儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

沈鴻圖

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

分層注水技術(shù)能有效地解決油田開發(fā)中的層間矛盾，提高采收率，維持油田的長(zhǎng)期穩(wěn)定高產(chǎn)。分層注水是通過封隔器的封隔和水嘴的控制來實(shí)施注水，使高、中、低滲透地層都發(fā)揮注水作用，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整油田層間矛盾，提高注水波及系數(shù)的一項(xiàng)工藝措施[1-2]。然而受到井下配水器嘴損的影響，原本設(shè)計(jì)好的配注方案達(dá)不到理想效果，雖然有嘴損曲線可以參考，但是實(shí)際復(fù)雜的井下情況造成嘴損值與嘴損曲線存在差異，通過應(yīng)用儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)取值，可以準(zhǔn)確直觀地了解嘴損情況，便于調(diào)整配注方案達(dá)到預(yù)期注采效果。

嘴損作為井下最不確定的影響因素，一直困擾著設(shè)計(jì)分層配注[3]方案的地質(zhì)工程師，又因?yàn)橛绊懽鞊p的參數(shù)有很多，單獨(dú)研究起來事倍功半，不如設(shè)計(jì)出一種能直接測(cè)量嘴損壓差值的壓力計(jì)，提供真實(shí)準(zhǔn)確的嘴損值給地質(zhì)工程師作參考。針對(duì)這一目的，設(shè)計(jì)出了一款存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)，可為地質(zhì)工程師提供可靠的數(shù)據(jù)保障。

1 儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)設(shè)計(jì)

1.1 儀器外觀設(shè)計(jì)

由于測(cè)量嘴損值及嘴損閾值，要將存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)投送至狀況復(fù)雜的井下，所以要求壓力計(jì)的材質(zhì)必須夠堅(jiān)硬并且耐腐蝕。井下壓力恢復(fù)的時(shí)間因地層情況的不同有很大差異，所以要求存儲(chǔ)式壓力計(jì)的存儲(chǔ)容量一定要保證在72 h續(xù)航能力以上。存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)要投送至配水器內(nèi)，所以要求儀器長(zhǎng)度和直徑要盡量與配水器內(nèi)裝載的阻塞器保持一致。所以將存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)設(shè)計(jì)為長(zhǎng)185 mm、直徑20 mm與普通偏心配水器裝載的堵塞器尺寸完全一致，這樣可以保證壓力計(jì)能與偏心水嘴良好吻合，不影響水井的正常生產(chǎn)。存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)采用不銹鋼材質(zhì)，在裝載儀器電池和瓷質(zhì)水嘴后，質(zhì)量?jī)H為1 830 g，不僅方便施工人員攜帶，還能減緩儀器腐蝕的速度。

1.2 儀器組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于試井施工過程中，井下復(fù)雜情況的影響，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致測(cè)試儀器在投撈過程中部分損壞，整支更換儀器，不僅要保證被換儀器的檢校日期相似，還造成儀器維修費(fèi)用的高投入。針對(duì)這種情況，將儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)設(shè)計(jì)為投撈、電池、測(cè)量可組裝的三部分。儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

自左向右，投撈部分由打撈頭和凸輪組成，主要作用是負(fù)責(zé)儀器的投送和打撈工作。投撈部分的設(shè)計(jì)完全符合常用投撈器能吻合的尺寸。電池部分由電池筒和壓力計(jì)電池組成，主要作用是裝載壓力計(jì)鋰電池，該電池可持續(xù)測(cè)量長(zhǎng)達(dá)240 h。由于整支儀器長(zhǎng)度固定為185 mm，投撈部分長(zhǎng)度也必須為90 mm才能與投撈器匹配。所以該處的設(shè)計(jì)僅為15 mm，主要是為了縮小電池筒的長(zhǎng)度，盡可能給測(cè)量部分騰出空間。測(cè)量部分由電路板、出液孔、后傳感器、瓷質(zhì)水嘴承裝筒、前傳感器、進(jìn)液孔組成。主要作用是通過前后傳感器對(duì)液體在進(jìn)、出液孔處進(jìn)行壓力測(cè)量。組合式的結(jié)構(gòu)型的儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)，方便組裝更換配件，一旦某個(gè)部位未達(dá)到測(cè)試要求，可隨時(shí)更換配件組裝成滿足要求的儀器下井測(cè)試。

圖1 儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖

1.3 儀器通道、承載式測(cè)量部位設(shè)計(jì)

由于井下配水器裝載的阻塞器作為注水的唯一通道，替換阻塞器的嘴損壓力計(jì)同樣也要保證注水通道的暢通，并要在通道的進(jìn)出口測(cè)得壓力，所以將嘴損壓力的核心測(cè)量部分沿用通道設(shè)計(jì)，此處的設(shè)計(jì)主要是將2個(gè)高精度壓力傳感器通過儀器外殼內(nèi)走線的方式與主板連接，實(shí)現(xiàn)既有流體通道，也有傳壓通道的雙通道結(jié)構(gòu)，在配合測(cè)量進(jìn)液孔和出液孔兩處的壓力，計(jì)算壓差測(cè)得嘴損值或嘴損閾值。分層注水過程中，可以通過嘴損曲線簡(jiǎn)單計(jì)算出要完成目標(biāo)配注量所需水嘴直徑[4]。嘴損曲線為水嘴直徑、通過水嘴的配水量及節(jié)流壓力損失三者之間的關(guān)系曲線[5]。但由于嘴損閾值的存在，嘴損曲線與實(shí)際嘴損值有較大偏差。嘴損閾值就是注水井井下配水器所能承受的最大壓差。低于嘴損閾值，配水器正常工作，完成對(duì)水量的限制調(diào)控作用。如果高于嘴損閾值，配水器內(nèi)的阻塞器內(nèi)陶瓷水嘴由于承受不了嘴前嘴后的壓差，被損壞，破損的瓷質(zhì)碎片可能堵塞出水口或者完全釋放水量，根本不能完成對(duì)分層井的限流作用，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

由于嘴損閾值需要測(cè)量瓷質(zhì)水嘴破損瞬間的壓力變化，所以儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)獨(dú)特設(shè)計(jì)了一個(gè)可以裝載并更換瓷質(zhì)水嘴的存放槽，即方便更換不同大小的瓷質(zhì)水嘴測(cè)量不同水量下的嘴損值，也可以承裝被嘴損壓差擊碎的瓷質(zhì)水嘴，并記錄下破裂瞬間的嘴損閾值。

2 儀器簡(jiǎn)介

針對(duì)嘴損值的測(cè)量與嘴損閾值的測(cè)量，結(jié)合現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于偏心配水器的阻塞器的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制造了儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)。

實(shí)物儀器展示如圖2所示，儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)長(zhǎng)185 mm、直徑20 mm，有打撈頭、定位套、凸輪、密封圈、電池筒、電路板、出液孔、井液孔、前后雙壓力傳感器、回放孔、鋰電池、瓷質(zhì)水嘴存放槽等組成。采用不銹鋼材質(zhì)，主要應(yīng)用于偏心配水器的嘴損測(cè)量。

圖2 儲(chǔ)存式嘴損壓力計(jì)外觀圖

存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)采用高精度壓力傳感器，測(cè)量范圍0～60 MPa，精度0.05 %，耐溫125°，可安裝0～10 mm的瓷質(zhì)水嘴，井下連續(xù)工作時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)240 h。

由于偏心配水器的限流作用是依靠調(diào)整阻塞器內(nèi)的瓷質(zhì)水嘴進(jìn)液口的大小來控制的，真是這個(gè)瓷質(zhì)水嘴前后產(chǎn)生了嘴損壓差，真是根據(jù)這個(gè)原理，在瓷質(zhì)水嘴前后，阻塞器的進(jìn)、出液孔各安裝了壓力傳感器，直接測(cè)量進(jìn)液孔和出液孔處的壓力，通過做差，直觀得到嘴損壓差。通過調(diào)整瓷質(zhì)水嘴的大小，及在井下長(zhǎng)時(shí)間存放，當(dāng)嘴損壓差為0 MPa，且瓷質(zhì)水嘴已破損的情況，得到嘴損閾值。

3 儀器的應(yīng)用效果

3.1 解決部分層位不吸水的問題

大慶油田B1號(hào)井同位素吸水剖面測(cè)井，測(cè)井成果圖如圖3所示。進(jìn)行同位素吸水剖面測(cè)井時(shí)發(fā)現(xiàn)密封段配水器以上層位沒有同位素吸水顯示，原本設(shè)計(jì)要求吸水的地層不吸水，沒有達(dá)到分層配注[3]的要求。為了解決問題，對(duì)B1號(hào)井進(jìn)行嘴損值的測(cè)量，測(cè)量得到的嘴損值Δp經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，密封段配水器以上層位的壓力大于注水壓力與嘴損壓力的差值，即p1>(p-Δp)。水井地下簡(jiǎn)圖如圖4所示，流體并不能上返，所以完不成配注。根據(jù)嘴損值Δp，重新調(diào)整方案，增大水嘴直徑[4]，縮小嘴損值Δp，使得密封段配水器以上層位的壓力小于注水壓力與嘴損壓力的差值，流體上返，達(dá)到分層配注的要求。隨后又對(duì)類似百余口問題井進(jìn)行嘴損值測(cè)試，問題均得到解決。

圖4 水井地下簡(jiǎn)圖

3.2 配合瓷質(zhì)水嘴測(cè)量嘴損閾值

大慶油田G1號(hào)井，通過同位素測(cè)井發(fā)現(xiàn)G1號(hào)井的三個(gè)配水層段中偏Ⅱ?qū)佣坞m然有同位素顯示，但井溫曲線變化異常，流量數(shù)值不穩(wěn)定，作業(yè)隊(duì)又對(duì)該井進(jìn)行起管找漏及套檢施工，確定偏Ⅱ?qū)佣斡凸芡旰脽o漏失，偏Ⅱ?qū)佣翁坠軣o破損無套變，無法確定偏Ⅱ?qū)佣瘟髁坎环€(wěn)定的原因，此時(shí)使用存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)配合與該井偏Ⅱ?qū)佣蜗嗤吞?hào)的瓷質(zhì)水嘴下入到進(jìn)內(nèi)，保證穩(wěn)定生產(chǎn)的同時(shí)測(cè)試72 h后，撈取存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)后發(fā)現(xiàn)壓力計(jì)內(nèi)承裝的瓷質(zhì)水嘴已破損，回放壓差曲線時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓差曲線有突變拐點(diǎn)，說明導(dǎo)致該注水層水量不穩(wěn)定是因?yàn)榇嬖谧鞊p閾值的影響。整理壓差曲線得到嘴損閾值，考慮嘴損閾值的影響后設(shè)計(jì)配注方案，更換瓷質(zhì)水嘴的型號(hào)，縮小該層段的注入量，使G1號(hào)井完成設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了良好注入效果。

3.3 計(jì)算地層壓力進(jìn)行層位壓力普查

通過使用存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)測(cè)得嘴損值嘴損壓力p，結(jié)合測(cè)試資料注入壓力p，可了解對(duì)應(yīng)地層的壓力p=p注入-p嘴損，想要弄清某一區(qū)塊的地層壓力情況，可以廣泛應(yīng)用存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)，完成注水井層位壓力的普查工作。

4 結(jié)束語

1)存儲(chǔ)式嘴損壓力計(jì)外觀與普通偏心配水器內(nèi)的阻塞器相似，通過試井簡(jiǎn)單的投撈施工便可以完成嘴損及嘴損閾值的測(cè)試。

2)儀器的組合式設(shè)計(jì)，方便更換問題部件，節(jié)省成本。

3)儀器的承載式設(shè)計(jì)，可以承裝破損的瓷質(zhì)水嘴，并記錄嘴損閾值，是該儀器的測(cè)量亮點(diǎn)。

4)由于嘴損閾值的測(cè)試耗時(shí)長(zhǎng)，瓷質(zhì)水嘴破損時(shí)間長(zhǎng)短不定，建議針對(duì)完不成配注的問題井盡量加長(zhǎng)井下測(cè)試時(shí)間，測(cè)得更為準(zhǔn)確的嘴損閾值。