聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝研究及試驗

黃澤超，康曉東，王全，高建崇，楊彬，李先杰

聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝研究及試驗

黃澤超1，康曉東2，王全2，高建崇2，楊彬2，李先杰2

（1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452；2. 中海石油（中國）有限公司北京研究中心，北京 100020）

針對海上油田現(xiàn)有注聚工藝缺乏配套井底注入壓力監(jiān)測方法，無法實時監(jiān)測井下動態(tài)，現(xiàn)場作業(yè)過程中無法及時優(yōu)化調整單井配注的問題，開發(fā)了聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝。該工藝由地面控制裝置和井下無線壓力監(jiān)測裝置兩部分組成，通過控制油管內壓力形成規(guī)律性壓力波動編碼，實現(xiàn)地面和井下參數(shù)信息的雙向傳遞。經(jīng)試驗驗證，該工藝具有指令簡潔、傳輸耗時短、監(jiān)測精度高等特點，適用于海上油田注聚井實時監(jiān)測井下動態(tài)，指導地面優(yōu)化配注，并為后期無纜注聚工藝的研發(fā)提供設計思路。

聚合物驅；井底注入壓力；實時；無線監(jiān)測

隨著三次采油技術的發(fā)展，井下注入聚合物增加水相的黏度、減小油/水流度比的注聚驅油方式，在海上油田得到了大規(guī)模的推廣，可切實增大地層注入波及系數(shù)，提高了原油采收率[1-2]。同心多管分注和單管分層注聚工藝作為現(xiàn)有海上油田常用注入工藝，在一定程度上能夠實現(xiàn)注聚井多層段分層注入，提高注聚配注效率[3-4]，但都無法直接監(jiān)測井底實際注入壓力。隨著聚合物驅工藝現(xiàn)場應用的推廣，逐漸暴露出其配套工藝的不足：

①海上注聚工藝缺乏精確、高效的井下注入壓力監(jiān)測技術，面對井底復雜工作環(huán)境，無法實時監(jiān)測井下注聚動態(tài)；

②現(xiàn)場作業(yè)過程中，單井注聚量受井下注入壓力限制不滿足油藏設計配注量時，無法依照實時數(shù)據(jù)及時優(yōu)化單井配注；

③油藏優(yōu)化、設計單井配注量，僅依靠模擬壓力值數(shù)值計算，無實際監(jiān)測壓力值參考。

因此，為實現(xiàn)注聚井井下注入動態(tài)的實時監(jiān)測，增強注聚井優(yōu)化單井配注的機動性，同時確保安全、高效注聚，須要研發(fā)一種適用于海上油田的井底注入壓力監(jiān)測工藝。

綜合考慮海上油田注聚井作業(yè)窗口較少、作業(yè)任務繁重、井斜較大、分層段數(shù)較多等特點，對比分析鋼絲作業(yè)測調、預置電纜測調及無纜測調的特性，開發(fā)了聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝，可不占用作業(yè)窗口、不受井斜影響，實時、精確地監(jiān)測注聚井井底注入壓力。

1 聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝研究

1.1 聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝原理

聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝能夠在不受到井斜、分層段數(shù)及海上作業(yè)窗口等因素影響，保證注聚井正常注入的情況下，實現(xiàn)注聚井井底壓力的實時監(jiān)測。采用油管將井下壓力監(jiān)測工具下入井下，每一個注入層安裝一套壓力監(jiān)測工具，井下壓力監(jiān)測工具內部設計有智能控制模塊、壓力傳感器和全開、全關水嘴，能夠實時監(jiān)測所在層位管柱內、外注入壓力，并存儲在工具內部，地面控制裝置連接井口注入管匯，能夠控制井口注入壓力和井下注入量。地面控制裝置與井下壓力監(jiān)測工具可通過改變油管內流體壓力實現(xiàn)參數(shù)信息和控制指令的雙向傳遞[5-6]。工藝管柱如圖1所示。

1.2 聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝組成

聚合物驅無纜壓力監(jiān)測工藝通過油管內壓力波高低編碼信號實現(xiàn)井下和地面信號的雙向傳遞，無需鋼絲/電纜作業(yè)，可直接通過井口或遠程控制實現(xiàn)井底注入壓力的在線監(jiān)測，工藝組成主要包含地面控制裝置和井下無纜壓力監(jiān)測裝置。

地面控制裝置：由地面防爆接線箱和井口智能控制模塊組成，可進行遠程控制，向井下發(fā)送作業(yè)指令，并接收、破解井下回傳的壓力信息。

井下無纜壓力監(jiān)測裝置：接收地面發(fā)送的指令信息，執(zhí)行相應指令動作，通過自身結構發(fā)送壓力數(shù)據(jù)至地面。

圖1 無線壓力監(jiān)測工藝管柱

1.3 聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝通訊原理

1.3.1 通訊編碼組成

由連續(xù)、規(guī)律性的高、低壓力信號組成，包含控制指令、層位數(shù)據(jù)、水嘴開度數(shù)據(jù)、和水嘴前后壓力數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)或指令由多個高低壓波段組成，以特定順序排布，數(shù)據(jù)或指令不同時以不同高低壓的持續(xù)時間來表示[7-10]。

1.3.2 通訊編碼破解方式

利用二進制編碼拆分層位、開度、壓力等信息數(shù)值，拆分后的01編碼組成新的數(shù)字編碼，在特定的分隔點分隔后轉換成十進制數(shù)碼，以壓力在特定高、低壓力段持續(xù)的時間長短表達。以嘴后壓力值23.45 MPa為例，對應2進制分別是2（10）、3（11）、4（100）、5（101），二進制組合編碼為1011100101，將二進制編碼定點分隔101、110、0101，轉化為十進制是5、6、5，所以回傳嘴后壓力波碼組合為565。地面收到井下發(fā)送的編碼指令后，根據(jù)編碼組成反向破解，即可獲取井下參數(shù)信息。

1.4 聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝工具設計

無線壓力監(jiān)測工具是聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝的關鍵工具，主要由壓力傳感器、智能芯片、控制電機、電源模塊及開關水嘴等組成，也可按其功能模塊劃分為壓力監(jiān)測模塊（監(jiān)測井下壓力參數(shù)）、智能控制模塊（實現(xiàn)水嘴開關和制造壓力波動）、電源模塊（井下供電）和保黏模塊。無線壓力監(jiān)測工具結構如圖2所示。

圖2 無線壓力監(jiān)測裝置結構圖

1.4.1 壓力監(jiān)測模塊

由壓力傳感器、傳壓管及智能芯片等部件構成。壓力傳感器與智能芯片連接，安裝在管內外壓力監(jiān)測口處，油管內壓力可直接監(jiān)測，有套環(huán)空注入壓力通過傳壓管傳遞到壓力傳感器。

1.4.2 智能控制模塊

由智能芯片、控制電機及水嘴短節(jié)等組成。智能芯片接收到壓力監(jiān)測模塊傳遞的壓力數(shù)據(jù)后，編譯破解指令，可根據(jù)指令信息實現(xiàn)：①提取1 h前壓力監(jiān)測模塊監(jiān)測到的管內、外壓力數(shù)據(jù)，并通過控制電機控制水嘴短節(jié)快速開關水嘴，傳遞壓力信息至井口控制裝置；②通過控制電機控制水嘴短節(jié)開關水嘴，達到指令要求開關狀態(tài)。

1.4.3 電源模塊

為無纜壓力監(jiān)測裝置供電，安裝在供電短節(jié)內部，通過供電接口與智能芯片和電機連接。智能芯片耗電包含：休眠狀態(tài)耗電和監(jiān)測、發(fā)送指令耗電。電機耗電包含：控制水嘴發(fā)送指令耗電和調節(jié)水嘴耗電。

1.4.4 保黏模塊

位于開關水嘴內部，由兩件螺旋結構組合形成，流體壓降的同時，減小對聚合物的剪切，如圖3所示。

圖3 保黏模塊液體流道結構示意圖

1.5 聚合物驅無線壓力監(jiān)測工藝技術參數(shù)

適用于井型：≤4.75″密封筒；

工具外徑：≤φ113 mm；

單層最大注入量：600 m3·d-1；

最高工作溫度：150 ℃；

最高工作壓力：70 MPa；

壓力測試精度：0.1% FS。

2 試驗研究

2.1 試驗目的

1）驗證無線壓力波編碼在聚合物溶液中傳遞的可靠性；

2）驗證無線壓力監(jiān)測裝置接收地面指令功能、發(fā)送指令功能的可靠性；

3）驗證無線壓力監(jiān)測裝置水嘴開關功能和壓力監(jiān)測功能。

2.2 試驗過程

試驗流程如圖9所示。試驗流體為質量濃度為1 000 mg·L-1的錦州3640聚合物，啟動注入泵開啟循環(huán)注入流程，管內壓力1.5 MPa，管外壓力0.8 MPa，穩(wěn)定注入1 h。利用地面控制裝置發(fā)送壓力監(jiān)測指令，等待無線壓力監(jiān)測工具接收指令，返回壓力參數(shù)信息，記錄試驗時間和數(shù)據(jù)。

2.3 試驗結果

無線壓力監(jiān)測試驗發(fā)碼曲線和返碼曲線如圖4所示。從圖4可以看到共有4條曲線，其中藍色曲線為總體流量曲線，綠色曲線為地面控制裝置監(jiān)測到的壓力曲線，紅色為泵出口壓力曲線，黃色為溫度曲線。圖中高低壓力段的排序、數(shù)量和持續(xù)時長傳遞不同的指令信息、壓力參數(shù)信息和水嘴開度信息，通過特定破譯后可獲得相應參數(shù)數(shù)值。

試驗數(shù)據(jù)：發(fā)碼用時0.75 h，返碼用時2 h，回傳管內壓力1.49 MPa，管外壓力0.80 MPa，無線壓力監(jiān)測工具水嘴開關功能正常，發(fā)碼過程中最小高低壓差為0.4 MPa。

圖4 無纜壓力監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)曲線

2.4 試驗分析

1）無線壓力監(jiān)測試驗中無線壓力監(jiān)測工具成功返碼，壓力波發(fā)碼最小高低壓差0.4 MPa，證明無線壓力監(jiān)測工具壓力波編碼在聚合物中，編碼高低壓差大于0.4 MPa時可行。

2）無線壓力監(jiān)測試驗中無線壓力監(jiān)測裝置成功返碼，驗證了無線壓力工具的接收編碼、破解編碼及回傳編碼功能可靠。

3）無線壓力監(jiān)測試驗中回傳管內壓力1.49 MPa，管外壓力0.80 MPa，實際管內壓力1.5 MPa，管外壓力0.8 MPa，證明了無線壓力裝置水嘴開關功能和壓力監(jiān)測功能的可靠性。

3 結論與認識

聚合物驅無纜壓力監(jiān)測工藝的研究實現(xiàn)了聚合物介質下無纜壓力信號的雙向傳輸和注聚工藝中工藝管柱內、外注入壓力的精確監(jiān)測，具有監(jiān)測用時短，效率高，不受井斜、層段影響，不影響注聚井正常注入的特點。該工藝利用無纜信號傳輸?shù)姆绞娇山鉀Q海上油田注聚井管外注入壓力監(jiān)測的難題，同時為后期無纜注聚工藝的研發(fā)提供設計和研究思路。

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Research and Test on Wireless Pressure Monitoring Technology of Polymer Flooding

1,KANG Xiao-dong,2,2,2,2

（1. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Company, Tianjin 300452, China;2. CNOOC (China)Beijing Research Center, Beijing 100020, China）

Aiming at the lack of supporting bottomhole injection pressure monitoring technology in offshore oilfields, in order to monitor downhole dynamics in real time to timely optimize and adjust single well allocation during field operations, a cableless pressure monitoring process for polymer flooding was developed. It consists of a ground device and a downhole cableless pressure monitoring device. By controlling the pressure in the tubing to form a regular pressure wave code, two-way transmission between ground and downhole parameter information can be achieved. The test verified that the process has the characteristics of simple instructions, short transmission time, and high monitoring accuracy. It is suitable for real-time monitoring of downhole dynamics in polymer injection wells in offshore oilfields, guiding the optimization of ground injection, and providing design idea for the subsequent research and development of cableless polymer injection ways.

Polymer flooding; Bottom hole injection pressure; Real-time; Wireless monitoring

中海石油(中國)有限公司綜合科研課題，渤海油田化學驅提高采收率技術 (項目編號：2018-YXKJ-006)。

2020-04-10

黃澤超（1989-），男，工程師，碩士，山東省濟寧市人，2015年畢業(yè)于華東石油大學的石油與天然氣工程專業(yè)，研究方向：海上油氣田分層注采工藝。

TE357

A

1004-0935（2020）09-1063-04