储存式嘴损压力计的设计及应用

0 引 言

分层注水技术能有效地解决油田开发中的层间矛盾，提高采收率，维持油田的长期稳定高产。分层注水是通过封隔器的封隔和水嘴的控制来实施注水，使高、中、低渗透地层都发挥注水作用，从而实现调整油田层间矛盾，提高注水波及系数的一项工艺措施[1-2]。然而受到井下配水器嘴损的影响，原本设计好的配注方案达不到理想效果，虽然有嘴损曲线可以参考，但是实际复杂的井下情况造成嘴损值与嘴损曲线存在差异，通过应用储存式嘴损压力计取值，可以准确直观地了解嘴损情况，便于调整配注方案达到预期注采效果。

嘴损作为井下最不确定的影响因素，一直困扰着设计分层配注[3]方案的地质工程师，又因为影响嘴损的参数有很多，单独研究起来事倍功半，不如设计出一种能直接测量嘴损压差值的压力计，提供真实准确的嘴损值给地质工程师作参考。针对这一目的，设计出了一款存储式嘴损压力计，可为地质工程师提供可靠的数据保障。

1 储存式嘴损压力计设计

1.1 仪器外观设计

由于测量嘴损值及嘴损阈值，要将存储式嘴损压力计投送至状况复杂的井下，所以要求压力计的材质必须够坚硬并且耐腐蚀。井下压力恢复的时间因地层情况的不同有很大差异，所以要求存储式压力计的存储容量一定要保证在72 h续航能力以上。存储式嘴损压力计要投送至配水器内，所以要求仪器长度和直径要尽量与配水器内装载的阻塞器保持一致。所以将存储式嘴损压力计设计为长185 mm、直径20 mm与普通偏心配水器装载的堵塞器尺寸完全一致，这样可以保证压力计能与偏心水嘴良好吻合，不影响水井的正常生产。存储式嘴损压力计采用不锈钢材质，在装载仪器电池和瓷质水嘴后，质量仅为1 830 g，不仅方便施工人员携带，还能减缓仪器腐蚀的速度。

1.2 仪器组合式结构设计

由于试井施工过程中，井下复杂情况的影响，经常会导致测试仪器在投捞过程中部分损坏，整支更换仪器，不仅要保证被换仪器的检校日期相似，还造成仪器维修费用的高投入。针对这种情况，将储存式嘴损压力计设计为投捞、电池、测量可组装的三部分。储存式嘴损压力计结构示意图如图1所示。

自左向右，投捞部分由打捞头和凸轮组成，主要作用是负责仪器的投送和打捞工作。投捞部分的设计完全符合常用投捞器能吻合的尺寸。电池部分由电池筒和压力计电池组成，主要作用是装载压力计锂电池，该电池可持续测量长达240 h。由于整支仪器长度固定为185 mm，投捞部分长度也必须为90 mm才能与投捞器匹配。所以该处的设计仅为15 mm，主要是为了缩小电池筒的长度，尽可能给测量部分腾出空间。测量部分由电路板、出液孔、后传感器、瓷质水嘴承装筒、前传感器、进液孔组成。主要作用是通过前后传感器对液体在进、出液孔处进行压力测量。组合式的结构型的储存式嘴损压力计，方便组装更换配件，一旦某个部位未达到测试要求，可随时更换配件组装成满足要求的仪器下井测试。

图1 储存式嘴损压力计结构示意简图

1.3 仪器通道、承载式测量部位设计

由于井下配水器装载的阻塞器作为注水的唯一通道，替换阻塞器的嘴损压力计同样也要保证注水通道的畅通，并要在通道的进出口测得压力，所以将嘴损压力的核心测量部分沿用通道设计，此处的设计主要是将2个高精度压力传感器通过仪器外壳内走线的方式与主板连接，实现既有流体通道，也有传压通道的双通道结构，在配合测量进液孔和出液孔两处的压力，计算压差测得嘴损值或嘴损阈值。分层注水过程中，可以通过嘴损曲线简单计算出要完成目标配注量所需水嘴直径[4]。嘴损曲线为水嘴直径、通过水嘴的配水量及节流压力损失三者之间的关系曲线[5]。但由于嘴损阈值的存在，嘴损曲线与实际嘴损值有较大偏差。嘴损阈值就是注水井井下配水器所能承受的最大压差。低于嘴损阈值，配水器正常工作，完成对水量的限制调控作用。如果高于嘴损阈值，配水器内的阻塞器内陶瓷水嘴由于承受不了嘴前嘴后的压差，被损坏，破损的瓷质碎片可能堵塞出水口或者完全释放水量，根本不能完成对分层井的限流作用，达不到设计要求。

由于嘴损阈值需要测量瓷质水嘴破损瞬间的压力变化，所以储存式嘴损压力计独特设计了一个可以装载并更换瓷质水嘴的存放槽，即方便更换不同大小的瓷质水嘴测量不同水量下的嘴损值，也可以承装被嘴损压差击碎的瓷质水嘴，并记录下破裂瞬间的嘴损阈值。

2 仪器简介

针对嘴损值的测量与嘴损阈值的测量，结合现在广泛应用于偏心配水器的阻塞器的结构，设计制造了储存式嘴损压力计。

实物仪器展示如图2所示，储存式嘴损压力计长185 mm、直径20 mm，有打捞头、定位套、凸轮、密封圈、电池筒、电路板、出液孔、井液孔、前后双压力传感器、回放孔、锂电池、瓷质水嘴存放槽等组成。采用不锈钢材质，主要应用于偏心配水器的嘴损测量。

图2 储存式嘴损压力计外观图

存储式嘴损压力计采用高精度压力传感器，测量范围0～60 MPa，精度0.05 %，耐温125°，可安装0～10 mm的瓷质水嘴，井下连续工作时间可长达240 h。

由于偏心配水器的限流作用是依靠调整阻塞器内的瓷质水嘴进液口的大小来控制的，真是这个瓷质水嘴前后产生了嘴损压差，真是根据这个原理，在瓷质水嘴前后，阻塞器的进、出液孔各安装了压力传感器，直接测量进液孔和出液孔处的压力，通过做差，直观得到嘴损压差。通过调整瓷质水嘴的大小，及在井下长时间存放，当嘴损压差为0 MPa，且瓷质水嘴已破损的情况，得到嘴损阈值。

3 仪器的应用效果

3.1 解决部分层位不吸水的问题

大庆油田B1号井同位素吸水剖面测井，测井成果图如图3所示。进行同位素吸水剖面测井时发现密封段配水器以上层位没有同位素吸水显示，原本设计要求吸水的地层不吸水，没有达到分层配注[3]的要求。为了解决问题，对B1号井进行嘴损值的测量，测量得到的嘴损值Δp经计算发现，密封段配水器以上层位的压力大于注水压力与嘴损压力的差值，即p1>(p-Δp)。水井地下简图如图4所示，流体并不能上返，所以完不成配注。根据嘴损值Δp，重新调整方案，增大水嘴直径[4]，缩小嘴损值Δp，使得密封段配水器以上层位的压力小于注水压力与嘴损压力的差值，流体上返，达到分层配注的要求。随后又对类似百余口问题井进行嘴损值测试，问题均得到解决。

图3 B1号井测井解释成果图

图4 水井地下简图

3.2 配合瓷质水嘴测量嘴损阈值

大庆油田G1号井，通过同位素测井发现G1号井的三个配水层段中偏Ⅱ层段虽然有同位素显示，但井温曲线变化异常，流量数值不稳定，作业队又对该井进行起管找漏及套检施工，确定偏Ⅱ层段油管完好无漏失，偏Ⅱ层段套管无破损无套变，无法确定偏Ⅱ层段流量不稳定的原因，此时使用存储式嘴损压力计配合与该井偏Ⅱ层段相同型号的瓷质水嘴下入到进内，保证稳定生产的同时测试72 h后，捞取存储式嘴损压力计后发现压力计内承装的瓷质水嘴已破损，回放压差曲线时，发现压差曲线有突变拐点，说明导致该注水层水量不稳定是因为存在嘴损阈值的影响。整理压差曲线得到嘴损阈值，考虑嘴损阈值的影响后设计配注方案，更换瓷质水嘴的型号，缩小该层段的注入量，使G1号井完成设计要求，达到了良好注入效果。

3.3 计算地层压力进行层位压力普查

通过使用存储式嘴损压力计测得嘴损值嘴损压力p，结合测试资料注入压力p，可了解对应地层的压力p=p注入 -p嘴损，想要弄清某一区块的地层压力情况，可以广泛应用存储式嘴损压力计，完成注水井层位压力的普查工作。

4 结束语

1)存储式嘴损压力计外观与普通偏心配水器内的阻塞器相似，通过试井简单的投捞施工便可以完成嘴损及嘴损阈值的测试。

2)仪器的组合式设计，方便更换问题部件，节省成本。

3)仪器的承载式设计，可以承装破损的瓷质水嘴，并记录嘴损阈值，是该仪器的测量亮点。

4)由于嘴损阈值的测试耗时长，瓷质水嘴破损时间长短不定，建议针对完不成配注的问题井尽量加长井下测试时间，测得更为准确的嘴损阈值。