2. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司
2. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co
0 引言
渤海油田注聚试验区的试验结果表明：油层物性非均质性会导致油田注聚层间矛盾越来越突出，聚合物溶液分段注入成为聚合物驱提高采收率的关键技术。分层注聚可以减小层间干扰的影响，保证注入流体以活塞方式均匀推进，提高资源利用率，增强开发效果。但目前的分层注聚工艺存在聚合物黏度损失率高及驱油效果差等问题，严重影响聚合物驱的开发效果，作业成本高[1-7]。鉴于此，开发了海上油田注聚井单管分层注聚测调技术。该技术是地面控制器通过下入的电缆控制井下测调仪器，对井下注聚测调工作筒水嘴进行调节控制并实时监测，数据实时在线可读，提高了测调效率与准确率，缩短了施工周期，使分层注聚工艺技术进入了一个崭新的阶段。
1 技术分析 1.1 管柱组成海上油田注聚井单管分层注聚测调新技术管柱主要由油管、井下安全阀、滑套、定位密封、注聚测调工作筒和层间插入密封等组成，如图 1所示。
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| 图 1 单管分层注聚测调新技术管柱 Fig.1 Pipe string for the new testing technology for single-pipe layered polymer injection 1—油管；2—顶部封隔器；3—定位插入密封；4、7、10—注聚测调工作筒；5、8—隔离封隔器；6、9—层间插入密封。 |
地面控制器与井下测调仪器通过电缆连接。井下测调仪器通过电缆作业下入，对井下测调工作筒进行监测和调控，数据实时在线可读。注聚测调工作筒与油管相连，聚合物经油管注入，井下测调仪由地面控制器控制，对注聚测调工作筒内的可调槽体进行调节，进而调节注聚水嘴大小，使其达到油藏配注要求。
1.2 原理单管分层注聚测调新技术适用于φ120.7 mm以上防砂完井和套管完井管柱，完井时根据分层注聚层段数的要求，连接不同级数的注聚测调工作筒和插入密封工具配合，达到分层目的。电缆作业下入测调仪器调节注聚工作筒，根据油藏要求调整配注水嘴的大小，控制不同层段的配注量。测调时，地面控制器通过下入的电缆与井下测调仪器连接，井下测调仪器接受地面控制器的指令和数据，完成对测调工作筒的控制，实现各层段分层注聚量的调节和参数实时监测。井下测调仪器能根据预设配注量与实测流量的差值自动调配，直至流量差值满足要求为止，从而实现闭环控制。
层间验封时，电缆作业下入验封仪器，开关井口阀门使注水压力变化，观察管柱压力与地层压力的变化情况，确定分注管柱验封结果。
1.3 技术特点(1) 分层注聚测调工作筒的桥式通道可使分层注聚工具上、下压力平衡，方便电缆作业，减小测试误差。
(2) 可对地层温度、流量和压力进行监测，并通过地面控制器对井下注聚工作筒进行调节，实现配套测调一体化。
(3) 该工艺具有成本低、操作简单以及对环境要求低的特点。适用以下井况：井斜不超过60°的注聚井；φ120.7 mm及以上的防砂完井。
2 配套工具设计 2.1 注聚测调工作筒 2.1.1 结构及主要技术参数注聚测调工作筒是单管分层注聚测调新技术中关键的配套工具，主要由上接头、丝杆接头、外筒、调节槽体和下接头等组成，如图 2所示。为使节流效果更明显，并防止结垢积污，节流芯与工作筒采用锥面配合，同时节流芯采用的梭形杆波纹结构可减小聚合物黏度损失，芯体及其配合件采用高强度不锈钢制造，表面镀高硬度耐蚀合金。
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| 图 2 注聚测调工作筒结构示意图 Fig.2 Structure diagram of polymer injection testing barrel 1—上接头；2—丝杆接头；3—调节槽体；4—外筒；5—下接头。 |
注聚测调工作筒主要技术参数：工作温度-10~150 ℃，最高工作压力40 MPa(压差)，最大外径114 mm，有效通径46 mm，黏损≤15%，流量调配范围2~500 m3/d。
2.1.2 工作原理调节槽体与外筒锥面配合，聚合物经油管进入注聚测调工作筒，测调仪支撑臂由导入笔尖定位，调节爪与调节槽体配合。井下测调仪转动，带动调节槽体上、下移动，调节槽体与外筒之间间隙改变，聚合物沿梭形结构由出口处进入地层。
正调：测调仪调节爪正旋时调节槽体下行，调节槽体与外筒套间隙增大，聚合物剂流体阻尼降低，即调大注聚流量。
反调：测调仪调节爪逆旋时调节槽体上行，调节槽体与外筒套间隙减小，造成聚合物剂流体阻尼升高，即调小注聚流量。
注聚测调工作筒调节行程两端可脱扣旋转，啮合由上、下弹簧配合；测调仪扭矩过载时，电机自动停止旋转。
2.2 井下测调仪器 2.2.1 结构井下测调仪(见图 3)采用单电机结构，即用1个电机同时控制支撑臂的开收和调节头的正负调节。用特殊的机械结构来保证在正常配注调节时不会进行支持臂的开收，因为在配聚调节时测调仪坐落在注聚测调工作筒内，2个支持臂正好在注聚测调工作筒的导向槽内，这样可以保证仪器居中和防转，而调节头上的伸缩块与注聚测调工作筒内可转部分可以密切配合，当电机正转或反转时，调节头同步正转或反转，从而带动工作筒内可转部分的正转或反转。正转时可调槽体向上移动，水嘴开度增大，对应配聚量增大，反转同理[8-11]。
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| 图 3 井下测调仪结构示意图 Fig.3 Structure diagram of downhole tester 1—扶正器；2—外磁电磁流量计；3—电机及其控制模块；4—收/放传感器；5—对接传感器；6—压力/温度传感器；7—支撑执行机构；8—调节执行机构。 |
2.2.2 主要技术参数
外径42 mm, 长度1 830 mm(含电缆头), 质量15 kg, 流量测量范围0~1 000 m3/d(测量误差±3.0%)，压力测量范围0~60 MPa(测量误差±0.2%)，电机转速0.75 r/min，额定扭矩25 N·m，工作温度0~150 ℃，工作电源130~140 V DC。
2.3 地面控制器 2.3.1 结构及主要技术参数地面控制器由ST104工控机、LCD显示器、触摸屏、控制模块、编解码模块及程控直流电源、电源电流显示等模块组成。控制软件是基于Windows 2000/Xp的图形化控制软件，界面友好，操作方便，工作稳定。通过电缆与井下测调仪器建立联系，实现供电与信息传输，从而有效进行智能测试调配与实时监测等。地面控制器主要技术参数：环境温度-30~65 ℃，防爆等级ExdII BT6，防护等级IP55~56，输入电源85~265 V AC、50~60 Hz，输出电源0~220 V DC、0.5 A DC。
2.3.2 工作原理地面控制器通过电缆连接井下测调仪器同时工作，实时监测井下温度、压力和流量等参数，并完成分层注入量的调控。与井下测调仪器通信，采用主从方式逐层接收并存储采集到的井下数据，同时发送相应的控制命令给井下测调仪器。与PC上位机的通信采用RS485通信接口，上位机发送控制命令到控制器，实现直读井下测井数据和控制井下测调仪器操作；上位机通过RS485接口向地面防爆控制器的存储芯片中设置参数。地面防爆控制器由供电电源、硬件编解码电路和控制电路系统组成，其结构简单，能够防腐、隔爆，可全天候工作或间歇工作，具有远程操控功能。
3 现场试验2015年8月，将海上油田注聚井单管分层注聚测调新技术管柱在中海油大斜度模拟试验井进行功能性验证试验。试验井斜深1 023 m，横向位移469 m，垂深803 m，最大井斜70.50°，造斜点219 m。试验时按照设计方案下注聚管柱，注聚测调工作筒分别下入500、600和750 m深度。电缆作业下入井下测调仪器，通过地面控制器分别控制各层注聚测调工作筒可调水嘴开度，在总注入量恒定的条件下，监测各层注聚测调工作筒的流量变化，确定各可调水嘴开度与分层注入量的关系，以保证调配的准确性; 通过取样分析不同水嘴开度下的黏度保持率。试验结果如图 4所示。
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| 图 4 注聚测调工作筒不同水嘴开度下的保黏率 Fig.4 Viscosity retention rate of polymer injection testingbarrel under different nozzle opening degrees |
试验结果表明：该管柱供电稳定、信号传输通畅、参数测量准确、水嘴开度调节精度高，井下测调仪器工作性能可靠，各项性能指标均达到了预期目标，注聚测调工作筒的保黏率达到86%以上，验证了该技术的可行性。
4 结束语针对分层注聚工艺存在的聚合物黏度损失率高、驱油效果差及作业成本高等问题，开发了海上油田注聚井单管分层注聚测调新技术，设计了注聚测调工作筒、井下测调仪器及地面控制器等配套工具。注聚测调工作筒的桥式通道可使分层注聚工具上、下压力平衡，方便电缆作业，减小测试误差；井下测调仪器及地面控制器可对地层温度、流量和压力进行实时监测，提高测调效率和测试资料准确度。现场试验结果表明：海上油田注聚井单管分层注聚测调新技术管柱供电稳定、信号传输通畅、参数测量准确、水嘴开度调节精度高，井下测调仪器工作性能可靠，各项性能指标均达到了预期目标，注聚测调工作筒的保黏率达到86%以上，具有较高的应用推广价值。
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