步進快速調節式同心分層注聚器研制與應用

邢繼爽，王 巖，李東雷，劉致維，李 歡

1大慶油田有限責任公司第五采油廠，黑龍江 大慶

2青海油田采油一廠采油工藝研究所，青海 海西

1. 引言

油田注聚開發采用單管偏心分注技術作為分層注入的主體技術已在各大油田大面積推廣應用[1] [2][3]。目前，采油X 廠共有聚驅注入井1162 口，分層550 口，平均分2.4 層，測試周期3 個月，單井測試時間4.5 天計算，年測試工作量2200 井次[4]。近年來，隨聚驅規模的不斷擴大，聚驅分注井數和測試工作量逐年大幅增加，測試工作量與現有測試能力之間的矛盾日益凸顯[5] [6]。采油X 廠共有聚驅分注井550 口，主要采用偏心分層注聚工具，測試過程中需反復起下工具，目前存在如下兩個主要問題。

1) 投撈難度及工作量大

偏心分注技術在測試過程中需對控制層進行反復投撈，受聚合物長期注入影響，雜質多，投撈時常出現撈不著、投不進去的現象，投撈一次成功率僅50%，遠低于常規水驅井的一次投撈成功率，受注入穩定性因素的影響，測試周期內平均單層投撈次數為3.5 次，高于常規水驅井。

2) 測試效率及成功率低

受聚合物影響，每次投撈更換節流元件后需穩定1～2 天才能進行流量測試，導致起立防噴管次數增加。受聚合物團和雜質影響，測試儀器井下測試存儲地面回放的方式成功率低，在很大程度上影響了測試效率。

隨著聚驅開發的不斷深入，實現聚驅分注井免投撈測試、流量的連續調節和地面直讀是必然趨勢[7][8] [9]。為此，為提高聚驅分注井的測試效率，降低單井測試成本，緩解測試壓力，研制步進快速調節式同心分層注聚器。通過改變聚驅分注井的節流控制方式，實現測試過程中免投撈和同步測調，提高測試效率和成功率，滿足生產需要。

2. 步進快速調節式同心分層注聚器

如圖1，同心分層注聚技術工藝主要由地面調控裝置、單芯電纜、測調儀和同心注聚器組成[10] [11]。步進快速調節式同心分層注聚器作為技術核心，隨作業管柱下入井下指定位置，需要進行流量測調時，利用高效測調車通過Ф3.2 mm 單芯鋼管外鎧通訊電纜將同心測調儀下至井下與目的層同心注聚器同軸對接，實現地面直讀和快速調節，通過地面測試調控裝置實時讀取井下目的層流量值。

Figure 1. Schematic diagram of process principle of concentric layered polymer injection technology圖1. 同心分層注聚技術工藝原理示意圖

該工藝采用同心對接、節流元件偏心安裝的設計形式，在主體周向設置有8 個節流元件安裝孔，用于安裝具有不同阻尼槽數量的節流元件-梭形桿，此外在均布位置設有1 個空位，與8 個安裝孔呈均布狀態，用于控制該層停注。同心測調儀通過電纜下放到位后，打開定位爪，對接在導向筒上面，測調儀兩側的防轉塊卡進導向筒的防轉槽內。測調工具的調節頭與調節套上的對接槽對接，然后帶動調節套轉動[12]，在調節套下端設置1 個注入孔，發生旋轉時調節套上的注入孔對應不同的節流元件安裝孔，可實現節流元件周向步進調節，從而達到對注入量的調整。

調節套上部設置有9 個圓孔和2 個鋼球，9 個圓孔與節流元件安裝孔一一對應，在旋轉的同時鋼球與不同的圓孔配合，對應與不同的注入量。鋼球和圓孔之間設有彈簧，用于增大調節扭矩，調節過程中會產生扭矩波動，在地面以電流波動的形式體現，以此來對應不同的注入量，從而實現各層注入量的步進快速調節(圖2)。

Figure 2. Structure diagram of step regulating concentric polymer injector圖2. 步進調節式同心注聚器結構圖

主要技術指標：工具長度700 mm；最大外徑Φ114 mm；內通徑Φ46 mm；最大承壓25 MPa；單井測試時間低于3 天。

為明確該工藝的有效性，對該工藝進行了現場試驗。現場試驗過程中發現應用步進調節式同心注聚器在井下偶爾出現調不動的問題，分析主要原因為調節套上端圓孔與鋼球配合處的彈簧進入雜質后無法壓縮，導致調不動，為此將其定位方式進行優化，在密封盤外側設計與節流芯相對應的9 個凹槽，在凹槽對應位置處增加定位銷子，銷子末端設計彈簧。同時在兩個凹槽一側沒有過渡斜面，分別對應水嘴的最大和最小位置。當密封盤旋轉到該位置時不能繼續轉動，只能反向旋轉，這樣就會給地面操作人員一個提示，用來判斷水嘴最大和最小位置。改進前后結構圖如圖3 和圖4。

Figure 3. Schematic diagram of the original positioning scheme圖3. 原定位方案示意圖

Figure 4. Schematic diagram of improved scheme圖4. 改進后方案示意圖

3. 現場應用

選定連續調節式同心注聚器進行現場應用，并進行了驗封和調測，驗封均密封，密封率100%；如表1，根據調測7 井次統計結果，平均單井用時2.8 天，累計調測層段30 個，合格30 個，全井和層段測試合格率均為100%；累計同軸對接115 次，一次成功111 井次，一次對接成功率96.5%。

Table 1. Statistics of on-site survey表1. 現場調測情況統計表

單井驗封和調測實例：X1 井于2019 年9 月20 日下入連續調節式同心分層注聚器，分兩層注入，2個層的注聚器開度均為最大，于2019 年9 月24 日下入直讀驗封儀進行驗封，驗封曲線顯示封隔器密封，驗封曲線如圖5 所示：

Figure 5. Seal inspection curve of well X1圖5. X1 井驗封曲線

2019 年11 月8 日下入測調工具進行流量測試，測試曲線如圖6 示，將測試的各層注入量與配注量進行比對，發現偏2 實注53 m3/d (配注60 m3/d)，偏1 實注11 m3/d (配注5 m3/d)。

Figure 6. Test curve before well X1 adjustment圖6. X1 井調前測試曲線

將偏開度縮小，降低偏1 注入量，穩定后測試曲線如圖7 所示：偏2 實注58 m3/d，偏1 實注6 m3/d，滿足配注要求。

Figure 7. Test curve of well X1 after adjustment圖7. X1 井調后測試曲線

聚驅工作的逐步開展，X 廠聚驅注入井數逐年增加，預計2023 年總井數達到1288 口，分層井數達到692 口，年測試工作量4000 井次以上，需組建聚驅測試班組69 個。在聚驅分注井中推廣應用同心分層注聚工具，單井測試時間由4.5 天縮短至2.8 天，測試效率提高37.8%，可節省測試班組25 個。由于測試效率及成功率的提高，使分層注入效果得到改善，連通油井井組累計增油3793 噸，累計創效973 萬元。

4. 結論

1) 設計了步進快速調節式同心分層注聚器，將不同槽數的節流元件預置在同心分層注聚器內，實現流量步進可調。

2) 采用配注-堵塞器一體設計思路，旋轉調節套即可改變聚合物注入量，避免了反復投撈堵塞器來調注入量的繁重工作；采用堵塞器與配注器同心設計，避免了傳統偏心設計時堵塞器撈不著、投不進去而工作量大、測試效率低問題，利用地面同心測調工藝可方便調節。

3) 試驗井全井和層段測試合格率為100%，對接一次成功率96.5%。在聚驅分注井中推廣應用同心分層注聚工具，單井測試時間由4.5 天縮短至2.8 天，測試效率提高37.8%。