一种新型井下电缆湿式对接装置的研制与应用

山金城,代向辉,张延旭,陈 祥

(1中海石油(中国)有限公司蓬勃作业公司 2西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室)

0 引言

目前渤海PL19- 3、PL19- 9和PL25- 6油田正常生产采油井共有218口，可实施常规分采工艺的油井有34口，且已实施15口，常规分采工艺无法实施但具备分采潜力井有130口左右。随着油田的深入开发，层间矛盾日益突出，含水不断上升，个别区块平均含水达到75%以上，但无法通过关闭高含水层等措施来降低含水，迫切需要分采工艺来降低油田含水上升率和产量递减率，为此开展了缆控式电泵智能分采工艺技术研究[1- 3]。该技术采用单芯铠装电缆实现井下电控滑套与地面控制器的供电与通信，电控滑套具备数据监测和油嘴调节功能，数据可由铠装电缆反馈至地面控制器。当需要控制某一层位时，地面控制器发出指令传输至电控滑套后即可执行，实现油嘴开度无级调节[4- 5]。

然而，PL油田绝大多数采油井为Ø177.8 mm套管，使得缆控式电泵智能分采工艺技术中Y型旁通管柱无法下入，且潜油电泵机组悬挂分层管柱结构和罐装电泵系统管柱结构现场作业风险较大。借鉴钻杆输送湿接头水平井测井技术[6- 9]，创新地提出了丢手对接式缆控电泵智能分采工艺技术，研发了适用于Ø177.8 mm套管井的井下电缆湿式对接装置，并进行了室内测试与现场试验。

1 新型井下电缆湿式对接装置研制

1.1 结构

井下电缆湿式对接装置主要由丢手连接器和电缆对接公头组成，其中丢手连接器具有两点作用，一是分层管柱到位后投球液压实现管柱丢手；二是实现电泵生产管柱与分层管柱的湿式对接与电连接。电缆对接公头置于电泵生产管柱的最下端，到位后与丢手后的丢手连接器实现湿式对接，使得井下电缆湿式对接装置就实现了井下高温、高压、高湿环境下管柱硬对接、密封绝缘、井下供电与数据通信。

丢手连接器的结构如图1，它主要由丢手部分和湿连接部分组成。丢手部分包括上接头、卡瓦主体、丢手剪切销钉、丢手活塞和连接筒，其中卡瓦主体下端为均布周向割缝弹性爪，在丢手活塞的作用下与连接筒实现锁定，丢手活塞与卡瓦主体间利用丢手剪切销钉固定轴向位置，且通过销钉设计决定最终丢手压力；卡瓦主体内孔加工有台阶面，用于实现丢手活塞的轴向限位，此外丢手活塞上端为球座结构。湿连接部分包括对接体、电缆连接头、锁球座、备帽、连接短节等组成，对接体与锁球座连接形成整个湿接头部分的支撑主体，其内部放置的导电套两侧安装绝缘套，导电套通过内部引线与电缆连接头连接；锁球座周向均布有3个径向孔，径向孔内安装锁球和弹簧，用于锁定电缆对接公头；限位花篮与锁球座通过销钉连接，电缆对接公头到达时用于负荷显示。

图1 井下电缆湿式对接装置丢手连接器结构示意图

电缆对接公头的结构如图2，它主要由扶正部分和对接头组成。扶正部分包括对接备帽、对接出线接头、对接外筒、对接扶正、对接转接头等，作用是保证电缆对接装置在作业过程中居中，有利于电缆对接装置与丢手连接器的顺利对接。对接头包括对接主体、导电环、绝缘环、对接引导体等，导电环两侧为绝缘环，每个绝缘环外圆柱面分别安装有3道密封圈，对接主体与对接引导体连接后实现对导电环和绝缘环的固紧；对接引导体前端为圆锥体结构，且在前端加工有凹槽，在丢手连接器锁球作用下实现对电缆对接公头锁定。

图2 井下电缆湿式对接装置电缆对接公头结构示意图

1.2 工作原理

1.2.1 丢手连接器随管柱入井

丢手连接器下端连接分层管柱，上端连接钻杆(或油管)后随管柱入井。管柱到位后井口投球(Ø55 mm)并小排量追球入座，井口加压8～10 MPa，丢手活塞在液压作用力下剪断丢手剪切销钉后向下运动至卡瓦主体内台阶，此时卡瓦主体下端弹性爪释放，实现整体管柱脱手，上提即可起出丢手管柱，丢手连接器丢手部分随管柱起出，湿连接部分置于井下。

1.2.2 电缆对接公头入井与对接

电缆对接公头连接在电泵生产管柱的最下端，潜油电泵机组使用加强型电机底部，中间连接Ø73 mm的EUE油管。电泵生产管柱下放到位后，管柱缓慢下探19 600 N后载荷迅速降至零，此时电缆对接公头已到达丢手连接器限位花篮位置并剪断销钉，井口划线配管，连接油管挂，下放管柱将油管挂坐入采油树，此时电缆对接公头已顺利导入丢手连接器湿接头部分，对接头导电环与湿接头部分导电套接触后导电，对接头绝缘环与湿接头部分绝缘套接触形成密封绝缘,对接成功后井口供电测试井下通信状态。

1.3 主要技术参数

丢手连接器和电缆对接公头长度分别为1 422 mm、1 667 mm，最大外径150 mm，工作压力35 MPa，工作温度125℃，连接扣型73 mm UPTBG。丢手连接器与电缆对接公头对接后，最大导电电压200 V，最大导电电流2 000 mA，35 MPa压力条件下绝缘值≥50 MΩ。

1.4 技术特点

(1)丢手连接器采用投球丢手方式，丢手可靠性高；限位花篮设计，具备负荷显示功能；锁球结构可实现对接锁定，试验锁定力19 600 N。

(2)电缆对接公头采用整体扶正结构，在保护对接头的同时，提高对接成功率。

(3)井下电缆湿式对接装置具备重复对接能力，在成功对接后可保持长期稳定供电与通信，在检泵作业时只将电缆对接公头起出并维护即可。

2 室内试验与现场应用

2.1 室内试验

2.1.1 对接接触电阻与绝缘电阻测试试验

丢手连接器下端用丝堵堵住并灌水，将电缆对接公头与其对接，使用万用表检测两端接线点线芯间的电阻值为0.2 Ω，使用绝缘表检测接线点线芯对外壳的电阻值为无穷大；反复对接20次，检测结果均相同。由此可见，井下电缆湿式对接装置对接后接触电阻和绝缘电阻满足技术要求。

2.1.2 对接耐压通信试验

将对接后的井下电缆湿式对接装置整体放入试压工装内，两端分别引出数据线缆，工装内部整体加压至35 MPa并稳压2 h，使用万用表检测两端接线点线芯间的电阻值为0.2 Ω，使用绝缘表检测接线点线芯对外壳的电阻值为无穷大；将两端的引出数据线缆分别与地面控制器、电控滑套连接，上电后地面控制器电器参数正常，并可实现对电控滑套的正常调控。由此可见，井下电缆湿式对接装置对接状态下耐压通信性良好，满足技术要求。

2.2 现场应用

PL19- 3油田一口生产井井底温度39.2℃，压力13.5 MPa，由于层间矛盾突出，需进行分采。2017年5月，对该生产井实施了丢手对接电泵智能分采管柱作业，井下电缆湿式对接装置作为工艺实施关键工具，完成首次现场应用。现场实施时，井下电缆湿式对接装置成功对接后，井口测试井下通信正常，地面控制器上电可实现对各级电控滑套的远程调控。管柱作业完成后启泵生产，地面通信测试和数据监测正常，在8月份开展单层压力恢复测试时出现电控滑套故障，在此过程中井下电缆湿式对接装置工作状态良好。

3 结论及建议

(1)井下电缆湿式对接装置采用投球丢手方式，丢手可靠性高，设计有负荷显示、对接锁定和重复对接功能，整体结构设计合理，对接可靠性高，满足工艺设计要求。

(2)井下电缆湿式对接装置试验结果符合设计要求，现场应用对接可靠，在成功对接后可保持长期稳定供电与通信，作为丢手对接式缆控电泵智能分采技术的关键工具，可以很好地适用于PL油田Ø177.8 mm套管小井径井的分层开发。

(3)井下电缆湿式对接装置在井下依靠管柱携带实现对接，受井斜影响小，检泵作业时只需起出上部电泵生产管柱即可，为大井斜及水平井的分层开发提供技术支撑。