0 引言
注水是保持油层压力、实现油田高产稳产和改善油田开发效果的有效方法。发展分层注水技术，实现多油层有效注水，是提高水驱采收率的主攻方向之一[1-2]。
截至2016年12月，南海西部油田近70%的注水井采用分层注水方式注水。分层注水井中，74%选用同心集成分层注水工艺，其余井为油套分注。大斜度深井注水调配时，同心集成分注工艺存在以下问题：①注水调配时需反复进行钢丝作业投捞水嘴，作业耗时较长；②配水器水嘴尺寸固定，无法即时复测检配，调配效率低；③对某一层的调配会关联其上所有注水层，层间干扰大；④需钢丝作业起出仪器串，回放数据判断封隔器验封情况。而油套分注存在注水层数受限、对注水水质要求高及地面管理比常规分注井复杂等不足，油田高效注水开发受到制约[3]。
基于南海西部油田分层注水技术现状和需求，笔者提出了测调一体分层注水技术。该技术采用边测边调的方式进行流量测试与调配，通过地面仪器监测流量压力曲线，根据实时监测到的流量曲线，调整工作筒内水嘴大小直到达到预设流量。该技术具有测调效率高、精度高，水嘴可无级调节等优点，对海上油田大斜度深井分层注水开发具有重要的指导意义。
1 测调一体分层注水关键技术 1.1 工艺系统组成及测调工序该分层注水工艺系统主要由分层注水管柱、电缆绞车及地面控制系统等组成。分层注水管柱结构主要包括带水嘴的测调工作筒、水力锚、隔离封隔器和伸缩节等，结构如图 1所示。下入该注水管柱后，坐封封隔器并下验封仪器串进行验封；验封合格后下入流量调节仪器串进行测试调配；然后复测以检验配注量是否合格；合格后恢复井口，转入正常注水。
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| 图 1 测调一体分层注水管柱结构示意图 Fig.1 Structural schematic of the integrated measurement and adjustment separate layer water injection tubing 1—井下安全阀；2—变扣；3—滑套；4—伸缩节；5—顶部卡瓦封隔器；6—测调工作筒；7—隔离封隔器；8—支撑锚定器；9—沉砂单流阀。 |
1.2 主要技术特点
(1) 测调工作筒与分注管柱一起下入，内部装有可调水嘴，可实现无级调节。
(2) 可定位测调仪由电缆下入分注管柱中，与井下测调工作筒对接，地面直读调节流量，1次入井可完成所有层的调配，大幅减少工作量，注水调配合格后即可复测检配，配注精度高。
(3) 机电一体化验封仪1次入井可实现所有层位验封，操作简单，温度、压力和流量数据可实时显示。
(4) 地面控制器在地面通过电缆读取流量、压力和温度参数，并控制测调仪器调节水嘴。
(5) 可满足后期分层酸化、PLT测试和静压测试等配套服务要求。
1.3 配套工具、设备及其原理 1.3.1 测调一体工作筒测调一体工作筒随分注管柱一起下入，每个注水层下入一个测调工作筒来控制单层的注水量。测调一体工作筒结构如图 2所示。配水器和水嘴一体化设计，水嘴材质为陶瓷或硬质合金，调节过程需要与对应测调仪实现联动调节，测调仪定位爪打开后坐在配水器本体支撑座上，防转爪卡在配水器本体防转槽内，调节头卡在活动水嘴对应的调节套内带动其转动，进而实现水嘴开度的大小调节和关死等状态[4-8]。
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| 图 2 测调一体工作筒结构示意图 Fig.2 Structural schematic of the integrated measurement and adjustment cylinder 1—测调仪；2—支撑座；3—调节套；4—反扣螺纹；5—内陶瓷套(水嘴)；6—外陶瓷套(水嘴)。 |
此外，测调工作筒设计有过流通道，保证在测试堵塞中心(主)通道时，桥式通道还可以过水到下面的注入层(见图 3)，保持测试时全井的注入状态不发生改变，确保了测试资料的准确性和真实性[4]。
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| 图 3 注入水流向示意图 Fig.3 Schematic diagram of injected water flow direction |
该测调一体工作筒的主要技术参数为：内径46、46和53 mm，外径97、114和132 mm，长度1 170、640和800 mm，工作压差35 MPa，本体耐压80 MPa，工作温度≤150 ℃，配注能力1 500 m3/d，单行程调节时间≤5 min。
1.3.2 可定位测调仪可定位测调仪是整个测调系统的关键部件，它由磁定位、流量计、电机、定位爪、防转爪及调节头等组成，结构如图 4所示。测调时，定位爪、磁定位、调节头和电机等部件主要起定位和调节作用，一方面可准确定位封隔器和测调工作筒的位置，实现与工作筒同心对接；另一方面，当流量计、温度计和压力计将井下测调仪所在位置的流量、温度及压力通过电缆传送到地面控制器中显示时，可在地面直接读取井下数据，然后根据数据调节水嘴开度直至达到所需配注量，实现测试与调配一体的功能。
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| 图 4 可定位测调仪 Fig.4 Measurement and adjustment tool that could be positioned 1—扶正器；2—流量计；3—磁定位；4—集成控制装置；5—电机；6—定位爪；7—防转爪；8—调节头。 |
该测调仪主要技术参数包括：工具长度1 470 mm，最大外径42和47 mm，测试流量5~800、10~1 500 m3/d，测试压力0~80 MPa，工作温度150 ℃，流量测试精度±2.0%，压力测试精度±0.1%。
1.3.3 机电一体化验封仪目前南海西部油田层间封隔器验封主要通过钢丝作业方式，需多次投捞堵塞式双通道压力计实现封隔器验封，且验封结果需地面回放数据来判定是否合格[2]。该机电一体化验封仪能同时监测油管内、外压力，在地面分析压力数据，直接判断是否验封合格。验封仪主要由定位爪、集成控制装置、密封圈及电机等组成，结构如图 5所示。该验封仪是一个带有密封皮碗的双压力传感器结构，需配水器配合进行验封。
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| 图 5 机电一体验封仪 Fig.5 Mechanical and electrical integration sealing check instrument 1—磁定位；2—集成控制装置；3—电机；4—定位爪；5—压力传感器；6—密封圈；7—导锥。 |
验封时，验封仪下到工作筒位置，地面操作控制器使定位爪开臂定位在工作筒台阶，电机作用推动仪器行程挤压皮碗密封工作筒和仪器串环空，此时，2皮碗之间的传压孔对准工作筒水嘴与地层连通。井口主动改变油管压力p1，上一层地层压力p2与p1同步变化，如果当前地层压力p3随油管压力p1的变化而变化，说明封隔器不密封，反之，说明封隔器密封良好。验封原理如图 6所示。
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| 图 6 验封原理示意图 Fig.6 Schematic diagram of sealing check 1—验封仪；2—测调工作筒；3—隔离封隔器；4—密封皮碗。 |
该验封仪的主要技术参数包括：外径42和47 mm，长度1 256和1 470 mm，工作温度≤150 ℃，皮碗承压20 MPa，压力测试0~80 MPa，压力测量精度0.1%，数据读取方式为电缆直读。
1.3.4 其他工具和设备(1) 支撑卡瓦和伸缩节。支撑卡瓦用来支撑注水管柱重力，避免注水管柱蠕动，防止隔离封隔器密封失效。伸缩节能有效地补偿温度和压力效应下的管柱伸缩，改善注水管柱的受力条件，延长管柱的有效工作寿命。
支撑卡瓦主要由上下连接头、锚定机构、卡瓦托、复位弹簧和中心管等部件组成。注水管柱下放到位后，从油管内加压，即可坐封支撑卡瓦，将管柱支撑锚定。起管柱时，上提即可自动解封该支撑卡瓦[9]。
伸缩节主要由上下接头、内管、外管、上下扭矩传递机构、弹性连接件和多级组合密封件等组成。施工中，由液压推动活塞上行剪断剪钉，解除弹性连接限位，管柱伸缩补偿器在管柱张力的作用下内、外管发生相对运动而工作，从而达到自动补偿作用[10]。
(2) 地面一体化控制器。地面一体化控制器在地面通过电缆读取流量、压力和温度参数，并控制测调仪器调节井下可调水嘴。有防爆型地面控制器和便携式非防爆地面控制器2种类型。该控制器的技术特点包括：①井下数据采集和井下仪器控制双向同时完成；②验封压力、井下流量、压力和温度等参数实现可视化监测；③具备数据存储、井下工作电压和电流监测功能[11]。
2 现场应用 2.1 作业情况及应用效果W23井于2016年11月2日开始实施更换分层注水管柱作业，分注工艺选用测调一体分层注水技术，按油藏要求分4层进行注水。该井人工井底4 212.8 m，最大井斜65.4°。
本次作业隔离封隔器最大下深4 057.6 m，完井管柱下到位后，各级封隔器坐封、验封合格，在保持各小层水嘴全开、19 MPa注水压力下试注48 h，试注合格后按油藏要求进行注水调配，4层调配仅用时8 h，地面与井下流量计测试流量数据分别为460及457 m3/d，准确率达99.3%。未使用该工艺及使用该工艺后的注水调配结果如表 1所示。从表可看出，测调一体注水工艺技术与同心集成测调工艺技术相比，前者大幅提高了测调效率及测调精度。
| 测调工艺 | 测调层数 | 地面流量计数据/(m3·d-1) | 井下流量计数据/(m3·d-1) | 调配误差/% | 测调时间/h |
| 测调一体 | 4 | 460 | 457 | 0.7 | 8 |
| 同心集成 | 4 | 593 | 801 | 26.0 | 168 |
2.2 存在问题及对策 2.2.1 验封仪皮碗设计及承压
存在问题：验封仪密封皮碗外径与仪器本体外径相同，井斜较大时，入井过程中易磨损；井深较大时，井筒压力较高，皮碗承压能力不够。
改进措施：设计皮碗外径略小于本体外径，并做好密封功能试验；优选材质，提高皮碗承压差能力。
2.2.2 管柱设计存在问题：油管尺寸为ø88.9 mm(
改进措施：管柱设计在变扣与测调工作筒间增加1~2根ø3.0 mm油管，提前变径，消除变扣及井斜给测调仪定位带来的不利影响。
2.2.3 测调仪电机扭矩存在问题：测调仪电机扭矩不够，在压差大和注入量大时开关水嘴比较困难。
改进措施：测调工作筒水嘴入井前不要关到头，或改进测调仪，在其上集成大扭矩电机(目前电机能提供最大扭矩仅12 N·m)。
3 结论(1) 基于南海西部油田目前分层注水现状和需求，提出测调一体分层注水工艺。
(2) 该工艺测调工作筒内部装有可调水嘴，可实现无级调节；可定位测调仪可实现与工作筒同心对接，在地面直读调节流量，1次入井完成所有层的调配；机电一体化验封仪1次入井可实现所有层位验封，温度、压力和流量数据实时显示，操作简便。该工艺可有效解决同心集成分层注水存在的作业耗时长、测调效率低和层间干扰大等问题，也弥补了油套分注存在注水层数受限以及对水质要求高等不足。
(3) W23井现场应用结果表明：该工艺可以满足海上油田人工井底4 212.8 m、最大井斜65.4°的大斜度深井分层注水需求，可使4层的单井测调时间由平均7 d缩短为8 h。但该工艺也存在验封仪皮碗设计不太合理及测调仪电机扭矩相对较小等缺点，改进后具有较好的应用前景，对后续海上油田类似注水井分层注水调配具有重要的借鉴和参考意义。
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