水平井油管输送产液剖面测井集流器的研制

2018-12-06陈蕾

石油管材与仪器 2018年5期

陈蕾

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司黑龙江大庆 163453)

0 引言

目前水平井产液剖面测井主要使用牵引器预置式工艺，但因井下产砂，易于遇阻，测井成功率低，为此需要开发安全、可靠的水平井输送工艺及测井技术——基于油管输送模块化水平井产液剖面测井技术，它分为在线式和存储式两种，本文指在线式模块化水平井测井技术。油管输送工艺在线式模块化测井仪器包括模块化测井组合仪和集流器。

国内低产液水平井剖面测井技术主要以集流测量为主[1]，集流的目的就是提高低产液条件下的流体速度，进而提高测试仪器的精度。现有产液剖面测井的集流器主要有机械封隔器、伞式集流器和皮球式集流器。机械封隔器封隔效果好，但随着测井模块长时间放置于水平井段，水平井出砂严重会砂埋机械封隔器，导致事故隐患；伞式集流器可靠性高，目前水平井测井集流器均采用伞式集流器，但由于集流伞的伞筋与套管之间存在缝隙以及测井仪器自身重量致使仪器不居中，这两个因素导致伞式集流器的漏失量偏大，无法实现低产液水平井井下各层段流体的准确测量。传统皮球式集流器[2]具有集流度高的优点，但测井成功率偏低，因为仪器在下井过程中，皮球容易刮破。而且工作时如果地面操作失误，皮球抽入液体的时间长，皮球容易爆破。可伸缩皮球集流器是通过安装在集流器底部的泵阀抽取井内的液体来实现皮球的伸缩，但这种方式存在以下两个缺点：一是井内的液体含杂质较多，杂质颗粒容易将进液口或输液管道堵住；二是只能通过涡轮转速来判断皮球是否打饱，这种通过人为判断的方式很容易误判而将皮球打爆，这两个因素严重影响了可伸缩皮球集流器的可靠性。基于以上三种类型集流器的优缺点，为开发基于油管输送工艺模块化水平井测井技术，有效借助油管测井模块尺寸优势，设计一种适用于低产液、低流速自带液柱塞驱动式橡胶皮囊集流器，提高集流器的可靠性和集流度。

1 油管输送式产液剖面测井工艺

油管输送在线式产液剖面测井工艺井下工作状态如图1所示，模块化测井仪器可以与油管进行连接。在下井之前，根据水平井的层段数和层段深度，设计好油管和模块化测井仪器连接次序，然后将其随油管输送到目的层段；模块化测井仪器内部主要由集流器驱动器、测井传感器组和采集控制电路组成。驱动器的作用是控制皮球的张开和关闭操作；模块化测井组合仪安装于集流通道内部，可以同时测量流量和含水等参数；控制电路的作用是接收地面传送的指令，并按照指令控制测井组合仪工作或者将传感器采集的数据上传至地面。通过地面设备对各模块化测井仪器进行控制，模块化测井仪器定位好以后，恢复水平井生产，待产量稳定后，地面控制井下集流器张开，对各产层流体进行集流测量，即可实现低流量条件下的流量、含水率等参数的准确测量[3]。

1-射孔层；2-油管扶正器；3-集流器；4-测井组合仪；5-电缆图1 在线式模块化测井仪器工艺示意图

2 测井集流器结构

水平井油管输送产液剖面测井集流器为橡胶皮囊式集流器，外径80 mm，相比皮球和集流伞[4]具有更加可靠、集流度高的优点。橡胶皮囊式集流器由电机驱动短接、柱塞驱动储液腔短接和皮囊集流器短接组成，结构示意图如图2所示。皮囊集流器短接由流体旁通短节和橡胶皮囊组成，流体旁通短节作为井内流体和自带液体流通通道，储液通道和流体通道相互独立。采用自带液是为了保证工作液体的清洁，保证集流器工作的可靠性。流体旁通短节外部包裹了一个圆柱状的橡胶皮囊，皮囊内部通过流体旁通短节与柱塞储液腔相连。腔体的一端通过旁通短节连通到皮囊内部，另一端是柱塞推杆，橡胶皮囊式集流器两个密封仓，一是柱塞腔，防止里外液体流入或流出，另一个是驱动电机的密封仓，防止驱动电机进水被烧，活塞腔的形成，平衡了推液活塞两边的压力。

1-橡胶皮囊；2-旁通短接；3-扶正器；4-储液腔；5-丝杠；6-电机图2 橡胶皮囊式集流器结构示意图

橡胶皮囊式集流器采用自带液体供液，液量固定，可以准确掌握皮球供液量的多少；自带纯净液体，防止砂卡；分体设计，扶正器紧挨橡胶皮囊，最大限度保护橡胶皮囊；采用流体旁通短节，一体化装置，输液管密封好，减轻储液压力；通过向橡胶皮囊内部冲入液体使集流器打开，受模块化测井仪器不居中的影响较小；水平井正常生产时，地面控制井下集流器张开与关闭，对各产层流体进行集流测量，实现低流量条件下的流量、含水率等参数的准确测量。

3 集流器的工作控制

通过驱动电机带动丝杠旋转，柱塞推杆与丝杠之间是螺纹连接关系，柱塞推杆受机械限制无法旋转，因此当丝杠旋转时，就将丝杠的旋转力转化为柱塞推杆的轴向推拉力，丝杠的旋转可以实现柱塞推杆的前进和后退。驱动电机通过控制带动丝杠、推动柱塞的移动距离，来控制液体进入皮囊的量。

当需要张开橡胶皮囊时，给驱动电机供正电，电机带动滚珠丝杠旋转，进而使柱塞推杆向前推动，柱塞推杆将储液腔内部的液体从流体旁通短节中的通道推至橡胶皮囊与流体旁通短节外壳间的空间内，由于液体不可压缩，橡胶皮囊被进入的液体撑开，从而封住了套管与集流器间的环形空间，实现了集流操作。当需要收回皮球时，为驱动电机反相供电，使柱塞推杆后退，将橡胶皮囊内的液体抽回至储液腔内，橡胶皮囊恢复初始状态，从而实现收橡胶皮囊操作。

4 室内密封验证实验

橡胶皮囊式集流器配接模块化测井组合仪在室内玻璃套管内做密封验证试验，集流器张开后，与套管有很大的接触面积且接触紧密，只在仪器出液口有液体流动，说明集流器密封效果良好，在此条件下标定涡轮。

然后在同样条件下用43 mm伞式集流器配接模块化测井组合仪标定涡轮，伞式集流器在集流伞处液体存在漏失，伞式集流器和管柱式电动挤压橡胶集流器涡轮响应如表1所示，根据表1所做的折线图如图3所示。

表1 橡胶皮囊式集流器和43 mm伞式集流测井仪涡轮响应

图3 橡胶皮囊式集流器和43 mm伞式集流测井仪涡轮响应折线图

由上述室内试验及表1、图3可以看出：橡胶皮囊式集流器打开时能紧贴套管，实现全集流，涡轮响应线性度好，涡轮响应折线图可以看出，流量测量下限低于1 m3/d，所测流量精度高；此外，由于标定仪器流量的最低排量为1 m3/d，从表中只能看出最低流量为1 m3/d，K值2.7，仪器的测量误差[5]小于1%，一致性误差小于5%。43 mm伞式集流测井仪由于伞式集流器漏失量大，流量下限约为4 m3/d，所测流量精度低。