机械定位技术在油水井中的应用

河南油田进入特高含水开发期后，随着油田综合含水的不断上升，井下油水关系日趋复杂，油层层内及层间矛盾更加突出，主要潜力已由层间转为层内、由主力油层转为非主力的薄差油层。同时油田地质特点决定了河南油田厚油层发育、平面多变、非均质十分严重，剩余油分布复杂、零散，挖潜难度增大，开发效益变差。 针对河南油田分层工艺现状以及油田开发后期对厚油层层内细分挖潜的生产需要，我们开展了大厚层细分开采技术的研究，该技术包括大厚层细分注水技术、大厚层细分卡堵水技术和大厚层细分改造三项配套技术，该技术的关键是井下管柱机械定位技术。通过采用井下管柱机械定位技术，使分层措施管柱在井下精确定位。 目前国内外的管柱定位卡封主要是通过测磁定位曲线的方法来校正管柱深度，该方法需要在工艺管柱下井前测一条套管接箍磁曲线，当工艺管柱下井后，再从油管测一条磁曲线，通过两条曲线比较来确定管柱深度。因该方法工艺复杂、作业量大、占用生产时间长、测试成本高，所以现场难以推广应用。基于这种情况，油田井下定位技术为解决这些问题开辟了新途径。 定位技术结构组成 定位技术由井下定位器、测力传感器、智能显示仪表、封隔器等井下工具组成。使封隔器准确座封于厚油层内薄夹层处，实现定位卡封。 定位技术工作原理 定位技术是通过定位器与措施管柱配套、有效解决薄夹层定位卡封的问题，从而在大厚层实现细分注水、细分卡堵水和细分改造的目标。将接在工艺管柱底部的定位器下至套管定位接箍下方4～5m的位置后、在管柱上端接上高精度的测力传感器及智能仪表。然后上提管柱寻找定位接箍，当定位器进入定位接箍时，地面智能仪表产生lO～15kN载荷信号显示，此时即为磁定位套管的深度，再上提一定高度，使封隔器座封于厚层内的薄夹层处，从而实现了定位卡封，如图1所示。 计算方法：L提=L套 一L封一△L式中：L提：定位器通过磁套管后的上提高度，m；L套：定位器所通过的磁定位套管深度，m； L封：封隔器卡点的设计深度，m；△L:封隔器上胶筒至定位器之间的距离，m。 机械定位技术的特点 1．该技术不需专门施工车辆，所需仪器轻便操作简单、不占用生产时间、不增加作业量、成本费用低。 2．该技术克服了温差、重力等因素的影响，精度高，2500米井深误差不超过0.15m； 3．井下定位器直接与生产（措施）管柱配套，实现管柱自身定位，广泛用于采油、注水等作业，占产时间少。 机械定位技术主要设备构造及特点 ● NSDWQ-130内收型机械定位器 1．结构组成 NSDWQ-130内收型机械定位器主要由锁紧部分、定位块内收部分、定位块和主体部分等组成。 2. 结构特点 a. 定位块回收功能 由于定位时机械定位器外径大于套管内径，这直接影响定位器能否顺利起出，通过设计定位块回收锁紧机构，借助坐封压力使定位块回收，回收后定位器外径由φ130mm缩至φ115mm，确保了定位器安全起出，避免定位器在井下遇卡事故的发生。 b. 扶正功能 在下井过程中，定位器在强力弹簧的作用下，始终使管柱保持居中状态，克服了井架与井口不对中偏磨管柱现象；同时克服了因井斜偏磨管柱现象，从而不受井架与井口不对中及井斜的影响，起保护封隔器等配套工具的作用。 3. 技术参数 定位负荷：20KN～30KN 径向扶正力：1.6KN～2.0KN 耐压：25MPa 最小通径：φ32mm最大外径：φ130mm 总长：1000mm压缩后最大外径：φ115mm ● 微电脑地面定位仪 1．结构组成 微电脑地面定位仪主要由信号采集部分、信号分析部分、信号处理部分及信号存贮与回放部分组成。 2. 工作原理 通过采集管柱上提过程中管柱负荷增量值，并加以分析、处理，以曲线形式显示出来，通过分析曲线达到管柱定位之目的。 3. 特点 操作简单，定位信号直观，抗干扰能力强，定位精度高。 4. 技术参数 工作温度：-20～50℃ 工作环境：室内、室外 采集时间：0.01s 采样间隔：0.01s 输入电压：220V 输出电流：5mA 施工注意事项 ● 人井前应认真检查定位器的灵活性，对地面的传感器、智能仪表的灵敏程度也要反复校对。 ● 司钻在下钻及定位操作过程中应严格执行有关标准，平稳操作。 ● 进行定位卡封时，定位套管接箍深度应以磁定位校深为准 ● 入井管柱必须执行“三丈量、三对口 ”的标准，以缩小定位深度与磁定位深度的误差。 ● 定位校深时，应密切注视地面显示仪表的负荷变化，准确判断卡点位置。 配套工艺技术 ● 大厚层细分注水技术 1. 大厚层细分注水技术的构成 主要由缓冲器、两级封隔配水器（包括配水封隔器、配水器芯子）、注水封隔器、挡球连通器、内收型机械定位器、活动单流阀、井口捕捞器、防喷管汇、液力投捞测试工艺等组成。 2. 大厚层细分注水技术原理：将液力投捞细分注水管柱下入井内设计位置，通过井下管柱机械定位技术，将封隔器准确卡封在薄夹层上，具有层间封隔和分层配水双重功能的两级封隔配水器，可直接与封隔器连接组配细分分注管柱，利用电子流量计将注入水分配到5个层段的两级配水器芯子，采用液力投捞方式，一次投捞调配5层水咀并测试5层分层水量，实现厚油层细分注水。 耐压：25MPa 最小通径：φ32mm最大外径：φ130mm 总长：1000mm压缩后最大外径：φ115mm ● 微电脑地面定位仪 1．结构组成 微电脑地面定位仪主要由信号采集部分、信号分析部分、信号处理部分及信号存贮与回放部分组成。 2. 工作原理 通过采集管柱上提过程中管柱负荷增量值，并加以分析、处理，以曲线形式显示出来，通过分析曲线达到管柱定位之目的。 3. 特点 操作简单，定位信号直观，抗干扰能力强，定位精度高。 4. 技术参数 工作温度：-20～50℃ 工作环境：室内、室外 采集时间：0.01s 采样间隔：0.01s 输入电压：220V 输出电流：5mA 施工注意事项 ● 人井前应认真检查定位器的灵活性，对地面的传感器、智能仪表的灵敏程度也要反复校对。 ● 司钻在下钻及定位操作过程中应严格执行有关标准，平稳操作。 ● 进行定位卡封时，定位套管接箍深度应以磁定位校深为准 ● 入井管柱必须执行“三丈量、三对口 ”的标准，以缩小定位深度与磁定位深度的误差。 ● 定位校深时，应密切注视地面显示仪表的负荷变化，准确判断卡点位置。 配套工艺技术 ● 大厚层细分注水技术 1. 大厚层细分注水技术的构成 主要由缓冲器、两级封隔配水器（包括配水封隔器、配水器芯子）、注水封隔器、挡球连通器、内收型机械定位器、活动单流阀、井口捕捞器、防喷管汇、液力投捞测试工艺等组成。 2. 大厚层细分注水技术原理：将液力投捞细分注水管柱下入井内设计位置，通过井下管柱机械定位技术，将封隔器准确卡封在薄夹层上，具有层间封隔和分层配水双重功能的两级封隔配水器，可直接与封隔器连接组配细分分注管柱，利用电子流量计将注入水分配到5个层段的两级配水器芯子，采用液力投捞方式，一次投捞调配5层水咀并测试5层分层水量，实现厚油层细分注水。 3. 该项技术特点是： a. 设计了两级封隔配水器组配的细分注水管柱，使封隔器与配水器相互之间间距不受限制，任意级封隔器和封隔配水器之间可以直接连接组配细分注水管柱， 最小卡封距1.8m，解决了多个薄夹层和薄注入层注水井细分问题。 b. 设计了扩张式反冲皮碗提升机构，解决两级配水器芯子在变径管柱内液力投捞 “瓶径”问题，一次液力投捞两级配水器芯子和5支电子流量计，可同时调配5层水咀和测试5层水量，测试时能够验封，能够判断分层密封性能和测试结果准确性，解决了多个薄夹层和薄注入层注水井细分注水投捞测试问题。 c. 收缩型管柱机械定位器的研制，解决了细分注水管柱的准确卡封问题，同时避免了定位机构长期在注水井下工作回收困难的现象。 4. 大厚层细分注水技术指标： 工作压差：25Mpa； 工作温度：120℃； 坐封压力: 6～7Mpa； 分注层段： 2～5层； 单层测量范围：300m3/d； 测试精度：±1.5%； 反冲配水器芯子最小流量：12m3/h； 封隔器最小卡封距：1.8m；最小坐封段：0.89m；解封负荷:25～30KN。 ● 大厚层细分卡堵水技术 1. 大厚层细分卡堵水技术的构成 主要由丢手接头、Y441封隔器、Y341封隔器、偏孔单流阀、底部球座及内收型机械定位器等组成。 2. 大厚层细分卡堵水技术原理 将细分卡堵水管柱按照人工丈量数据下入井内设计位置，然后通过收缩型管柱机械定位器和地面定位仪进行管柱定位，使封隔器准确的卡在薄夹层段上。通过油管蹩压坐封封隔器，分隔生产层段， 再向油管内打压18MPa，通过观察地面压力的变化情况验证各级封隔器的密封性。采用双向锚定方式和丢手堵水管柱，延长封堵寿命，提高卡堵水管柱密封有效率，采用下放上提分步解封解卡方式，解决多级多段卡堵水管柱逐级解封。 3. 该项技术特点是： a. 井下管柱机械定位技术定位精度高，在井深2500m的情况下定位误差仅为0.15m，使封隔器在坐封段仅0.69米上准确坐封，有效保证了细分措施管柱在薄夹层上准确定位和卡封。 b. 在Y341封隔器上设计逐级解封机构，在Y441封隔器上设计了双向卡瓦锚定结构和分步解卡结构，使堵水管柱解封负荷仅有20kN，解决了同类封隔器多级使用锚定不可靠和解封难的问题，提高了施工工艺安全可靠性。 c. 在Y341封隔器上设计了胶筒—皮碗组合式验封机构，各级封隔器能自行验封，解决了原同类封隔器多级使用验封判断难的问题，提高了密封可靠性。 4. 大厚层细分注水技术指标： 工作压差：25Mpa； 工作温度：≤120℃； 封隔器级数：≥2；解封负荷：≤20KN；最小卡封段：≥0.69m；适应套管内径：Φ121～Φ124mm。 ● 大厚层细分酸化技术 1. 大厚层细分酸化技术构成 主要由气举凡尔、水力锚、两个X344皮碗封隔器、细分开关器、定位器、球座等组成 。 2. 大厚层细分酸化改造技术原理：通过定位使新式皮碗封隔器坐封于薄夹层处，实现酸化时的细分卡封;X344皮碗封隔器、细分开关器等工具组配成油层细分酸化管柱，实现了对厚油层内中低渗透段进行细分酸化处理。 3. 该项技术特点是： a. 研制的地面定位仪和井下定位装置，可确保封隔器在0.8米以上的坐封段坐封，解决了对厚层内中、低渗透层卡封的问题，实现了对厚层内中低渗透层段进行酸化处理。 b. 研制了皮碗封隔器和细分开关器，实现不动管柱多层分别酸化，同时具有验封功能，保证作业质量， 减少了施工工作量，提高酸化效果。 4. 大厚层细分酸化技术指标： 工作压差：25Mpa； 工作温度：≤120℃；封隔器级数：≥2；解封负荷：≤20KN；最小卡封段：≥0.69m；适应套管内径：Φ121～Φ124mm。 大厚层细分开采技术是厚油层层内挖潜的主要技术手段。该技术为进入高含水后期的油田开展厚油层层内细分注水、卡堵水、改造等措施提供了技术保证；而井下管柱机械定位技术是实施大厚层细分开采的一项关键技术；机械定位技术操作简便，施工成本低，宜大面积推广应用。