电缆永置式井下测调技术现场应用及改进研究

蓝 飞，陈 征，李 越，宋 鑫，薛德栋，张 乐，张晓冉

（1.中海石油（中国）有限公司 天津分公司，天津 300459；2.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452）

0 引言

目前，渤海油田步入中后期开发阶段。渤海油田广泛开展分层精细注水，通过分层注入可以缓解层间矛盾，提高层间调控能力与注入水的波及系数，确保较高的采油速度并提高最终采收率[1-3]。目前，渤海油田广泛采用的分层注水管柱包括空心集成技术、同心测调技术及多管分注技术等多种方式，但都存在着适用范围小，不能够满足多层段、大井斜水平井分注要求。基于以上问题，开发研究了电缆永置式井下测调技术。该技术通过完井时，随管柱下入的电缆实时监测控制井下注水工作筒，实现井下温度、压力、注入量的实时监测及调节。该技术避免了钢丝电缆作业，解决了大斜度井及水平井调配的问题[4-6]。该工艺自2015年首次现场施工以来，在施工过程中不断发现问题，针对这些问题不断改进，并在现场论证。目前该工艺逐渐成熟，具备了大面积推广的条件。

图1 电缆永置式井下测调技术管柱（三层）Fig.1 Technological string for the cable present downhole testing and adjustment (3-layer isolation and injection)

1 电缆永置式井下测调技术组成及特点

1.1 电缆永置式井下测调管柱工艺组成及工作原理

测调管柱由电动测调工作筒、分层工具、电缆及其他配套工具组成，如图1所示。

电动测调工作筒用于井下注水量的调节及温度、压力等信号的监测，完井时预制的电缆实现信号的传输及井下工作筒的供电，分层工具用于层间的封隔。通过该系统，可以实现井下参数的实时监测及注水量的实时调节。

1.2 工艺主要技术参数

适用于各类井型；最大注水量1000m3/d；分注层数8层；耐温150℃；耐压60MPa。

1.3 管柱特点

1）适用范围广：目前可实现8层、大斜度、大井深的注入井。单层配注量高，适用于各类井型。

2）智能化：实时动态监测井下参数和水嘴状态，实现了注入量的自动调整，实现了井下测调的智能化。

3）安全性高：设置了单流阀，防反吐；无需钢丝电缆作业，同时设计了超压报警功能，保证注水安全。

图2 大直径测调工作筒结构示意图Fig.2 Stuctural diagram of the large diameter testing and adjustment working barrel

图3 井下管柱配管形式对比Fig.3 The downhole tubing contrast

2 工艺现场应用方案改进

2.1 井下电动工作筒大排量设计，满足多种井况需求

目前，广泛应用的井下电动测调工作筒外径为116mm，内通径44mm，采用同心结构设计，在保证该层注水量的充足时，保证余下层位的注水需求，满足大排量注水需求。工作筒上部和下部各有一个电磁流量计，两个流量计中间为水嘴，两个流量计计量数值之差为本层流量。两只流量计测试量程大，均为0m3/d～800m3/d，测量误差小于5%，满足渤海油田大流量测试需求；并且水嘴可以无级调节，可实现0～100%的全方位精准开关，满足海上油田精细配注的要求。

2.2 改进井下管柱配管形式，提高工艺可靠性

通过现场施工，对管柱形式进行了改进，优化配管结构。防砂层段长度一般为20m～300m之间，采用普通配管结构，将电动测调工作筒置于防砂段中部，此时需要将电缆在分层工具处截断进行穿越，用电缆连接器将电缆续接，优化后的管柱结构将电动测调工作筒安装在分层工具下方，两者通过油管短节相连。施工时，电缆通过分层工具的孔道穿出，进而与电动测调工作筒连接。通过改进管柱结构，避免了电缆连接器的使用，减少了井下的风险点，提高了工艺的整体可靠性。

2.3 完善电缆连接头形式，提高对接成功率

电缆与井下电动工作筒的连接采用插接方式，通过swagelok金属密封结构实现电缆与工作筒的密封。而受加工精度等因素影响，金属卡套密封面加工精度难以满足要求，在压帽压紧密封件时需要施加较大的扭矩，造成连接扣的损坏；同时，电缆与工作筒的连接可能会出现连接失效情况，造成井下系统短路。

图4 电缆接头改进前后对比Fig.4 Connector cable improvement contrast

为了避免井下电缆与工作筒连接失效情况的发生，对电缆连接头密封形式进行了改进，由原来的金属密封形式改为金属密封+O圈密封形式。在接头本体与电缆之间加入O圈，接头本体及电缆之间互相挤压O圈实现密封。

2.4 改进电极材料，满足多频次酸化要求

渤海油田多采用油田生产污水和水源井水混合注入方式，但水质长期不达标，含有大量悬浮固体和油污，容易产生铁氧化物、碳酸盐等无机垢伤害和残余油污染，可引起储层渗透率显著降低，注水压力上升，注水量下降，进而影响油井产量。因此，注水井在一定周期内必须进行酸化解堵。

井下电动测调工作筒为满足海上油田大排量的需求，流量测试选用的电磁流量计。该流量计在工作时，电极材料会暴露在液体外，在化学腐蚀和电化学腐蚀的条件下，容易发生腐蚀，所以针对易腐蚀部件进行了酸化试验。通过高温、高压酸化试验，经过多次试验优化选取电极材料，满足现场多频次酸化的需求。

参照SY/T 5405-1996《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》标准，对电极进行了腐蚀试验，酸液体系选用现场酸化用BHJ3-C酸，反应釜温度100℃，压力10MPa，反应时间4h。反应结果如图5所示。

最终选定材料酸化试验结果见表1。

通过酸化试验表明哈氏合金在高温、高压状态下4h腐蚀率为4.67g/(m2·h)，按照SY/T 5405-1996《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》标准中，高温高压动态腐蚀速率测定条件及缓蚀剂评价指标，该材质满足一级腐蚀标准，该材质能够满足测调工作筒电极使用要求。

图5 电极酸化前后对比Fig.5 Acidification of electrodes for acid test

表1 电极腐蚀前后重量对比表Table 1 Weight comparison of electrodes for acid test

2 工艺现场应用情况

该工艺目前自2015年7月开始实施以来，已经在渤海油田应用30口井，其中应用最大井斜为87.62°，最大注水层数为6层，最大单层注入量为900m3/d。目前，施工井次工作平稳，工作筒配注量能够满足地质需求。现场实施表明该工艺可靠稳定，满足了设计的要求。通过现场施工，不断地改进问题，完善施工工艺，保证现场施工方便、可靠，便于工艺的大面积推广。

3 结论

完善了工具的结构，能够满足渤海油田大排量注水需求。

改进了施工方案及配管工艺，避免了电缆连接器的使用，提高了施工效率及保障了工艺的可靠性。

改进配套工具，能够满足复杂井况的需求，同时考虑现场酸化等措施对工具影响，满足现场措施需求。

通过现场施工逐步对工艺进行改进，工艺逐步发展成熟，满足了大面积推广的条件。

该技术通过适当改进流量计应用到采出井中，可实现大斜度井（水平井）的稳油控水或分段采油。