水平井纜控分采工藝質(zhì)量控制方法研究

王 龍

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院 （黑龍江 大慶 163453）

截至2017年底，大慶外圍油田已投產(chǎn)超過600口水平井，由于水平井開發(fā)的特殊性，已投產(chǎn)的水平井含水超過80%的已達(dá)到30%以上，需要分采技術(shù)進(jìn)行分段配產(chǎn)，控制產(chǎn)液剖面，提高產(chǎn)能。國(guó)內(nèi)外分采技術(shù)經(jīng)過不斷更新替代，已經(jīng)逐漸從傳統(tǒng)的機(jī)械管柱、電控管柱[1-3]發(fā)展為智能纜控管柱分采（圖1），纜控智能分采工藝由地面測(cè)控儀、電纜、井下測(cè)控一體配產(chǎn)器、封隔器等工具組成，通過電纜連接井下測(cè)控一體配產(chǎn)器并從地面井口電箱供電，可以實(shí)時(shí)獲取井下各段壓力、流量、含水、溫度等數(shù)據(jù)，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果直接對(duì)配產(chǎn)器進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)配產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)分采。該技術(shù)在直井中應(yīng)用已經(jīng)取得較好效果，但在水平井應(yīng)用中，直接照搬直井工藝則出現(xiàn)了弊端，直井中電纜是通過外綁式電纜保護(hù)器固定在油管外壁上的，外綁式電纜在通過水平井造斜及水平段時(shí)容易與套管壁發(fā)生擠壓磨損，造成電纜短路、工藝失效。同時(shí)，水平井沉砂機(jī)理與直井存在較大差異，更容易發(fā)生砂卡，需要采用有效的沖砂與防卡脫卡工藝。為此，通過采取一系列改進(jìn)的技術(shù)措施，提高了纜控智能分采工藝在水平井中應(yīng)用的可靠性。

圖1 水平井纜控分采工藝示意圖

1 技術(shù)措施

1.1 電纜內(nèi)置工藝

在水平井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，使用在直井中應(yīng)用的外綁式電纜保護(hù)器已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)水平井井況，電纜通過保護(hù)器固定在油管外壁，在經(jīng)過造斜和水平段時(shí)，電纜容易與套管壁發(fā)生磨損（圖2）或者擠壓（圖3）等情況，造成電纜破損失效，同時(shí)電纜保護(hù)器容易在磕碰中脫落，造成管柱遇卡。因此轉(zhuǎn)換電纜布局方式，使用電纜預(yù)置裝置（圖4），實(shí)現(xiàn)電纜從管柱內(nèi)部通過，保證電纜管柱內(nèi)置，解決了電纜外置發(fā)生磨損擠壓的問題。電纜預(yù)置裝置由上接頭、打撈頭、電纜、軸承、連接套、電纜套、鎖緊套、密封釘、下接頭幾部分組成，電纜通過盤旋纏繞的方式內(nèi)置在電纜套里（圖5）?，F(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，先將電纜預(yù)置裝置與油管下入井內(nèi)，再通過測(cè)試車鋼絲攜帶打撈工具從油管中下入，對(duì)電纜預(yù)置裝置內(nèi)的打撈頭進(jìn)行打撈，從而將電纜從工具中撈出，實(shí)現(xiàn)電纜油管內(nèi)置。電纜預(yù)置裝置內(nèi)可盤旋纏繞100 m電纜，可多級(jí)配合使用實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離電纜內(nèi)置，工具可耐壓30 MPa。

圖2 電纜磨損示意圖

圖3 電纜擠壓示意圖

圖4 電纜預(yù)置裝置示意圖

圖5 電纜纏繞示意圖

1.2 負(fù)壓旋流沖砂工藝

水平井出砂規(guī)律與直井存在較大差異，砂體呈平鋪狀沉積在水平段套管內(nèi)，常規(guī)沖砂工藝無(wú)法有效對(duì)沉砂進(jìn)行反排，從而造成頻繁砂埋油層，影響管柱起下與正常生產(chǎn)[4]，因此采用負(fù)壓連續(xù)旋流沖砂工藝，實(shí)現(xiàn)不停泵連續(xù)沖砂。負(fù)壓旋流沖砂器結(jié)構(gòu)組成如圖6所示。現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，將負(fù)壓旋流沖砂器隨油管下入方案預(yù)定位置后，從套管泵送沖砂液，沖砂液在截留皮碗的截留作用下，一小部分液體進(jìn)入負(fù)壓進(jìn)液通道，經(jīng)喉管進(jìn)入油管，喉管處應(yīng)用淹沒式射流泵原理[5]，在液體高速通過時(shí)能夠持續(xù)形成負(fù)壓區(qū)，對(duì)吸砂口外物質(zhì)進(jìn)行抽吸。其余大部分沖砂液進(jìn)入旋流進(jìn)液通道，經(jīng)過噴射頭上的側(cè)向偏孔，形成高速旋轉(zhuǎn)射流，對(duì)井壁及套管中的油砂混合物進(jìn)行沖刷，被沖刷起的油砂混合物受喉管處負(fù)壓作用被吸入吸砂口，從而反排至地面（圖7）。整個(gè)過程將沖砂轉(zhuǎn)變成抽砂，為管柱起下提供最優(yōu)環(huán)境。

圖6 負(fù)壓旋流沖砂器示意圖

圖7 負(fù)壓旋流沖砂器工作原理圖

1.3 防卡解卡工藝

由于水平井分采多用于壓裂后的水平井，出砂狀況嚴(yán)重，為保證管柱起下安全，管柱必須具有防卡解卡功能，確保遇卡時(shí)管柱能夠脫卡起出，為此采取了多種防卡解卡手段。一是在設(shè)計(jì)工藝配套工具時(shí)，采取小直徑化理念，整套分采工具外徑均小于110 mm，方便起下管柱，從硬件上減小風(fēng)險(xiǎn)；二是在管柱中分布使用三點(diǎn)支撐式鋼球扶正器（圖8），扶正器由上接頭、外套、推環(huán)、中心管、坐封掛、坐封銷釘、鋼球、下接頭組成?，F(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，油管加液壓使推環(huán)向下接頭方向移動(dòng)，使鋼球凸起支撐在套管內(nèi)壁，強(qiáng)制管柱居中，降低起管柱過程中因拖拽造成沉砂堆積卡管柱的風(fēng)險(xiǎn)；三是在各層段布置多級(jí)液壓-機(jī)械組合脫卡器（圖9），脫卡器由上接頭、下接頭、外套、限位環(huán)、鎖塊、剪斷銷釘組成。遇卡時(shí)油管打壓使限位環(huán)向上接頭方向移動(dòng)，鎖塊失去支撐后脫離限位槽，解除對(duì)上接頭與下接頭的固定，隨后上提油管15 t以上，將剪斷銷釘拉斷，實(shí)現(xiàn)管柱脫卡，起管柱時(shí)僅卡點(diǎn)以上受力斷脫，保證管柱能夠分段起出。

圖8 鋼球扶正器示意圖

圖9 脫卡器示意圖

2 應(yīng)用情況

在大慶油田某采油廠應(yīng)用電纜內(nèi)置技術(shù)開展了4口水平井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，工藝成功率100%，電纜打撈過程順暢，打撈力小于30 kg，全過程電纜信號(hào)傳輸正常，累計(jì)完成電纜內(nèi)置4 000 m以上。

3 結(jié)論

1）使用電纜內(nèi)置裝置可實(shí)現(xiàn)電纜的管柱內(nèi)置，但目前電纜內(nèi)置裝置能夠存儲(chǔ)電纜長(zhǎng)度為100 m，在層段較遠(yuǎn)時(shí)需要多級(jí)配合使用。

2）通過應(yīng)用負(fù)壓旋流沖砂技術(shù)，能夠?qū)λ骄仓谐辽坝行Х磁?，確保施工前井筒保持最優(yōu)環(huán)境。

3）應(yīng)用防卡解卡技術(shù)，降低了管柱遇卡的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)發(fā)生卡管柱狀況時(shí)，卡點(diǎn)以上管柱將從脫卡器位置斷開，采取洗井等措施處理后，再通過專用撈矛對(duì)剩余管柱進(jìn)行打撈。

4）應(yīng)用電纜內(nèi)置工藝與防卡脫卡工藝后，解決了電控分采工藝在水平井應(yīng)用的不適應(yīng)性，提高了管柱起下的安全性，為水平井纜控分采大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。