水平井纜控分采工藝質量控制方法研究

王 龍

中國石油大慶油田有限責任公司采油工程研究院 （黑龍江 大慶 163453）

截至2017年底，大慶外圍油田已投產超過600口水平井，由于水平井開發的特殊性，已投產的水平井含水超過80%的已達到30%以上，需要分采技術進行分段配產，控制產液剖面，提高產能。國內外分采技術經過不斷更新替代，已經逐漸從傳統的機械管柱、電控管柱[1-3]發展為智能纜控管柱分采（圖1），纜控智能分采工藝由地面測控儀、電纜、井下測控一體配產器、封隔器等工具組成，通過電纜連接井下測控一體配產器并從地面井口電箱供電，可以實時獲取井下各段壓力、流量、含水、溫度等數據，并根據測量結果直接對配產器進行控制，調節配產量，實現分采。該技術在直井中應用已經取得較好效果，但在水平井應用中，直接照搬直井工藝則出現了弊端，直井中電纜是通過外綁式電纜保護器固定在油管外壁上的，外綁式電纜在通過水平井造斜及水平段時容易與套管壁發生擠壓磨損，造成電纜短路、工藝失效。同時，水平井沉砂機理與直井存在較大差異，更容易發生砂卡，需要采用有效的沖砂與防卡脫卡工藝。為此，通過采取一系列改進的技術措施，提高了纜控智能分采工藝在水平井中應用的可靠性。

圖1 水平井纜控分采工藝示意圖

1 技術措施

1.1 電纜內置工藝

在水平井現場應用中發現，使用在直井中應用的外綁式電纜保護器已經無法適應水平井井況，電纜通過保護器固定在油管外壁，在經過造斜和水平段時，電纜容易與套管壁發生磨損（圖2）或者擠壓（圖3）等情況，造成電纜破損失效，同時電纜保護器容易在磕碰中脫落，造成管柱遇卡。因此轉換電纜布局方式，使用電纜預置裝置（圖4），實現電纜從管柱內部通過，保證電纜管柱內置，解決了電纜外置發生磨損擠壓的問題。電纜預置裝置由上接頭、打撈頭、電纜、軸承、連接套、電纜套、鎖緊套、密封釘、下接頭幾部分組成，電纜通過盤旋纏繞的方式內置在電纜套里（圖5）。現場使用時，先將電纜預置裝置與油管下入井內，再通過測試車鋼絲攜帶打撈工具從油管中下入，對電纜預置裝置內的打撈頭進行打撈，從而將電纜從工具中撈出，實現電纜油管內置。電纜預置裝置內可盤旋纏繞100 m電纜，可多級配合使用實現長距離電纜內置，工具可耐壓30 MPa。

圖2 電纜磨損示意圖

圖3 電纜擠壓示意圖

圖4 電纜預置裝置示意圖

圖5 電纜纏繞示意圖

1.2 負壓旋流沖砂工藝

水平井出砂規律與直井存在較大差異，砂體呈平鋪狀沉積在水平段套管內，常規沖砂工藝無法有效對沉砂進行反排，從而造成頻繁砂埋油層，影響管柱起下與正常生產[4]，因此采用負壓連續旋流沖砂工藝，實現不停泵連續沖砂。負壓旋流沖砂器結構組成如圖6所示。現場使用時，將負壓旋流沖砂器隨油管下入方案預定位置后，從套管泵送沖砂液，沖砂液在截留皮碗的截留作用下，一小部分液體進入負壓進液通道，經喉管進入油管，喉管處應用淹沒式射流泵原理[5]，在液體高速通過時能夠持續形成負壓區，對吸砂口外物質進行抽吸。其余大部分沖砂液進入旋流進液通道，經過噴射頭上的側向偏孔，形成高速旋轉射流，對井壁及套管中的油砂混合物進行沖刷，被沖刷起的油砂混合物受喉管處負壓作用被吸入吸砂口，從而反排至地面（圖7）。整個過程將沖砂轉變成抽砂，為管柱起下提供最優環境。

圖6 負壓旋流沖砂器示意圖

圖7 負壓旋流沖砂器工作原理圖

1.3 防卡解卡工藝

由于水平井分采多用于壓裂后的水平井，出砂狀況嚴重，為保證管柱起下安全，管柱必須具有防卡解卡功能，確保遇卡時管柱能夠脫卡起出，為此采取了多種防卡解卡手段。一是在設計工藝配套工具時，采取小直徑化理念，整套分采工具外徑均小于110 mm，方便起下管柱，從硬件上減小風險；二是在管柱中分布使用三點支撐式鋼球扶正器（圖8），扶正器由上接頭、外套、推環、中心管、坐封掛、坐封銷釘、鋼球、下接頭組成?，F場使用時，油管加液壓使推環向下接頭方向移動，使鋼球凸起支撐在套管內壁，強制管柱居中，降低起管柱過程中因拖拽造成沉砂堆積卡管柱的風險；三是在各層段布置多級液壓-機械組合脫卡器（圖9），脫卡器由上接頭、下接頭、外套、限位環、鎖塊、剪斷銷釘組成。遇卡時油管打壓使限位環向上接頭方向移動，鎖塊失去支撐后脫離限位槽，解除對上接頭與下接頭的固定，隨后上提油管15 t以上，將剪斷銷釘拉斷，實現管柱脫卡，起管柱時僅卡點以上受力斷脫，保證管柱能夠分段起出。

圖8 鋼球扶正器示意圖

圖9 脫卡器示意圖

2 應用情況

在大慶油田某采油廠應用電纜內置技術開展了4口水平井現場試驗，工藝成功率100%，電纜打撈過程順暢，打撈力小于30 kg，全過程電纜信號傳輸正常，累計完成電纜內置4 000 m以上。

3 結論

1）使用電纜內置裝置可實現電纜的管柱內置，但目前電纜內置裝置能夠存儲電纜長度為100 m，在層段較遠時需要多級配合使用。

2）通過應用負壓旋流沖砂技術，能夠對水平井井筒中沉砂有效反排，確保施工前井筒保持最優環境。

3）應用防卡解卡技術，降低了管柱遇卡的風險，當發生卡管柱狀況時，卡點以上管柱將從脫卡器位置斷開，采取洗井等措施處理后，再通過專用撈矛對剩余管柱進行打撈。

4）應用電纜內置工藝與防卡脫卡工藝后，解決了電控分采工藝在水平井應用的不適應性，提高了管柱起下的安全性，為水平井纜控分采大規模現場應用奠定了技術基礎。