預置電纜智能分注技術研究與應用

周宇鵬

(大慶油田有限責任公司 采油工程研究院，黑龍江 大慶 163453)

大慶油田屬于非均質多油層砂巖油田，分層注水技術是非均質多油層砂巖油田控制含水上升速度，提高采收率的有效技術手段[1-3]。針對高含水后期油田開發日益突出的注采矛盾，儲量挖潛難度大，層間干擾嚴重，測試難度大等問題，大慶油田2006年首次提出注水井智能分注技術思路，在此基礎上，開展預置電纜智能分注技術研究，通過將監測、通信及自動控制等系統置于井下配水器內，地面實時控制分層注水量，大幅減少了人工測試工作量，解決了高效測調測試數據呈點狀分布，無法連續反應油藏動態變化情況，無法為精準開發提供連續的問題。通過優化連接裝置，提高工藝成功率，降低生產成本。預置電纜井油管內置技術可以避免施工過程中磕碰電纜，造成電纜損壞的風險，提高井下工具使用壽命。

1 預置電纜智能分注技術及配套工具

預置電纜智能分注技術包括預置電纜智能注水工藝管柱及地面無線控制系統。預置電纜智能分注工藝管柱由預置電纜智能配水器、過電纜封隔器、對接裝置母體、對接公頭、電纜、電纜保護器、井下自發電裝置、電源管理裝置等組成，如圖1。地面無線控制系統由服務器、Mcwill網絡、地面控制箱等組成。

1—過電纜封隔器；2—預置電纜井智能配注器；3—對接裝置母體；4—對接公頭；5—電源管理裝置；6—電纜；7—井下自發電裝置。圖1 油管內置智能分注管柱結構示意

預置電纜智能分注技術利用直徑為3.5 mm的鋼管電纜作為數據傳輸、供電的媒介，現場施工時應用電纜連接器實現與預置電纜智能配水器的對接，采用電纜保護器將電纜固定在接箍位置，下入過程中電纜隨油管一同下入直至井口，在井口使用井口固定密封裝置進行密封。

技術原理：油管內置電纜分注管柱工具段內各配水器采用電纜連接，管柱串外置電纜，最上一級封隔器上連接電纜對接器，井口安裝完成后由電纜攜帶對接裝置公頭插入部分下入指定深度，與電纜對接裝置母體對接成功后，電纜連通即可對預置電纜井進行分層注水，注入水推動井下自發電裝置中的渦輪旋轉，產生電能；利用連通的電纜將井下自發電裝置發出的電能傳輸到置于井下電源管理裝置的流量計中，實時監測各注入層壓力水量反饋至地面控制系統[4-6]。

1.1 濕對接裝置

與常規預置電纜井油管外置連接工具串的方式不同，本技術采用預置電纜井油管內連接工具串。電纜對接裝置是電纜油管內置技術的主要構成部分，由濕對接公頭和濕對接母體組成 ，濕對接公頭由鋼絲電纜連接打撈頭、加重桿，依靠自重實現濕對接接頭與母體對接 ；濕對接母體中的彈簧鎖球及膠圈配合實現密封，通過導電套進行供電，實現監測及通信。濕接頭結構采用一芯航空密封插頭密封芯線，從而提高對接成功率及電氣連接長期密封的穩定性。如圖2。

1—鋼絲電纜；2—加重頭；3—打撈桿；4—導電套；5―鎖球；6—導電套；7—丟手主體。圖2 電纜對接裝置示意

1.2 預置電纜井智能配注器

預置電纜智能配水器為智能分層注水技術中的核心工具，主要由控制系統、功能組件及機械組件3部分組成，其中控制系統由一系列控制電路構成，主要負責與地面控制箱通信并將控制信號傳至各功能組件；功能組件包括流量計、壓力計、流量控制閥、通信電路電路等；機械組件包括主體、連接套、下接頭等[7]。如圖3。

1—上接頭；2—流量計；3—流量控制閥；4—壓力計；5—集線器；6—下接頭。圖3 預置電纜智能配水器結構示意

整體結構采用分體設計，流量控制閥、流量計、壓力計分別組裝在主體上，各部分可獨立檢測及安裝，組裝效率高，便于問題查找。各模塊端部采用集線器結構設計，減少密封環節，可有效提升工具穩定性[8]。正常工作時，壓力計和流量計將測量的單層注入壓力和注入量等數據傳送到控制模塊，由控制模塊直接上傳至地面控制箱，再通過無線網絡傳至辦公室，技術人員可比照單層配注量對流量控制閥進行開關調整，在預置電纜智能配水器內部流體從濾網進入流量計，流經主體的U型通道，受流量控制閥閥芯的控制進入地層，通過閥芯的軸向移動，實現單層流量控制。

1.3 過電纜封隔器

過電纜封隔器用于多級分層注水，解決了現場應用的多級分層管柱由于多級封隔器串聯使用時管柱解封力過大而導致起管困難的問題[9]。封隔器內部創新設計電纜穿越通道，實現了動力電纜的穿層，減少了全井電纜連接節點數量，提高了工藝可靠性，同時該封隔器具備可洗井功能,如圖4 。工具參數：封隔器內通徑46 mm，坐封壓力15 MPa，承壓15 MPa。

1.4 地面遠程控制系統

地面遠程控制系統為預置電纜井智能分層注水技術中的管理終端，如圖5。建設中結合大慶油田自身條件與信息安全的要求，選取現有的油田生產無線網(Mcwill)作為數據傳輸通道，將WEB服務器與數據庫服務器放置在生產網DMZ區。現場為智能注水井安裝無線通信模塊，地面控制箱通過此設備連接油田生產無線網(Mcwill)，將井下分層數據傳輸至數據庫服務器，企業網用戶通過防火墻白名單的方式訪問WEB服務器，以實現對智能分注井遠程測調及數據查詢[10]。

1—電纜密封組件；2—洗井機構；3—過電纜通道；4—坐封機構。圖4 過電纜封隔器結構示意

圖5 地面遠程控制系統

1.5 配套工具及施工方式優化

1.5.1 電纜改進

從表1可以看出，由于冷拔成型電纜比較鋒利，而且沒有屏蔽網，在操作過程中電纜容易被割破，造成全井短路。針對上述問題，優選焊接成型電纜，并且在絕緣層與鋼管中間加入屏蔽網，能夠有效保護絕緣層不被割破，提升供電穩定性，電纜成本進一步降低。

1.5.2 電纜保護器改進

從表2可以看出，鑄造型電纜保護器雖然操作簡便，但成本較高，因此，優選沖壓型電纜保護器，工藝簡便，成本較低。

表1 工藝電纜升級換代

表2 電纜保護器升級換代

2 施工工藝

1) 下入工具串。將智能配水器、過電纜封隔器、 井下電源管理裝置、濕對接裝置母體通過油管進行連接，油管外壁的電纜也將井下電纜對接裝置母體、井下電源管理裝置和智能配水器連接好，下入到預定深度。

2) 完成坐封。從油管加壓，釋放過電纜封隔器，再檢測過電纜封隔器釋放位置正確后，過電纜封隔器坐封完成。

3) 完成濕對接。油管內電纜依次連接井下自發電裝置和井下電纜對接裝置公頭，下入油管中，到達設計深度后井下電纜對接裝置公頭與井下電纜對接裝置母體完成對接[11]。

4) 井下自發電裝置工作。注水工作開始，注入水推動井下自發電裝置中的渦輪旋轉，帶動轉子切割磁力線發電；井下電纜對接裝置公頭與濕對接裝置母體對接后電纜連通，利用連通的電纜將井下自發電裝置發出的電能傳輸到井下電源管理裝置的電池組中儲存。

5) 井下電源管理裝置工作。井下電源管理裝置穩定地為各層段智能配水器提供電力，各層段智能配水器就可以進行單層的注水壓力監測、流量監測，并將采集結果傳輸給地面。

6) 地面遠程控制。在辦公室端由技術人員在服務器軟件上發出控制指令，通過油田生產無線網絡發送至地面控制箱，應用電纜載波技術由電纜傳輸指令至預置電纜智能配水器，與其實現實時通信，以獲取井下分層參數信息，并控制井下分層注入量。

3 現場試驗

3.1 遠程流量監測試驗

對預置電纜智能分注技術進行現場驗證，以G井偏III層為例，通過連續監測流量、壓力及快速調整功能，并將采集結果傳輸給地面，可直觀顯示相關注水參數、深入了解分層注水狀況，可得到任意時間段單層段累計注入量，為優化注水方案提供指導。如圖6。

圖6 G井偏III層流量監測曲線

3.2 注水指示曲線和吸水能力測試

以G井為例，通過控制井口閥門，監測流量和嘴前、嘴后壓力變化，可同時得到常規注水指示曲線(嘴前壓力)和實際注水指示曲線(嘴后實際注水壓力)，能夠更準確判斷地層吸水能力，確定合理注入方案。如圖7。

圖7 G井壓力流量監測和注水指示曲線

3.3 總體試驗

目前，大慶油田智能分注在運行111口井，為了驗證智能分注工藝區塊整體實施效果，開辟了3個試驗區塊，其中采油一廠試驗區共現場試驗54口井，全部實現地面無線遠程控制，檢配合格率提高13.8%，測試合格率提高3.4%，±20%以內精準配注層占比提高17.0%，如表3。最長運行時間已達到4 a，最高層段數7層，實現了井下分層流量、壓力遠程實時監測及連續調節，具備靜壓測試、分層指示曲線測試等功能；7層段井平均單井測調時間1 h以內，工藝基本定型。

表3 采油一廠試驗區54口井智能測調完成情況

4 結論

1) 預置電纜智能分注技術可應用于需連續分層監測資料的重點監測井，實時獲取地層壓力、流量、溫度等數據，為精細地質分析提供數據支持，指導區塊開發，有效提高開發效果。

2) 油管內置電纜智能分注技術實現了預置電纜從井口到工具段電纜油管內置，通過井下電纜對接裝置公頭與井下電纜對接裝置母體插入對接方式進行供電及通信，工藝穩定性好、成功率高。

3) 預置電纜智能分注技術改變了傳統的高效測調方式，測試無需人工參與，能夠有效降低測試工作量，提高注水合格率，為分層注水技術向數字化、智能化方向發展提供技術支撐。