水平井缆控分采工艺质量控制方法研究

王 龙

中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院 （黑龙江 大庆 163453）

截至2017年底，大庆外围油田已投产超过600口水平井，由于水平井开发的特殊性，已投产的水平井含水超过80%的已达到30%以上，需要分采技术进行分段配产，控制产液剖面，提高产能。国内外分采技术经过不断更新替代，已经逐渐从传统的机械管柱、电控管柱[1-3]发展为智能缆控管柱分采（图1），缆控智能分采工艺由地面测控仪、电缆、井下测控一体配产器、封隔器等工具组成，通过电缆连接井下测控一体配产器并从地面井口电箱供电，可以实时获取井下各段压力、流量、含水、温度等数据，并根据测量结果直接对配产器进行控制，调节配产量，实现分采。该技术在直井中应用已经取得较好效果，但在水平井应用中，直接照搬直井工艺则出现了弊端，直井中电缆是通过外绑式电缆保护器固定在油管外壁上的，外绑式电缆在通过水平井造斜及水平段时容易与套管壁发生挤压磨损，造成电缆短路、工艺失效。同时，水平井沉砂机理与直井存在较大差异，更容易发生砂卡，需要采用有效的冲砂与防卡脱卡工艺。为此，通过采取一系列改进的技术措施，提高了缆控智能分采工艺在水平井中应用的可靠性。

图1 水平井缆控分采工艺示意图

1 技术措施

1.1 电缆内置工艺

在水平井现场应用中发现，使用在直井中应用的外绑式电缆保护器已经无法适应水平井井况，电缆通过保护器固定在油管外壁，在经过造斜和水平段时，电缆容易与套管壁发生磨损（图2）或者挤压（图3）等情况，造成电缆破损失效，同时电缆保护器容易在磕碰中脱落，造成管柱遇卡。因此转换电缆布局方式，使用电缆预置装置（图4），实现电缆从管柱内部通过，保证电缆管柱内置，解决了电缆外置发生磨损挤压的问题。电缆预置装置由上接头、打捞头、电缆、轴承、连接套、电缆套、锁紧套、密封钉、下接头几部分组成，电缆通过盘旋缠绕的方式内置在电缆套里（图5）。现场使用时，先将电缆预置装置与油管下入井内，再通过测试车钢丝携带打捞工具从油管中下入，对电缆预置装置内的打捞头进行打捞，从而将电缆从工具中捞出，实现电缆油管内置。电缆预置装置内可盘旋缠绕100 m电缆，可多级配合使用实现长距离电缆内置，工具可耐压30 MPa。

图2 电缆磨损示意图

图3 电缆挤压示意图

图4 电缆预置装置示意图

图5 电缆缠绕示意图

1.2 负压旋流冲砂工艺

水平井出砂规律与直井存在较大差异，砂体呈平铺状沉积在水平段套管内，常规冲砂工艺无法有效对沉砂进行反排，从而造成频繁砂埋油层，影响管柱起下与正常生产[4]，因此采用负压连续旋流冲砂工艺，实现不停泵连续冲砂。负压旋流冲砂器结构组成如图6所示。现场使用时，将负压旋流冲砂器随油管下入方案预定位置后，从套管泵送冲砂液，冲砂液在截留皮碗的截留作用下，一小部分液体进入负压进液通道，经喉管进入油管，喉管处应用淹没式射流泵原理[5]，在液体高速通过时能够持续形成负压区，对吸砂口外物质进行抽吸。其余大部分冲砂液进入旋流进液通道，经过喷射头上的侧向偏孔，形成高速旋转射流，对井壁及套管中的油砂混合物进行冲刷，被冲刷起的油砂混合物受喉管处负压作用被吸入吸砂口，从而反排至地面（图7）。整个过程将冲砂转变成抽砂，为管柱起下提供最优环境。

图6 负压旋流冲砂器示意图

图7 负压旋流冲砂器工作原理图

1.3 防卡解卡工艺

由于水平井分采多用于压裂后的水平井，出砂状况严重，为保证管柱起下安全，管柱必须具有防卡解卡功能，确保遇卡时管柱能够脱卡起出，为此采取了多种防卡解卡手段。一是在设计工艺配套工具时，采取小直径化理念，整套分采工具外径均小于110 mm，方便起下管柱，从硬件上减小风险；二是在管柱中分布使用三点支撑式钢球扶正器（图8），扶正器由上接头、外套、推环、中心管、坐封挂、坐封销钉、钢球、下接头组成。现场使用时，油管加液压使推环向下接头方向移动，使钢球凸起支撑在套管内壁，强制管柱居中，降低起管柱过程中因拖拽造成沉砂堆积卡管柱的风险；三是在各层段布置多级液压-机械组合脱卡器（图9），脱卡器由上接头、下接头、外套、限位环、锁块、剪断销钉组成。遇卡时油管打压使限位环向上接头方向移动，锁块失去支撑后脱离限位槽，解除对上接头与下接头的固定，随后上提油管15 t以上，将剪断销钉拉断，实现管柱脱卡，起管柱时仅卡点以上受力断脱，保证管柱能够分段起出。

图8 钢球扶正器示意图

图9 脱卡器示意图

2 应用情况

在大庆油田某采油厂应用电缆内置技术开展了4口水平井现场试验，工艺成功率100%，电缆打捞过程顺畅，打捞力小于30 kg，全过程电缆信号传输正常，累计完成电缆内置4 000 m以上。

3 结论

1）使用电缆内置装置可实现电缆的管柱内置，但目前电缆内置装置能够存储电缆长度为100 m，在层段较远时需要多级配合使用。

2）通过应用负压旋流冲砂技术，能够对水平井井筒中沉砂有效反排，确保施工前井筒保持最优环境。

3）应用防卡解卡技术，降低了管柱遇卡的风险，当发生卡管柱状况时，卡点以上管柱将从脱卡器位置断开，采取洗井等措施处理后，再通过专用捞矛对剩余管柱进行打捞。

4）应用电缆内置工艺与防卡脱卡工艺后，解决了电控分采工艺在水平井应用的不适应性，提高了管柱起下的安全性，为水平井缆控分采大规模现场应用奠定了技术基础。