油水井绿色测试工艺及装置的研究与应用

曲淑英张雪孙凯歌汪虓

（1.中国石油大庆油田测试技术服务分公司；2.中国石油大庆油田设计院；3.中国地质大学机械与电子信息学院）

油水井绿色测试工艺及装置的研究与应用

曲淑英1张雪2孙凯歌3汪虓1

（1.中国石油大庆油田测试技术服务分公司；2.中国石油大庆油田设计院；3.中国地质大学机械与电子信息学院）

油水井测试过程中，由于密封措施不完善，经常发生注水井溢流、采油井伴生气及原油等污染物污染井场及周边环境的情况。文章通过分析油水井测试工艺存在的泄漏污染环境问题，提出优化测井工艺，减少注入井测井过程溢流油水量；研制内置式测井井口密闭装置，提高注入井测井密闭程度，实现清洁测井；研制软连接牵拉式密闭测井装置，实现产出井不放空立管测井。通过油水井测试施工的全程密闭，提升了清洁生产水平。

注水井溢流；注入剖面；产出剖面；井口密闭工艺装置

0 引 言

油田在开发生产中，为了解采油井和注水井的工作状态，及时掌握油层的出力状况和水淹程度，需要进行生产测井。生产测井是对油（气）井和注水井从完井投入使用后到该井报废之前整个生产过程中，采用地球物理方法、工艺技术对井下流体的流动状态、井身结构的技术状况及产层性质的变化情况等进行测试［1］。按照测井目的和测量对象的不同，生产测井可分为动态生产测井、井身工程测井、储层评价测井三个系列。其中，动态生产测井是指在油（气）井、注水井在生产的状态下，测量井下流体的流动参数，求解各层生产状况。在生产状态下，井内流体处于流动和高压状态，在测井过程中，存在井内流体溢流、泄漏情况，导致注水井注入液、产出井井内伴生气体及原油、污水就地排放，对环境造成了污染和破坏。随着国家环境保护法规的日益严格和监管制度的完善，迫切需要解决油水井动态生产测试过程中，油、气、水排放所造成的污染问题。在长期生产实践中，大庆油田通过不断研究、改进动态生产测井的技术工艺，控制测试过程中污染物的排放和溢出，实现了油水井测试的清洁生产。

1 油水井测试存在的主要环境问题

通过对油水井测试生产过程的观察及统计，常用测井工艺溢流油水多，污染问题突出，见表1。

表1 油水井测井常规工艺应用情况

从表1可看出，注入剖面测井密闭的三种工艺的应用技术指标都不符合技术标准Q／SY DQ 0416—2000《生产测井施工安全规范》［2］要求，随着国家环保要求的日益严格，环境污染问题越来越突出。尤其是油井测试过程中，溢流油水中，含油浓度高达每升几千毫克。注脂密闭防喷盒虽然密闭效果较好，但由于密封脂随注入流体进入地层，密封脂属于大分子聚合物，污染地层，而不作为技术改进考虑的对象。普通橡胶垫防喷盒和阻流管防喷盒具有安装便捷和无地层额外污染的优点得到现场广泛应用，但其溢流量控制效果差，是由于存在以下问题：一是注入井测试防喷管普遍采用普通型防喷管，防喷盒里的橡胶垫安装不能太紧，无法杜绝油水溢流；二是随着测井电缆的不断运行，橡胶垫、阻流管磨损加剧，与电缆间空隙加大，由于防喷盒位于防喷管顶端，现场操作人员无法及时调整松紧，导致溢流量增加。

产出剖面环空测井时，由于井内压力高、液面高，测井仪器在防喷管内无法靠自身重力下入井内，需要外排套管气和原油降低井内压力，造成污染物外排。还存在井口不具备安装防喷管条件，不能实现密闭测井，需要从套管外排套管气和原油，造成污染物外排的情况，污染环境［3］。

针对油水井测试过程中存在的这些问题，需要对测井装置进行优化和改进，研究和开发密闭测井工艺和装置。

2 优化工艺，减少注入井测井油水溢出量

通过对溢流量产生原因分析发现，注入井测井溢流量大小和测井用电缆外径和外铠钢丝有关［4］。测井电缆一般有三种型号：Φ12.7 mm，Φ8.0 mm，Φ5.6 mm。电缆与密封胶圈截面见图1。

图1 电缆与密封胶圈截面示意

由图1阴影部分表示为电缆与密封胶垫之间的空隙。根据流体流动规律，当井内压力一定时，单位时间内，流道截面积越大，测井溢流量越大。

根据电缆型号及缆芯数量，计算了电缆与密封胶垫之间的空隙面积，空隙面积代表溢流流体的流道截面积，电缆与密封胶圈之间空隙大小见表2。

从表2中可知，Φ12.7 mm的七芯电缆溢流量最大，约为Φ8.0 mm三芯电缆的2倍，是Φ5.6 mm单芯电缆3.5倍多。因此，对注入剖面测井仪器要求尽量采用单芯数传技术，减小测井电缆外径，降低测井溢流量。有些项目还可采用存储式仪器设计，通过试井钢丝输送井下仪器，溢流量更易控制。

表2 电缆与密封胶圈之间空隙大小

注入井测井中最常见的是同位素吸水剖面测井，同位素吸水剖面可以用试井施工工艺来完成。原因是其测井工艺简单，操作相对固定，容易通过时间控制电路实现测井步骤。具体设计如下：一是测量电路保持常通状态；二是同位素释放器和时间控制电路连接，根据测井深度和测井过程所需时间进行预置；三是一定时间到达后，时间控制电路发生作用，将自动打开同位素释放器，释放同位素；四是按照测井操作规程，以一定的起下速度多次起下仪器；五是上提仪器，回放资料，完成测井。该工艺设计的关键是对存储式仪器精度的要求较高，如能实现，将对注入井测井溢流量的控制起到较好的效果，对清洁测井发挥较大作用。

3 改进井口防喷工艺，提高测井密闭程度

在动态测井中，常采用普通型防喷管，装置结构如图2所示。

图2 普通防喷装置结构示意

电缆与橡胶密封垫子相互摩擦，密封垫磨损，发生泄漏，而且在测井过程中装有橡胶密封垫子的防喷盒在防喷管顶端，离地面大于十米高，无法对密封垫进行压紧调整或更换，导致溢流量较大，所以采用橡胶密封式防喷装置不能满足密闭测井要求。为解决上述问题，研制了内置式测井井口密闭装置。

内置防喷盒由压帽、多级防喷盒、密封O圈、推进压台组成，见图3。

图3 内置防喷盒与仪器连接和分离状态下的示意

在测井施工过程中，首先将推进器总成安装在井口测试闸门上，然后将内置防喷盒和井下仪器串通过电缆头连接器连接在一起，放入防喷管内，装上普通防喷盒，最后将防喷管坐在推进器总成，完成了整个测井密闭装置的安装。打开注入井的生产总闸门，仪器串在加重作用下带着内置防喷盒下移，至推进器总成的上密封段时遇阻，当推进压台正好对着推进器可转动压头，操作推进器丝杠，推进器做横向移动时，可转动压头压着推进压台迫使内置防喷盒作纵向下移，从而使内置防喷盒的密封O圈进入上密封段内，实现内置防喷盒的管内座封。同时，分离总成的分离滑套在下分离卡环的作用下，做相对上移运动，将仪器串与内置防喷盒分开，仪器串正常下井。仪器下井后，由于内置防喷盒在井口实现了座封，所以防喷管对于测井施工不起作用，可将防喷管从与推进器总成间的连接卡箍处拆除，上提防喷管，露出内置防喷盒，测井井口操作人员可根据溢流量大小对防喷盒密封垫进行松紧调整，实现注入井测井溢流量随时控制。

内置式井口防喷装置关键是如何实现内置防喷盒的管内座封，目前现场试验了三种座封方式，表3为试验结果。

表3 2010.05—2012.03不同座封方式的现场试验结果

4 研制牵拉式密闭测井装置，实现油水不落地

针对产出井测井时存在井内压力高，防喷管不能在井口上直立和仪器不能下入井内，研制了软连接牵拉式抽油机偏心井密闭测井装置。该装置由高压软管、快速接头、防喷管、牵拉器、放空闸门、防喷盒组成。

现场连接仪器时，将牵拉器上的钢丝经过堵头与仪器电缆头上部的牵拉压帽相连，接好仪器和防喷管后，立起防喷管，将高压软管的快速接头与偏心井口的测试闸门连接，转动牵拉器，将仪器从防喷管里下拉到套管内，仪器所处空间增大，仪器及电缆可以下入井内，完成测井。

软连接牵拉式密闭测井装置的设计充分考虑到了原防喷装置的四个缺点：一是在克服防喷管内橡胶垫及反压造成的阻力方面，设计了牵拉装置，保证在不泄压的情况下，将仪器、电缆拉进防喷管后可自行下入，完成测井；二是设计了高压软管，仪器下井后防喷管可以弯曲，最大可以弯曲30°，可以避开抽油机井碰撞防喷管；三是防喷盒采用两级密封，密封效果好，保证在5 MPa以下的压力完全密封，完全满足清洁生产的需要［5］；四是在电缆解缠方面，设计了包括电缆封井器（高压软管下端）、抱仪器装置、解缠防喷盒（高压软管上端）、解缠滑轮等装置。

防喷盒采用上、下两级密封，由铁压垫、橡胶盘根、液流嘴、上压盖组成。采用压缩防喷盒内的橡胶盘根，使橡胶垫变形，减少电缆与盘根的间隙，控制井口液体流出，实现电缆在运动过程中油水不会喷出［6-8］。在两级密封腔之间留一液流口，将电缆运行带上的油，从液流管流到地面，保证油污不会污染抽油机驴头，实现清洁测井。

通过现场应用，新研制的软连接牵拉式密闭测井装置的测井成功率较高，降低了故障率。经统计，截至2013年10月底，采用此装置测井37口，成功28井次，成功率为76%。

总体分析，软连接牵拉式密闭测井装置安全性较高，实现了带压全密闭，把井场污染降到了最低程度，尤其是在保证仪器从防喷管下入到井内方面，起到了良好效果。

5 结束语

通过开发推广使用油水井密闭测试工艺及装置，优化和改进操作，不断提高测试工艺技术水平，最大限度地控制了测井过程油水的排放，落地油水量由改进前的5～15 m3／d，到明显减少，实现了密闭测试，绿色施工，提升了油田油水井测试施工的清洁生产水平。

［1］ 乔贺堂.生产测井原理及资料解释［M］.北京：石油工业出版社，1999.

［2］ Q／SY DQ 0416—2000生产测井施工安全规范［S］.

［3］ 王进旗，田树祥，肖培深.助力式过环空测井防喷装置的研制［J］.大庆石油学院学报，2002（26）：7-12.

［4］ SY／T 6600—2400承荷探测电缆［S］.

［5］ 周萌.双级密封式测井电缆井口防喷装置［J］.内蒙古石油化工，2006（2）127-129.

［6］ 樊悦国.新型测试防喷盒的研制［J］.石油机械，2000，28（6）：45-46.

［7］ 汪虓.内置式井口防喷装置的研制及试验［J］.石油仪器，2013（3）：12-16.

［8］ 王鸿勋，张琪.采油工艺原理［M］.北京：石油工业出版社，1997.

1005-3158（2014）05-0023-04

2014-07-17）

（编辑 李娟）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.05.008

曲淑英，1993年毕业于哈尔滨工程大学，现在中国石油大庆油田测试技术服务分公司质量安全环保处从事环保工作。通信地址：黑龙江省大庆市萨尔图区丰收三村，163153