分層注水井全電控測試技術完善與應用

摘要：隨著大慶油田進入特高含水開發后期，分注井數、層段數逐年遞增，測試工作量大幅增加，測試能力已達瓶頸，測試隊伍與測試工作量之間的矛盾日益突出。近年來，攻克了包括電動驗封技術、電動投撈技術和電動驗封測調一體技術的全電控測試技術，這些技術可實現分層注水井驗封、投撈、測調工作全過程電纜直控、地面直讀，使測試工作由機械方式向機電一體化轉變，大幅度提高了測試效率。但在技術推廣應用過程中，出現工具結構設計不合理、材質強度不夠等情況導致工藝成功率較低。因此，攻關完善分層注水井全電控測試技術，通過對電動驗封儀、電動投撈儀和電動驗封測調一體儀的優化完善，進一步提高工藝成功率，累計開展現場試驗318口井，節約了測試費用，具有良好的推廣應用前景。

關鍵詞：分層注水;全電控;技術完善;測試效率

中圖分類號：TE934.1" " " " "文獻標志碼：A" " " "doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.04.008

Improvement and Application of Fully Electrically Controlled Testing Technology for Layered Water Injection Wells

WANG Jingqi1，2

（1. Oil Production Technology Research Institute，Daqing Oilfield Limited Company，Daqing 163453，China;

2.Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Stimulation，Daqing 163453，China）

Abstract： As Daqing Oilfield enters the late stage of ultra-high water cut development，the number of injection wells and layers is increasing year by year，and the testing workload has increased significantly. The testing capacity has reached a bottleneck，and the contradiction between the testing team and the testing workload is becoming more and more obvious. In recent years，we have focused on fully electronic testing technology，including electric seal inspection technology，electric fishing technology，and integrated electric seal inspection，testing and adjustment technology. This technology can achieve the full process of cable direct control and ground direct reading for layered water injection well sealing inspection，fishing and testing work，transforming the testing work from mechanical mode to mechatronics integration，greatly improving testing efficiency. However，in the process of technology promotion and application，problems such as unreasonable tool structure design and insufficient material strength have led to a low success rate of the process. Therefore，we will address and improve the all-electric control testing technology for layered water injection wells. Through the optimization and improvement of electric sealing instruments，electric fishing instruments，and integrated electric sealing and testing instruments， we will further improve the success rate of the process. The total number of on-site tests we have conducted has reached 318，which has saved testing costs and has good prospects for promotion and application.

Key words： layered water injection;fully electronic control;technical improvement;testing efficiency

精細分層注水已成為油田高產穩產的重要技術手段[1-4]。注水井數和細分層段數逐年增多，常規測調工藝測試能力已達瓶頸，測試工作量、測試效率與注水合格率之間的矛盾日益突出[5-8]，全電控測試技術可大幅度提高測試效率[9-10]，但在現場應用過程中工藝成功率不夠高。本文介紹了對于全電控測試技術的改進完善，進一步提高技術工藝性能。

1 技術原理

全電控測試技術主要原理是將測試儀器通過電纜與地面控制箱連接，操作地面軟件系統發射信號，控制井下測試儀器實現分層注水井的驗封、投撈、測調功能。電動驗封儀與井下配水器對接后，通過電機控制密封膠筒擴張，實現雙卡密封。在地面可以直讀壓力信號，即時判斷封隔器密封狀況。同時可監測電動驗封儀密封膠筒內腔壓力，從而直接判斷密封膠筒的密封狀態，無需二次下入驗證，提高驗封一次成功率和驗封效率[11-12]。電動投撈儀通過電纜控制投撈臂的張開與回收，利用電機帶動活塞完成敲擊動作，從而實現堵塞器打撈和投送工作[13]，一次下井可實現“一投一撈”，無需6 m以上沖距，具有正反導向功能，能夠適應細分注水井要求。電動驗封測調一體儀將驗封儀、測調儀進行了一體化設計，采用雙電機工作，通過獨特機械結構設計，保證了調節臂的打開/收回、可調堵塞器的正負調節、坐封解封動作能夠獨立進行，實現一次下井可同時完成分層流量調配與驗封功能[14-15]。

2 儀器結構

2.1 電動驗封儀

電動驗封儀主要由扶正機構、電機控制機構和測壓驗封機構組成，包括電纜頭、線路板、壓力傳感器、電機、活塞、密封膠筒、支撐臂等，結構如圖1所示。工作時由電纜連接電動驗封儀下入偏心注水井中，地面控制支撐臂在井下的打開和回收，實現與井下任意層段偏心配水器的對接，利用電機控制活塞的移動實現兩組密封膠筒的坐封、解封，采用壓力傳感器分別采集油管內流壓、地層靜壓，準確判斷封隔器密封情況。

2.2 電動投撈儀

電動投撈儀主要由電機控制機構、投撈機構、攀爬機構和導向機構組成，包括電纜頭、磁定位傳感器、投撈變速伺服電機、電動敲擊結構、投撈執行結構、投入臂、撈出臂、支撐臂、導向器、導向控制電機等，結構如圖2所示。工作時由電纜連接電動投撈儀下入偏心注水井中，磁定位傳感器準確反饋工具下入深度。電機控制機構控制投入臂和撈出臂的收臂、投入、撈出動作，實現堵塞器的投入和撈出。導向器上側安裝了收攏、正、反導向傳感器，具有雙導向功能，一次下井可完成堵塞器的一投一撈，提高投撈效率。

2.3 電動驗封測調一體儀

電動驗封測調一體儀主要由流量測量機構、電機控制機構、流量調節機構、驗封機構和導向機構組成，包括電纜頭、上流量計、電機、調節組件、調節臂、電機傳感器、密封膠筒等，結構如圖3所示。調節流量時，電機控制調節臂張開，密封膠筒、支撐臂和導向臂收攏，下放儀器使得調節臂與配水器內的堵塞器對接，通過調節臂上調節頭轉動實現分層注水量的測調功能;驗封工作時，電機控制調節臂收攏，支撐臂張開，下放儀器使得支撐臂與井下配水器定位臺階配合，控制密封膠筒脹封，實現封隔器驗封功能。

3 技術完善

全電控測試技術在不增加測試班組數量的情況下實現測試效率的大幅度提高，與常規測試技術相比測試效率可提高30%以上。但全電控測試儀器在現場應用過程中出現的故障問題嚴重影響現場應用效果。因此，針對各類技術問題提出優化設計方案，進一步提高工藝成功率。

3.1 電動驗封技術完善

3.1.1 泄壓機構改進

電動驗封儀快速泄壓原理是通過電機控制螺桿旋轉，帶動螺母上行，泄壓閥芯隨之移動，使地層壓力與密封腔體內壓力平衡，實現密封膠筒快速解封。但原泄壓機構中沒有設置限位結構，無法保證泄壓閥芯上行距離，容易導致螺桿和螺母損壞，甚至電流過大燒壞電機。改進后增加彈簧限位結構，通過彈簧推壓螺母限制泄壓閥芯最大上行距離，延長螺桿與螺母使用壽命，降低儀器故障率。

3.1.2 離合器梯形螺紋改進

針對現場應用過程中出現由于離合器螺紋旋合異常導致的電動驗封儀井下失效問題，將離合器梯形螺紋切入角由90 °改為180 °，同時通過熱處理等措施增加螺紋起始硬度，并將調質處理改為軟氮化處理，提高螺紋表面耐磨能力，如圖4所示。

3.1.3 密封膠筒改進

優化設計密封膠筒結構，改善膠筒通過性，增加坐封擠壓易損壞位置膠筒厚度，提高密封膠筒承壓能力，延長密封膠筒使用壽命，如圖5所示。

3.2 電動投撈技術完善

3.2.1 投撈臂結構改進

針對電動投撈儀投撈臂傳感器軟軸彎曲半徑小，收攏/放開后發生形變，影響信號傳遞的問題，將投撈復位彈簧和信號傳遞軟軸外層定向套由不銹鋼材質改進為錳鋼材質，增加軟軸兩端距離，增大軟軸彎曲半徑。同時將感應磁鋼由1個增加到3個，適當增加復位彈簧彈力，提高電動投撈儀與堵塞器的對接成功率，如圖6所示。

3.2.2 導向器結構改進

電動投撈儀在與配水器對接操作中易出現滑層現象，導致電動投撈儀與配水器對接失敗。將不銹鋼材質扭簧改進為錳鋼材質，并在錳鋼材質扭簧表面進行鍍鎳防腐蝕處理，扭簧剛性增強使向外推力增加，重復壓縮扭簧張力不會變小，如圖7所示。

3.2.3 投撈臂對接頭結構改進

原撈出頭前端導入口的長度較短，堵塞器在撈出頭中的可偏離角度較大，投撈儀在投入堵塞器與配水器對接時容易出現滑層和脫落現象。增加撈出頭前端導入口的長度，使堵塞器在撈出頭中的偏離角度由16°減少到3°，提高堵塞器撈出后在撈出頭中的穩定性，防止出現堵塞器脫落現象，增加堵塞器撈出成功率，如圖8所示。

3.3 電動驗封測調一體技術完善

3.3.1 調節頭結構改進

完善調節頭結構設計，解決調節頭與可調堵塞器打撈頭適配性差、對接不好及調節打滑等問題，提高對接和測調成功率，如圖9所示。

3.3.2 流量計密封結構改進

將流量計頂部的連接方式由密封塞密封芯線方式改進為整體密封，使儀器內部整體密封性更好，牢固性強，芯線不易短路，延長工藝使用壽命，如圖10所示。

4 現場應用

全電控測試技術完善后，累計開展現場試驗318口井。其中，電動驗封技術完成現場試驗168井次，一次驗封成功率由92.8%提高到93.9%;電動投撈技術完成現場試驗125井次，一次投撈成功率由92.5%提高到93.9%;電動驗封測調一體技術現場試驗井25井次，一次測調成功率由92.2%提高到94.1%。應用全電控測試技術后，班組月測試井數可由5口增加到7口，按照平均測試周期4個月計算，2021年至今，通過減少測試班組人員投入累計節省測試費用約￥311萬元。

在A井開展電動驗封現場試驗，下放電動驗封儀坐入偏心配水器內，操作膠筒密封。井口控制注水閥門“開-關-開”動作，每個動作穩壓5 min，地面監測判斷封隔器密封性，驗封曲線界面如圖11所示，A井封隔器全部密封。

在B井開展電動驗封測調一體儀現場試驗，B井基礎數據如表1所示，試驗前偏2層流量為42 m3/d，偏4層流量為34 m3/d，如圖12所示。下放電動驗封測調一體儀坐入相應層段的偏心配水器內，控制調節臂與可調堵塞器對接，調節可調堵塞器水嘴開度，將偏2層和偏4層流量分別調節到31 m3/d和41 m3/d，滿足現場配注要求，如圖13所示。

5 結論

1） 全電控測試技術主要包括電動驗封技術、電動投撈技術和電動驗封測調一體技術，可實現分層注水井驗封、投撈、測調工作全過程電纜直控、地面直讀，大幅度提高測試工作效率。

2） 通過優化設計電動驗封儀泄壓機構結構和密封膠筒形狀、調整電動投撈儀投撈臂和對接頭尺寸、完善電動驗封測調一體儀調節頭結構和流量計密封方式，全電控測試技術一次工藝成功率平均提高1.5%。

3） 全電控測試技術完善后，累計開展現場試驗318口井，節省測試費用￥311萬元，具有良好的推廣應用前景。在后續的工作中將根據現場應用情況繼續優化全電控測試技術，進一步提高工藝成功率。

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收稿日期： 2024-01-04

基金項目： 中國石油大慶油田有限責任公司科研項目“大慶油田長垣水驅精準挖潛工藝試驗”（dqp-2017-cy-sy-002）。

作者簡介： 王競崎（1990-），男，黑龍江大慶人，工程師，現從事注水井測試工藝技術研究工作，E-mail：jingqiwang@petrochina.com.cn。