注藥劑潛油電纜的設計研究

劉玉坤，馬昌偉，王春亮，王朝陽，楊振宇，秦風莉

（1.渤海石油裝備（天津）中成機械制造有限公司，天津 300280；2.大港油田公司第四采油廠（灘海開發公司），天津 300280；3.中國石油集團渤海鉆探泥漿技術服務分公司，天津 300280）

0 引言

近年來，隨著油井開采難度增加，油井及地層的結垢、結蠟問題日益突出，嚴重影響了原油的正常生產。結垢、結蠟問題會造成生產管匯或采油裝置堵塞腐蝕，降低油井產量和設備使用壽命，增加采油成本，制約降本增效。

定期向油井中注入化學藥劑是解決采出液的結垢、結蠟問題的一種有效方法，不但能去除生成的井垢，還能對采出液起到降黏析蠟的功效，為無桿泵舉升開采提供技術保障。將潛油電纜和注藥劑管相結合，減少了安裝或起下所需的地面設備和人員，從而簡化修井作業，降低生產成本，延長潛油電纜的使用壽命，并提高了人身安全保障水平。此外，注藥劑管由電纜鎧裝層保護，能夠最大限度降低其在操作過程中發生損壞的風險。

1 注藥劑潛油電纜概述

本文開發的注藥劑電纜采用專門的模具和鎧裝生產工藝，將傳輸化學藥品用的不銹鋼管與電纜一體制造，形成電纜和注藥劑管一體化，通過注藥劑電纜向井下間歇或連續加藥，實現降粘、清蠟、除垢等功能。注藥劑潛油電纜的結構主要分為單管、雙管、單層鎧裝、雙層鎧裝電纜，在外形上分扁形和圓形電纜，典型結構如圖1 所示。

圖1 典型注藥劑潛油電纜

注藥劑潛油電纜和普通動力電纜相比具有以下特點：

（1）耐高溫、高壓，具備適應井下工作狀況的特性。

（2）一體化鎧裝成型。注藥劑管和電纜一同下井施工，避免了注藥劑管和電纜分開施工和使用的情況，簡化作業流程。

（3）能夠在高溫、高壓和氣液侵蝕等惡劣環境中保持良好電氣絕緣性能、物理機械性能等。

（4）多措施注藥劑方式。單管和多管均可生產，可為油井注入不同的藥劑提供多個通道。

（5）制造工藝要求高。注藥劑潛油電纜用于井下高溫、高壓和高腐蝕特殊環境中，下井安裝并穿越井口封隔器時要求密封。因此，電纜的各項性能指標要求及每道制造工序的外徑控制要求很高。

（6）可連續向井下指定區域注入降黏劑、清蠟劑等化學藥劑，油井采出液降黏清蠟效果出色。

（7）注藥管采用3/8″ 316L 不銹鋼材料（內徑7.0 mm，外徑9.5 mm）。與普通電纜相比。單層鎧裝注藥劑電纜，單管寬度增加約10 mm、雙管寬度增加約20 mm。雙層鎧裝在寬度增加的同時，厚度也會增加約3 mm。外形結構尺寸完全適應井下油套環形空間的要求。

（8）采用專門的模具和鎧裝生產工藝，將傳輸化學藥劑用的不銹鋼管與電纜一體制造，形成電纜和注藥管一體化，安裝方便、施工作業耐磕碰能力強，使用壽命長。

2 現狀分析

目前油井注藥有3 種方式：井口液體注藥、井口固體注藥、井下泵口液體注藥。前兩種方法受油井液位或油套環形空間含氣量大等因素影響，化學藥劑往往無法到達油井指定區域，油井的降黏、清蠟效果不夠理想。

注藥劑潛油電纜在機組下井的同時，與潛油電纜同步下入一根或多根大長度注藥管，將化學試劑通過注藥管送至井筒指定區域，是配套無桿泵機組對采出液進行降黏、清蠟，降低開采成本，延長檢泵周期的最優選擇。

國外目前可生產該系列電纜的廠家主要有美國的Schlumberger 和Baker Hughes 等公司，產品從技術研發到生產制造等方面都具備一定的規模和實力，生產技術成熟，產品得到了認同和肯定，但是產品價格十分昂貴。國內注藥劑潛油電纜的研發、生產技術相對滯后，產品尚未得到廣泛應用。

3 注藥劑電纜結構

（1）導體：采用實心無氧圓銅桿，規格一般為21.1 mm2、33 mm2、42.5 mm2。

（2）輔助絕緣層：采用聚酰亞胺/F46 復合薄膜。

（3）絕緣層：采用高溫三元乙丙橡膠。

（4）護套層：采用鉛或合金鉛。

（5）墊層：采用無紡布繞包或玻璃絲編織。

（6）注藥管：采用316L 不銹鋼管。

（7）鋼帶鎧裝層：采用鍍鋅鋼帶、304 不銹鋼帶、316L不銹鋼帶或蒙乃爾鋼帶。

4 注藥劑潛油電纜技術指標

注藥劑電纜常用型號規格見表1，技術指標見表2，電纜截面結構如圖2 所示。

表2 注藥劑電纜技術指標

圖2 注藥劑電纜截面結構

注藥劑潛油電纜同時具備了一體化鎧裝成型、簡化施工作業流程和實現多措施注藥方式、能為油井注入不同的藥劑提供多個通道等應用特點。

5 注藥劑成套裝置工作原理

注藥劑成套裝置由藥劑箱本體、自動控制系統、注藥撬裝（注藥房）、注藥管網和注藥劑電纜組成。成套裝置主要管口包括注藥管線所配套的316L（或304）不銹鋼材料1/2 針型閥門、單向止回閥以及與井口采油樹配套的單井注液口。

正常工作時，注藥劑成套裝置通過自身電機帶動的柱塞泵進行兩種藥劑的單井次、單井計量加注。單井單獨的輸藥管線與井口套管專用連接裝置連接，無需動火。實現單井阻垢、油液降黏的功效。

注藥劑成套裝置能夠滿足自動化程度高、注藥量準確、操作簡單的工況特性。工作壓力能夠自行凋節，具有自行設計的機械式分路分配閥，適合叢式井井場一機多路使用、逐井循環的方式進行注藥。

注藥劑成套裝置采用380 V/50 Hz 的供電電源，電控系統接入功率為1.5 kW（不含地面伴熱），叢式井井場單臺最大功率可達25 kW。可承載的最大壓力為10 MPa，能實現單井加藥速度0.05 m3/h，最大排量可達50 L/h。單井的注藥速度一般設定為每分鐘0.8 L，每天需要的注藥總量可根據注藥的工藝要求現場設定，由內部程序自動完成設定的注藥工作（圖3、圖4）。

圖3 注藥劑成套裝置地面部分示意

圖4 注藥劑成套裝置管匯示意

注藥劑成套裝置一般采用PRC 智能控制系統，單套地面撬裝可同時與20 套單井注藥劑電纜連接，能夠依靠控制裝置觸摸屏顯示實時數據并設置各參數，根據設定參數自動切換閥門并向各單井注藥。控制系統采用模塊化設計，各功能模塊相對獨立，方便安裝與后期維護，箱體具有液位保護功能，確保設備安全穩定運行。

成套裝置遠程控制系統可與有線網絡或4G 無線網接口連接。現場具備有線網絡時，遠程控制模塊為以太網轉RS485 通信模塊；現場不具備有線網絡但有4G 信號時，遠程控制模塊為4G 無線轉RS485 通信模塊，能夠實現遠程人機交互，同時可用于集成并組。

注藥劑潛油電纜與地面注藥裝置組成的成套系統現已成功應用于國內多個高密度井場，具有占地空間小、節能效果強、清蠟效率高、低碳環保、遠程監控、動態采油等優勢，且能夠實現同一井場同時開展加密鉆井功能，市場前景廣闊。

6 應用效果和推廣前景

注藥劑潛油電纜配備注藥劑控制系統，具有維修簡單、安裝方便、耐腐蝕性強、集約化設計、計量數據準確、無故障運行時間長等特點。目前已在厄瓜多爾和大港油田得到應用，累計安裝井次超過80 口。該產品能夠有效滿足高凝油、稠油、結蠟原油、易結垢油井的無桿泵舉升開采需求，形成潛油電纜系列化產品分支。目前已形成系列化產品品牌，實現了新的經濟增長點，創造了良好的經濟效益和社會效益。