上部生產(chǎn)管柱為常規(guī)潛油電泵Y型管柱，下部分層管柱從上至下依次連接過纜定位密封、多級電控配產(chǎn)器、多級插入密封裝置和導向絲堵。上部生產(chǎn)管柱和下部分層管柱利用旁通管連接為一體式管柱。

1.2 工藝原理

每一層位分別安裝一套電控配產(chǎn)器，根據(jù)層位數(shù)及實際生產(chǎn)需求決定所需下入電控配產(chǎn)器的數(shù)量，電控配產(chǎn)器間利用單芯電纜實現(xiàn)供電與通信，此單芯電纜固定于管柱外側(cè)，與各電控配產(chǎn)器相連并延伸至井口，并最后連接至地面控制器，實現(xiàn)供電、通信和數(shù)據(jù)傳輸。電控配產(chǎn)器具有開關閥無級調(diào)控和數(shù)據(jù)(壓力、流量等)實時監(jiān)測兩大功能。數(shù)據(jù)可由單芯電纜反饋至地面控制器，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，在上位機軟件中可直接顯示。當需要控制或測試某層時，通過上位機軟件給地面控制器發(fā)出指令，再由電纜傳輸?shù)诫娍嘏洚a(chǎn)器后執(zhí)行，實現(xiàn)電控配產(chǎn)器的開度調(diào)節(jié)或者監(jiān)測井下數(shù)據(jù)。需要分層酸化時，只需打開目的層段對應的電控配產(chǎn)器油嘴、關閉其他層位電控配產(chǎn)器油嘴即可。

1.3 技術特點

(1)整體管柱結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，只需下入一趟管柱即可實現(xiàn)分層生產(chǎn)、找水調(diào)層、測試和定點注酸功能。

(2)不動管柱情況下地面實時調(diào)層生產(chǎn)和參數(shù)監(jiān)測，操作成本低，易于實現(xiàn)。

(3)不受井斜限制。

(4)理論上不受層數(shù)限制。

1.4 主要技術參數(shù)

(1)設計工作壓力：40 MPa。

(2)設計工作溫度：-40～120 ℃。

(3)適用套管尺寸：φ244.5 mm。

(4)設計單層最大過流量：500 m3/d。

(5)適用最大井深：4 000 m。

2 工藝試驗

2.1 試驗內(nèi)容

(1)模擬電泵井Y管在線調(diào)控分采現(xiàn)場實施，評價工藝的現(xiàn)場適應性、可操作性。

(2)驗證工藝系統(tǒng)信號傳輸和供電穩(wěn)定性，工藝的監(jiān)測和調(diào)節(jié)功能。

2.2 試驗方案

工藝模擬試驗在中海油能源發(fā)展工程技術公司試驗模擬井開展。在試驗井φ339.725 mm的套管中實施。試驗設備包含地面部分和井下部分，其中地面部分有流體循環(huán)流程及設備、潛油電泵供電和變頻控制設備及地面控制器等，井下部分有潛油電泵生產(chǎn)管柱及動力電纜、懸掛封隔器、電控配產(chǎn)器、絲堵等。工藝性能試驗管柱結(jié)構(gòu)如圖2所示，φ339.7 mm套管與φ244.5 mm套管間形成環(huán)空通道，即注入通道，φ244.5 mm套管與生產(chǎn)管柱形成環(huán)形空間，即生產(chǎn)通道。

圖2 工藝性能試驗管柱結(jié)構(gòu)示意圖

試驗時，泥漿泵啟動后流體經(jīng)φ339.7 mm套管旁通進入注入通道，由電控配產(chǎn)器的進液口流入生產(chǎn)管柱，最終通過帶孔管進入φ244.5 mm套管內(nèi)，潛油電泵運轉(zhuǎn)后，注入流體大部分經(jīng)φ88.9 mm的油管舉升至地面，經(jīng)由采油樹四通匯入泥漿罐，多余流體通過溢流通道經(jīng)由油管四通匯入泥漿罐。

電控配產(chǎn)器與地面控制器通過φ6.35 mm單芯電纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，PC上位機通過地面控制器及電纜可以讀取井下電控配產(chǎn)器的內(nèi)外壓力、流量，并可根據(jù)生產(chǎn)情況控制電控配產(chǎn)器的進液口的開度大小。地面變頻控制柜可對井下潛油電泵進行變頻，控制其流量。

地面控制器向井下電控配產(chǎn)器發(fā)送通信及調(diào)控指令，電控配產(chǎn)器依據(jù)指令，將監(jiān)測到的壓力、流量、開度等數(shù)據(jù)反饋給地面控制器，PC上位機軟件完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示和存儲，監(jiān)控和顯示電控配產(chǎn)器的開度情況，評價工藝的調(diào)控性能，記錄不同開度下的流量值。

2.3 試驗過程與結(jié)果

2.3.1 試驗過程

按照試驗方案下入19根φ244.5 mm的套管，第19根套管頂深190.22 m，底深202.50 m。然后下入試驗管柱，下管柱的同時連同數(shù)據(jù)電纜一同下入，數(shù)據(jù)電纜固定在管柱外，懸掛封隔器坐封于196.13 m，電控配產(chǎn)器1#的位置為203.46 m，電控配產(chǎn)器1#和電控配產(chǎn)器2#通過1根油管連接。首先關閉電控配產(chǎn)器1#和電控配產(chǎn)器2#，從油管打壓約15 MPa，穩(wěn)壓，封隔器坐封。從φ339.7 mm套管與φ244.5 mm套管的環(huán)空加壓22 MPa，穩(wěn)壓10 min，φ244.5 mm套管無返出，保持壓力。

圖3 實時調(diào)節(jié)圖(上位機)

連接電纜與地面控制器，從地面的PC上位機發(fā)送測試指令，電控配產(chǎn)器1#將所監(jiān)測的數(shù)據(jù)反饋給地面的PC上位機。然后發(fā)送調(diào)節(jié)指令，指令電控配產(chǎn)器1#的開度分別為100%，記錄從全關到全開的時間。然后發(fā)送調(diào)節(jié)指令，指令電控配產(chǎn)器1#的開度分別為0，記錄從全開到全關的時間。然后地面泥漿泵從注入通道開始注水，保持泥漿泵排量，然后從地面控制器發(fā)送調(diào)節(jié)指令，使電控配產(chǎn)器1#的開度分別處于20%、40%、60%、80%、100%，記錄不同開度下的過流量。重復上述試驗后(重復試驗使電控配產(chǎn)器2#工作)，提出管柱，對數(shù)據(jù)電纜、電控配產(chǎn)器1#和電控配產(chǎn)器2#等進行觀察，然后將起出的電控配產(chǎn)器1#和電控配產(chǎn)器2#通過數(shù)據(jù)線纜與地面控制器連接，再次進行測試指令以及調(diào)節(jié)指令，以觀察起出井筒后是否正常。

2.3.2 試驗結(jié)果

從管柱下井和起出來看，過程順利，數(shù)據(jù)電纜無損壞，電控配產(chǎn)器1#和電控配產(chǎn)器2#基本無損壞，起出后仍能正常測試和調(diào)節(jié)，該工藝具有現(xiàn)場操作性。如圖2所示，地面控制器與電控配產(chǎn)器1#和電控配產(chǎn)器2#通過4 000 m的數(shù)據(jù)電纜連接，工藝系統(tǒng)供電穩(wěn)定，通信正常，地面即可對井下的電控配產(chǎn)器1#和電控配產(chǎn)器2#發(fā)送測試或者調(diào)節(jié)指令。發(fā)送測試指令時，所監(jiān)測的流量、壓力等數(shù)據(jù)立即反饋給地面，發(fā)送調(diào)節(jié)指令，從全開到全關或者全關到全開，其時長基本穩(wěn)定在18 min。開度可以在0～100%的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。在憋壓22 MPa的情況下，電控配產(chǎn)器仍能正常開啟并工作。實時調(diào)節(jié)情況如圖3所示。

表1為電控配產(chǎn)器位于不同開度時所通過電控配產(chǎn)器的測試流量。從表1可以看出，電控配產(chǎn)器測試流量隨開度的增大而增大。

表1 電控配產(chǎn)器的流量測試結(jié)果

3 結(jié)論

開發(fā)的電泵井Y管在線調(diào)控分采工藝技術整體管柱結(jié)構(gòu)簡單，只需下入一趟管柱即可實現(xiàn)分層生產(chǎn)、找水調(diào)層、測試和定點注酸功能，可在不動管柱情況下地面實時調(diào)層生產(chǎn)和參數(shù)(流量、壓力等)監(jiān)測，相比現(xiàn)有技術而言，無需動管柱即可實現(xiàn)分層控制，也無需下電纜進行壓力等測試。

(1)工藝模擬井試驗結(jié)果表明管柱下入和起出正常，主要下井工具無損壞，地面控制器與井下的電控配產(chǎn)器通信正常，通過地面控制器即可在線對井下的電控配產(chǎn)器實施調(diào)節(jié)，或者使目標電控配產(chǎn)器測試并將測試數(shù)據(jù)實時反饋地面，工藝可實施性強。

(2)通過地面控制器對電控配產(chǎn)器發(fā)送調(diào)節(jié)指令，電控配產(chǎn)器調(diào)節(jié)范圍為0～100%，從全開到全關或者全關到全開用時約18 min，電控配產(chǎn)器開度越大，其過流量也越大，在線調(diào)控精確，功能滿足不同作業(yè)需求。