鋼管電纜技術在油藏試井中的應用

屈孝和，喬飛飛，李金華，蘇茂，屈孝云

1.西安思坦儀器股份有限公司（陜西 西安 710065）2.岳陽市第一中學（湖南 岳陽 414000）

0 引言

目前油田試井工藝主要有麻面電纜直讀試井和鋼絲存儲試井兩種方式。

麻面電纜直讀試井能實現數據直讀，但是施工作業時需要空壓機、手壓泵、液壓注脂系統、注脂密封控制頭以及拉運板車等，該結構系統組成如圖1所示，根據系統組成可知該系統結構復雜，存在環境污染，作業效率低，施工成本高等缺陷。

圖1 麻面電纜測井配套系統

鋼絲存儲試井不能實時獲取井下資料，設備下井后在未提出地面之前，工作人員無法知曉儀器是否已經獲得有效數據，因此存在下井失敗風險[1-2]。針對以上困境，提出鋼管電纜試井技術。

1 鋼管電纜技術簡介

1）儀器連接順序。地面控制器+液壓防噴舉升系統+Φ4.2 mm 鋼管電纜+Φ38 mm 雙固定式電纜頭+Φ38 mm安全接頭+下掛儀器。

2）地面控制器包括測井主機（筆記本帶軟件）（圖2）、采集單元與數控系統組成（圖3）。測井主機與采集單元通過100 M 以太網進行數據傳輸和通信；數控系統實現與井下儀器供電，雙向通信與控制，采集到的數據在測井主機上進行實時顯示。并通過測井主機發送給安全接頭開爪收爪等命令。

圖2 測井主機

圖3 采集單元與數控系統集成

3）液壓防噴舉升系統。實現鋼管電纜井口動密封和方便儀器串在地面水平裝配好并實現儀器串直立下井等功能。主要包括：防噴管系統、天滑輪組件、地滑輪組件、液壓防噴頭、舉升支架組件等（圖4）；舉升支架組件實現系統與井口對接，并將儀器由水平狀態變化成豎直狀態方便現場施工；液壓防噴頭實現鋼管電纜在井口動密封，防止井液噴出。

圖4 鋼管電纜液壓舉升系統

液壓防噴舉升主要優點：相對人工操作避免工人站在操作平臺上操作和調節溢流量，避免高空作業[3-4]；相對吊車作業，在有些采油平臺場地空間狹小，井間距較小，地面測試設備難以運輸等惡劣條件有更廣應用范圍。

4）鋼管電纜：圖5是常規試井單芯電纜，由于其表面是鎧絲結構，因此注定其井口密封設備復雜。

圖5 試井常規鎧絲單芯電纜

圖6 是新開發的Φ4.2 mm 鋼管電纜，由于電纜表面是鋼管，因此井口密封只需地面手壓泵打壓實現膠皮密封即可，無需空壓機注脂系統等龐大配套設備；鋼管內有13 根直徑0.22 mm 的鎧絲能有效提高電纜與電纜頭的抱緊力；電纜中間為銅絲，實現井下數據直返至地面計算機系統。

圖6 鋼管電纜

5）鋼管電纜頭。鋼管電纜頭能實現電纜的密封與固定，即實現井下儀器串電路控制部分不進井液和儀器抱緊電纜不至于掉入井內，圖7 為鋼管電纜頭。

圖7 鋼管電纜頭

鋼管電纜頭技術參數：儀器外徑為38 mm,安裝長度≤400 mm，最高工作溫度為150 ℃，最高工作壓力為100 MPa，適用電纜為4.2 mm鋼管電纜，電纜抱緊力＞500 kg。

鋼管電纜頭耐壓強度設計：根據材料力學外壓長圓筒承壓計算公式，臨界耐壓Pk計算公式如式（1）所示：

式中：?s 為材料的屈服應力，MPa；S0為管子的壁厚,mm；Et為材料彈性模量，GPa ；R為管子的平均半徑，mm。

外護管材料選用沉淀硬化型不銹鋼17-4PH，查閱材料手冊取其?s=930 MPa，Et=200 GPa ，外徑取D0=38 mm，內徑Di=28 mm，則S0=5 mm，R=16.5 mm。

把以上數值帶入公式，計算得PK為162 MPa，大于所需壓力100 MPa，外護管耐壓滿足要求。

鋼管電纜頭抱緊力設計：電纜靠錐面擠壓金屬變形產生摩擦力來進行固定，螺母產生的扭矩按60/N·m計算，扭矩轉換為力，F=72 000×sin35°=41 297N，FN=Fcos35°=33 828 N，摩擦系數按手冊上的0.21計算，摩擦力Ff=7 100 N=710 kg，該值大于設計要求的抱緊力500 kg[5-6]。

6）電動安全接頭。安全接頭一般連接在鋼管電纜頭和下掛儀器之間，當儀器遇阻時，安全接頭能夠和掛接儀器脫離，實現安全丟開，從井口抽出電纜頭和電纜，從而保護電纜，再下打撈工具實現井下儀器打撈出井，圖8 為安全接頭收緊狀態，圖9為安全接頭處于丟開狀態。

圖8 安全接頭收緊狀態

圖9 安全接頭丟開狀態

安全接頭技術參數：儀器外徑為42 mm，安裝長度≤820 mm，最高工作溫度為150 ℃，最高工作壓力為100 MPa，最大掛接質量為800 kg，收緊電壓為53～68 V，張開電壓為-78～-87 V，脫開時間為70 s。

7）打撈工具。當安全接頭工作后，需要打撈井下儀器時使用，圖10為打撈工具。

圖10 打撈工具

2 鋼管電纜技術現場應用

目前在現場的施工應用見表1。

表1 鋼管電纜作業工藝工具串組合

實際案例：測取2 490.00、2 590.00 m 處流壓梯度，優化完善鋼管電纜直讀試井工藝技術[7-8]。

前期生產情況：2021年7月19日日報顯示該井5.0 mm 油嘴經中壓分離器自噴試產，油壓7.2～4.2～6.5 MPa，套壓15.0～18.4 MPa。

鋼管電纜直讀式測壓工具組合：Φ4.2 mm 鋼管電纜+Φ38 mm 雙固定式密封電纜頭+Φ38 mm 直讀式電子壓力計+Φ48 mm 加重桿+Φ48 mm 導錐。現場施工：2021 年7 月20 日連接井口防噴裝置，地面測試儀器通訊。11:56～20:50 鋼管直讀電纜試井撬配合125 t吊車施工，現場施工井身結構及下接工具串位置如圖11 所示。下直讀式測壓工具串至2 490.00、2 590.00 m 處停點，測取流壓（溫）梯度。2 490 m 處壓力為20.492 MPa，溫度為66.804 ℃；2 590 m 處壓力為21.009 MPa，溫度67.261 ℃，壓力溫度曲線如圖12所示。

圖11 案例中鋼管電纜頭直讀式測壓井井況圖

圖12 案例中獲得的鋼管電纜頭直讀式測壓曲線圖

3 結束語

目前鋼管電纜技術優勢主要有以下幾點。

1）油田需求：能實時動態監測。

2）試井工藝換代：傳統直讀試井工藝作業成本高、安裝操作復雜及密封油脂對環境存在污染，需要新試井工藝來替代。

3）提高作業效率：傳統電纜直讀試井裝置的安裝時間為6 h 以上，而鋼管裝置的安裝時間僅為1h。

4）降低了施工成本。