電纜永置式井下測調技術現場應用及改進研究

藍 飛，陳 征，李 越，宋 鑫，薛德棟，張 樂，張曉冉

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

0 引言

目前，渤海油田步入中后期開發階段。渤海油田廣泛開展分層精細注水，通過分層注入可以緩解層間矛盾，提高層間調控能力與注入水的波及系數，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、同心測調技術及多管分注技術等多種方式，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。基于以上問題，開發研究了電纜永置式井下測調技術。該技術通過完井時，隨管柱下入的電纜實時監測控制井下注水工作筒，實現井下溫度、壓力、注入量的實時監測及調節。該技術避免了鋼絲電纜作業，解決了大斜度井及水平井調配的問題[4-6]。該工藝自2015年首次現場施工以來，在施工過程中不斷發現問題，針對這些問題不斷改進，并在現場論證。目前該工藝逐漸成熟，具備了大面積推廣的條件。

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

1 電纜永置式井下測調技術組成及特點

1.1 電纜永置式井下測調管柱工藝組成及工作原理

測調管柱由電動測調工作筒、分層工具、電纜及其他配套工具組成，如圖1所示。

電動測調工作筒用于井下注水量的調節及溫度、壓力等信號的監測，完井時預制的電纜實現信號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，可以實現井下參數的實時監測及注水量的實時調節。

1.2 工藝主要技術參數

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

1.3 管柱特點

1）適用范圍廣：目前可實現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：實時動態監測井下參數和水嘴狀態，實現了注入量的自動調整，實現了井下測調的智能化。

3）安全性高：設置了單流閥，防反吐；無需鋼絲電纜作業，同時設計了超壓報警功能，保證注水安全。

圖2 大直徑測調工作筒結構示意圖Fig.2 Stuctural diagram of the large diameter testing and adjustment working barrel

圖3 井下管柱配管形式對比Fig.3 The downhole tubing contrast

2 工藝現場應用方案改進

2.1 井下電動工作筒大排量設計，滿足多種井況需求

目前，廣泛應用的井下電動測調工作筒外徑為116mm，內通徑44mm，采用同心結構設計，在保證該層注水量的充足時，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電磁流量計，兩個流量計中間為水嘴，兩個流量計計量數值之差為本層流量。兩只流量計測試量程大，均為0m3/d～800m3/d，測量誤差小于5%，滿足渤海油田大流量測試需求；并且水嘴可以無級調節，可實現0～100%的全方位精準開關，滿足海上油田精細配注的要求。

2.2 改進井下管柱配管形式，提高工藝可靠性

通過現場施工，對管柱形式進行了改進，優化配管結構。防砂層段長度一般為20m～300m之間，采用普通配管結構，將電動測調工作筒置于防砂段中部，此時需要將電纜在分層工具處截斷進行穿越，用電纜連接器將電纜續接，優化后的管柱結構將電動測調工作筒安裝在分層工具下方，兩者通過油管短節相連。施工時，電纜通過分層工具的孔道穿出，進而與電動測調工作筒連接。通過改進管柱結構，避免了電纜連接器的使用，減少了井下的風險點，提高了工藝的整體可靠性。

2.3 完善電纜連接頭形式，提高對接成功率

電纜與井下電動工作筒的連接采用插接方式，通過swagelok金屬密封結構實現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需要施加較大的扭矩，造成連接扣的損壞；同時，電纜與工作筒的連接可能會出現連接失效情況，造成井下系統短路。

圖4 電纜接頭改進前后對比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生，對電纜連接頭密封形式進行了改進，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圈實現密封。

2.4 改進電極材料，滿足多頻次酸化要求

渤海油田多采用油田生產污水和水源井水混合注入方式，但水質長期不達標，含有大量懸浮固體和油污，容易產生鐵氧化物、碳酸鹽等無機垢傷害和殘余油污染，可引起儲層滲透率顯著降低，注水壓力上升，注水量下降，進而影響油井產量。因此，注水井在一定周期內必須進行酸化解堵。

井下電動測調工作筒為滿足海上油田大排量的需求，流量測試選用的電磁流量計。該流量計在工作時，電極材料會暴露在液體外，在化學腐蝕和電化學腐蝕的條件下，容易發生腐蝕，所以針對易腐蝕部件進行了酸化試驗。通過高溫、高壓酸化試驗，經過多次試驗優化選取電極材料，滿足現場多頻次酸化的需求。

參照SY/T 5405-1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》標準，對電極進行了腐蝕試驗，酸液體系選用現場酸化用BHJ3-C酸，反應釜溫度100℃，壓力10MPa，反應時間4h。反應結果如圖5所示。

最終選定材料酸化試驗結果見表1。

通過酸化試驗表明哈氏合金在高溫、高壓狀態下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方法及評價指標》標準中，高溫高壓動態腐蝕速率測定條件及緩蝕劑評價指標，該材質滿足一級腐蝕標準，該材質能夠滿足測調工作筒電極使用要求。

圖5 電極酸化前后對比Fig.5 Acidification of electrodes for acid test

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

2 工藝現場應用情況

該工藝目前自2015年7月開始實施以來，已經在渤海油田應用30口井，其中應用最大井斜為87.62°，最大注水層數為6層，最大單層注入量為900m3/d。目前，施工井次工作平穩，工作筒配注量能夠滿足地質需求。現場實施表明該工藝可靠穩定，滿足了設計的要求。通過現場施工，不斷地改進問題，完善施工工藝，保證現場施工方便、可靠，便于工藝的大面積推廣。

3 結論

完善了工具的結構，能夠滿足渤海油田大排量注水需求。

改進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。

改進配套工具，能夠滿足復雜井況的需求，同時考慮現場酸化等措施對工具影響，滿足現場措施需求。

通過現場施工逐步對工藝進行改進，工藝逐步發展成熟，滿足了大面積推廣的條件。

該技術通過適當改進流量計應用到采出井中，可實現大斜度井（水平井）的穩油控水或分段采油。