電纜永置式井下測(cè)調(diào)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及改進(jìn)研究

藍(lán) 飛，陳 征，李 越，宋 鑫，薛德棟，張 樂，張曉冉

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司 天津分公司，天津 300459；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452）

0 引言

目前，渤海油田步入中后期開發(fā)階段。渤海油田廣泛開展分層精細(xì)注水，通過分層注入可以緩解層間矛盾，提高層間調(diào)控能力與注入水的波及系數(shù)，確保較高的采油速度并提高最終采收率[1-3]。目前，渤海油田廣泛采用的分層注水管柱包括空心集成技術(shù)、同心測(cè)調(diào)技術(shù)及多管分注技術(shù)等多種方式，但都存在著適用范圍小，不能夠滿足多層段、大井斜水平井分注要求?；谝陨蠁栴}，開發(fā)研究了電纜永置式井下測(cè)調(diào)技術(shù)。該技術(shù)通過完井時(shí)，隨管柱下入的電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制井下注水工作筒，實(shí)現(xiàn)井下溫度、壓力、注入量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及調(diào)節(jié)。該技術(shù)避免了鋼絲電纜作業(yè)，解決了大斜度井及水平井調(diào)配的問題[4-6]。該工藝自2015年首次現(xiàn)場(chǎng)施工以來，在施工過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題，針對(duì)這些問題不斷改進(jìn)，并在現(xiàn)場(chǎng)論證。目前該工藝逐漸成熟，具備了大面積推廣的條件。

圖1 電纜永置式井下測(cè)調(diào)技術(shù)管柱（三層）Fig.1 Technological string for the cable present downhole testing and adjustment (3-layer isolation and injection)

1 電纜永置式井下測(cè)調(diào)技術(shù)組成及特點(diǎn)

1.1 電纜永置式井下測(cè)調(diào)管柱工藝組成及工作原理

測(cè)調(diào)管柱由電動(dòng)測(cè)調(diào)工作筒、分層工具、電纜及其他配套工具組成，如圖1所示。

電動(dòng)測(cè)調(diào)工作筒用于井下注水量的調(diào)節(jié)及溫度、壓力等信號(hào)的監(jiān)測(cè)，完井時(shí)預(yù)制的電纜實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸及井下工作筒的供電，分層工具用于層間的封隔。通過該系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)井下參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及注水量的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

1.2 工藝主要技術(shù)參數(shù)

適用于各類井型；最大注水量1000m3/d；分注層數(shù)8層；耐溫150℃；耐壓60MPa。

1.3 管柱特點(diǎn)

1）適用范圍廣：目前可實(shí)現(xiàn)8層、大斜度、大井深的注入井。單層配注量高，適用于各類井型。

2）智能化：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井下參數(shù)和水嘴狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了注入量的自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了井下測(cè)調(diào)的智能化。

3）安全性高：設(shè)置了單流閥，防反吐；無需鋼絲電纜作業(yè)，同時(shí)設(shè)計(jì)了超壓報(bào)警功能，保證注水安全。

圖2 大直徑測(cè)調(diào)工作筒結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Stuctural diagram of the large diameter testing and adjustment working barrel

圖3 井下管柱配管形式對(duì)比Fig.3 The downhole tubing contrast

2 工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方案改進(jìn)

2.1 井下電動(dòng)工作筒大排量設(shè)計(jì)，滿足多種井況需求

目前，廣泛應(yīng)用的井下電動(dòng)測(cè)調(diào)工作筒外徑為116mm，內(nèi)通徑44mm，采用同心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證該層注水量的充足時(shí)，保證余下層位的注水需求，滿足大排量注水需求。工作筒上部和下部各有一個(gè)電磁流量計(jì)，兩個(gè)流量計(jì)中間為水嘴，兩個(gè)流量計(jì)計(jì)量數(shù)值之差為本層流量。兩只流量計(jì)測(cè)試量程大，均為0m3/d～800m3/d，測(cè)量誤差小于5%，滿足渤海油田大流量測(cè)試需求；并且水嘴可以無級(jí)調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)0～100%的全方位精準(zhǔn)開關(guān)，滿足海上油田精細(xì)配注的要求。

2.2 改進(jìn)井下管柱配管形式，提高工藝可靠性

通過現(xiàn)場(chǎng)施工，對(duì)管柱形式進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)化配管結(jié)構(gòu)。防砂層段長(zhǎng)度一般為20m～300m之間，采用普通配管結(jié)構(gòu)，將電動(dòng)測(cè)調(diào)工作筒置于防砂段中部，此時(shí)需要將電纜在分層工具處截?cái)噙M(jìn)行穿越，用電纜連接器將電纜續(xù)接，優(yōu)化后的管柱結(jié)構(gòu)將電動(dòng)測(cè)調(diào)工作筒安裝在分層工具下方，兩者通過油管短節(jié)相連。施工時(shí)，電纜通過分層工具的孔道穿出，進(jìn)而與電動(dòng)測(cè)調(diào)工作筒連接。通過改進(jìn)管柱結(jié)構(gòu)，避免了電纜連接器的使用，減少了井下的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，提高了工藝的整體可靠性。

2.3 完善電纜連接頭形式，提高對(duì)接成功率

電纜與井下電動(dòng)工作筒的連接采用插接方式，通過swagelok金屬密封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電纜與工作筒的密封。而受加工精度等因素影響，金屬卡套密封面加工精度難以滿足要求，在壓帽壓緊密封件時(shí)需要施加較大的扭矩，造成連接扣的損壞；同時(shí)，電纜與工作筒的連接可能會(huì)出現(xiàn)連接失效情況，造成井下系統(tǒng)短路。

圖4 電纜接頭改進(jìn)前后對(duì)比Fig.4 Connector cable improvement contrast

為了避免井下電纜與工作筒連接失效情況的發(fā)生，對(duì)電纜連接頭密封形式進(jìn)行了改進(jìn)，由原來的金屬密封形式改為金屬密封+O圈密封形式。在接頭本體與電纜之間加入O圈，接頭本體及電纜之間互相擠壓O圈實(shí)現(xiàn)密封。

2.4 改進(jìn)電極材料，滿足多頻次酸化要求

渤海油田多采用油田生產(chǎn)污水和水源井水混合注入方式，但水質(zhì)長(zhǎng)期不達(dá)標(biāo)，含有大量懸浮固體和油污，容易產(chǎn)生鐵氧化物、碳酸鹽等無機(jī)垢?jìng)蜌堄嘤臀廴荆梢饍?chǔ)層滲透率顯著降低，注水壓力上升，注水量下降，進(jìn)而影響油井產(chǎn)量。因此，注水井在一定周期內(nèi)必須進(jìn)行酸化解堵。

井下電動(dòng)測(cè)調(diào)工作筒為滿足海上油田大排量的需求，流量測(cè)試選用的電磁流量計(jì)。該流量計(jì)在工作時(shí)，電極材料會(huì)暴露在液體外，在化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的條件下，容易發(fā)生腐蝕，所以針對(duì)易腐蝕部件進(jìn)行了酸化試驗(yàn)。通過高溫、高壓酸化試驗(yàn)，經(jīng)過多次試驗(yàn)優(yōu)化選取電極材料，滿足現(xiàn)場(chǎng)多頻次酸化的需求。

參照SY/T 5405-1996《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電極進(jìn)行了腐蝕試驗(yàn)，酸液體系選用現(xiàn)場(chǎng)酸化用BHJ3-C酸，反應(yīng)釜溫度100℃，壓力10MPa，反應(yīng)時(shí)間4h。反應(yīng)結(jié)果如圖5所示。

最終選定材料酸化試驗(yàn)結(jié)果見表1。

通過酸化試驗(yàn)表明哈氏合金在高溫、高壓狀態(tài)下4h腐蝕率為4.67g/(m2·h)，按照SY/T 5405-1996《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)中，高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕速率測(cè)定條件及緩蝕劑評(píng)價(jià)指標(biāo)，該材質(zhì)滿足一級(jí)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，該材質(zhì)能夠滿足測(cè)調(diào)工作筒電極使用要求。

圖5 電極酸化前后對(duì)比Fig.5 Acidification of electrodes for acid test

表1 電極腐蝕前后重量對(duì)比表Table 1 Weight comparison of electrodes for acid test

2 工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

該工藝目前自2015年7月開始實(shí)施以來，已經(jīng)在渤海油田應(yīng)用30口井，其中應(yīng)用最大井斜為87.62°，最大注水層數(shù)為6層，最大單層注入量為900m3/d。目前，施工井次工作平穩(wěn)，工作筒配注量能夠滿足地質(zhì)需求。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施表明該工藝可靠穩(wěn)定，滿足了設(shè)計(jì)的要求。通過現(xiàn)場(chǎng)施工，不斷地改進(jìn)問題，完善施工工藝，保證現(xiàn)場(chǎng)施工方便、可靠，便于工藝的大面積推廣。

3 結(jié)論

完善了工具的結(jié)構(gòu)，能夠滿足渤海油田大排量注水需求。

改進(jìn)了施工方案及配管工藝，避免了電纜連接器的使用，提高了施工效率及保障了工藝的可靠性。

改進(jìn)配套工具，能夠滿足復(fù)雜井況的需求，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)酸化等措施對(duì)工具影響，滿足現(xiàn)場(chǎng)措施需求。

通過現(xiàn)場(chǎng)施工逐步對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，工藝逐步發(fā)展成熟，滿足了大面積推廣的條件。

該技術(shù)通過適當(dāng)改進(jìn)流量計(jì)應(yīng)用到采出井中，可實(shí)現(xiàn)大斜度井（水平井）的穩(wěn)油控水或分段采油。