一種新型井下電纜濕式對接裝置的研制與應用

山金城,代向輝,張延旭,陳 祥

(1中海石油(中國)有限公司蓬勃作業公司 2西南石油大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室)

0 引言

目前渤海PL19- 3、PL19- 9和PL25- 6油田正常生產采油井共有218口，可實施常規分采工藝的油井有34口，且已實施15口，常規分采工藝無法實施但具備分采潛力井有130口左右。隨著油田的深入開發，層間矛盾日益突出，含水不斷上升，個別區塊平均含水達到75%以上，但無法通過關閉高含水層等措施來降低含水，迫切需要分采工藝來降低油田含水上升率和產量遞減率，為此開展了纜控式電泵智能分采工藝技術研究[1- 3]。該技術采用單芯鎧裝電纜實現井下電控滑套與地面控制器的供電與通信，電控滑套具備數據監測和油嘴調節功能，數據可由鎧裝電纜反饋至地面控制器。當需要控制某一層位時，地面控制器發出指令傳輸至電控滑套后即可執行，實現油嘴開度無級調節[4- 5]。

然而，PL油田絕大多數采油井為?177.8 mm套管，使得纜控式電泵智能分采工藝技術中Y型旁通管柱無法下入，且潛油電泵機組懸掛分層管柱結構和罐裝電泵系統管柱結構現場作業風險較大。借鑒鉆桿輸送濕接頭水平井測井技術[6- 9]，創新地提出了丟手對接式纜控電泵智能分采工藝技術，研發了適用于?177.8 mm套管井的井下電纜濕式對接裝置，并進行了室內測試與現場試驗。

1 新型井下電纜濕式對接裝置研制

1.1 結構

井下電纜濕式對接裝置主要由丟手連接器和電纜對接公頭組成，其中丟手連接器具有兩點作用，一是分層管柱到位后投球液壓實現管柱丟手；二是實現電泵生產管柱與分層管柱的濕式對接與電連接。電纜對接公頭置于電泵生產管柱的最下端，到位后與丟手后的丟手連接器實現濕式對接，使得井下電纜濕式對接裝置就實現了井下高溫、高壓、高濕環境下管柱硬對接、密封絕緣、井下供電與數據通信。

丟手連接器的結構如圖1，它主要由丟手部分和濕連接部分組成。丟手部分包括上接頭、卡瓦主體、丟手剪切銷釘、丟手活塞和連接筒，其中卡瓦主體下端為均布周向割縫彈性爪，在丟手活塞的作用下與連接筒實現鎖定，丟手活塞與卡瓦主體間利用丟手剪切銷釘固定軸向位置，且通過銷釘設計決定最終丟手壓力；卡瓦主體內孔加工有臺階面，用于實現丟手活塞的軸向限位，此外丟手活塞上端為球座結構。濕連接部分包括對接體、電纜連接頭、鎖球座、備帽、連接短節等組成，對接體與鎖球座連接形成整個濕接頭部分的支撐主體，其內部放置的導電套兩側安裝絕緣套，導電套通過內部引線與電纜連接頭連接；鎖球座周向均布有3個徑向孔，徑向孔內安裝鎖球和彈簧，用于鎖定電纜對接公頭；限位花籃與鎖球座通過銷釘連接，電纜對接公頭到達時用于負荷顯示。

圖1 井下電纜濕式對接裝置丟手連接器結構示意圖

電纜對接公頭的結構如圖2，它主要由扶正部分和對接頭組成。扶正部分包括對接備帽、對接出線接頭、對接外筒、對接扶正、對接轉接頭等，作用是保證電纜對接裝置在作業過程中居中，有利于電纜對接裝置與丟手連接器的順利對接。對接頭包括對接主體、導電環、絕緣環、對接引導體等，導電環兩側為絕緣環，每個絕緣環外圓柱面分別安裝有3道密封圈，對接主體與對接引導體連接后實現對導電環和絕緣環的固緊；對接引導體前端為圓錐體結構，且在前端加工有凹槽，在丟手連接器鎖球作用下實現對電纜對接公頭鎖定。

圖2 井下電纜濕式對接裝置電纜對接公頭結構示意圖

1.2 工作原理

1.2.1 丟手連接器隨管柱入井

丟手連接器下端連接分層管柱，上端連接鉆桿(或油管)后隨管柱入井。管柱到位后井口投球(?55 mm)并小排量追球入座，井口加壓8～10 MPa，丟手活塞在液壓作用力下剪斷丟手剪切銷釘后向下運動至卡瓦主體內臺階，此時卡瓦主體下端彈性爪釋放，實現整體管柱脫手，上提即可起出丟手管柱，丟手連接器丟手部分隨管柱起出，濕連接部分置于井下。

1.2.2 電纜對接公頭入井與對接

電纜對接公頭連接在電泵生產管柱的最下端，潛油電泵機組使用加強型電機底部，中間連接?73 mm的EUE油管。電泵生產管柱下放到位后，管柱緩慢下探19 600 N后載荷迅速降至零，此時電纜對接公頭已到達丟手連接器限位花籃位置并剪斷銷釘，井口劃線配管，連接油管掛，下放管柱將油管掛坐入采油樹，此時電纜對接公頭已順利導入丟手連接器濕接頭部分，對接頭導電環與濕接頭部分導電套接觸后導電，對接頭絕緣環與濕接頭部分絕緣套接觸形成密封絕緣,對接成功后井口供電測試井下通信狀態。

1.3 主要技術參數

丟手連接器和電纜對接公頭長度分別為1 422 mm、1 667 mm，最大外徑150 mm，工作壓力35 MPa，工作溫度125℃，連接扣型73 mm UPTBG。丟手連接器與電纜對接公頭對接后，最大導電電壓200 V，最大導電電流2 000 mA，35 MPa壓力條件下絕緣值≥50 MΩ。

1.4 技術特點

(1)丟手連接器采用投球丟手方式，丟手可靠性高；限位花籃設計，具備負荷顯示功能；鎖球結構可實現對接鎖定，試驗鎖定力19 600 N。

(2)電纜對接公頭采用整體扶正結構，在保護對接頭的同時，提高對接成功率。

(3)井下電纜濕式對接裝置具備重復對接能力，在成功對接后可保持長期穩定供電與通信，在檢泵作業時只將電纜對接公頭起出并維護即可。

2 室內試驗與現場應用

2.1 室內試驗

2.1.1 對接接觸電阻與絕緣電阻測試試驗

丟手連接器下端用絲堵堵住并灌水，將電纜對接公頭與其對接，使用萬用表檢測兩端接線點線芯間的電阻值為0.2 Ω，使用絕緣表檢測接線點線芯對外殼的電阻值為無窮大；反復對接20次，檢測結果均相同。由此可見，井下電纜濕式對接裝置對接后接觸電阻和絕緣電阻滿足技術要求。

2.1.2 對接耐壓通信試驗

將對接后的井下電纜濕式對接裝置整體放入試壓工裝內，兩端分別引出數據線纜，工裝內部整體加壓至35 MPa并穩壓2 h，使用萬用表檢測兩端接線點線芯間的電阻值為0.2 Ω，使用絕緣表檢測接線點線芯對外殼的電阻值為無窮大；將兩端的引出數據線纜分別與地面控制器、電控滑套連接，上電后地面控制器電器參數正常，并可實現對電控滑套的正常調控。由此可見，井下電纜濕式對接裝置對接狀態下耐壓通信性良好，滿足技術要求。

2.2 現場應用

PL19- 3油田一口生產井井底溫度39.2℃，壓力13.5 MPa，由于層間矛盾突出，需進行分采。2017年5月，對該生產井實施了丟手對接電泵智能分采管柱作業，井下電纜濕式對接裝置作為工藝實施關鍵工具，完成首次現場應用。現場實施時，井下電纜濕式對接裝置成功對接后，井口測試井下通信正常，地面控制器上電可實現對各級電控滑套的遠程調控。管柱作業完成后啟泵生產，地面通信測試和數據監測正常，在8月份開展單層壓力恢復測試時出現電控滑套故障，在此過程中井下電纜濕式對接裝置工作狀態良好。

3 結論及建議

(1)井下電纜濕式對接裝置采用投球丟手方式，丟手可靠性高，設計有負荷顯示、對接鎖定和重復對接功能，整體結構設計合理，對接可靠性高，滿足工藝設計要求。

(2)井下電纜濕式對接裝置試驗結果符合設計要求，現場應用對接可靠，在成功對接后可保持長期穩定供電與通信，作為丟手對接式纜控電泵智能分采技術的關鍵工具，可以很好地適用于PL油田?177.8 mm套管小井徑井的分層開發。

(3)井下電纜濕式對接裝置在井下依靠管柱攜帶實現對接，受井斜影響小，檢泵作業時只需起出上部電泵生產管柱即可，為大井斜及水平井的分層開發提供技術支撐。