文章编号：1000 − 7393(2022)05 − 0600 − 04 DOI: 10.13639/j.odpt.2022.05.014
金振东1,2 佟音1,2 王凤山1,2 高光磊1,2 李井慧1,2 王洁春1,2
1. 中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院；
2. 黑龙江省油气藏增产增注重点实验室
引用格式：金振东，佟音，王凤山，高光磊，李井慧，王洁春. 大庆油田缆控智能分注技术工艺优化［J ］. 石油钻采工艺，2022，44（5）：600-603,664.
摘要：缆控智能分注工艺实现了井下参数的连续监测和实时测调，为油藏分析提供充足数据，但由于井下工具涉及多学科应用且工艺复杂，前期现场试验过程中发现，缆控智能分注井运行2年以上井数占比仅为51.9%，无法满足规模应用需求。通过对前期试验井进行故障分析，到影响工艺可靠性的关键因素，针对主要问题对缆控智能配水器流量控制阀、电缆密封连接工艺以及过电缆封隔器洗井阀结构进行了改进和优化；实现了缆控智能配水器流量控制阀10 MPa 压差下顺利开关，漏失量小于1 m 3/d ；电缆与缆控智能配水器连接密封可靠，电缆可从过电缆封隔器上、下接头顺利穿过。工艺技术优化与完善后截至2022年4月，现场试验223口井，运行2年以上井数占比由原来的56.1%提高到91.9%。优化后的缆控智能分注工艺，
可靠性得到提升，为该技术在油田开展规模化应用奠定基础。
关键词：缆控；智能分注；流量控制阀；过电缆封隔器；密封中图分类号：TE934.1 文献标识码： A
Optimization of cable-controlled intelligent separate-layer
water injection technology in Daqing Oilfield
JIN Zhendong 1,2, TONG Yin 1,2, WANG Fengshan 1,2, GAO Guanglei 1,2, LI Jinghui 1,2, WANG Jiechun 1,2
1. Oil Production Engineering Research Institute , PetroChina Daqing Oilfield Co., Ltd., Daqing 163453, Heilongjiang , China ;
2. Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Stimulation of Heilongjiang Province , Daqing 163453, Heilongjiang , China
Citation: JIN Zhendong, TONG Yin, WANG Fengshan, GAO Guanglei, LI Jinghui, WANG Jiechun. Optimization of cable-controlled intelligent separate-layer water injection technology in Daqing Oilfield ［J ］. Oil Drilling & Production Technology, 2022,44(5): 600-603, 664.
Abstract: The cable-controlled intelligent separate-layer water injection technology realizes the continuous monitoring and real-time measurement and adjustment of downhole parameters, and provides sufficient data for reservoir analysis. However, due to the application of multidisciplinary downhole tools and the complexity of the technology, it is found in the previous field test that the number of wells with cable-controlled intelligent separate-layer water injection wells operating for more than 2 years accounts for only 51.9% of the total, which cannot meet the requirement of large-scale application. Through the fault analysis of the previous test wells,this paper finds the key factors affecting the process reliability. To solve the main affecting issues found in the fault analysis, the flow control valve of the cable-controlled intelligent water distributor, the cable sealing connection process and the structure of the well-flushing valve of cable-through packer are improved and optimized, and the smooth opening and closing of the flow control valve of the cable controlled intelligent water distributor under the pressure difference of 10 MPa is realized, with the leakage less than 1 m 3/d.The connection between the cable and the cable-controlled intelligent water distributor is reliable, and the cable can be feed through
基金项目: 国家科技重大专项“大庆长垣特高含水油田提高采收率示范工程”(编号：2016ZX05054)。
第一作者: 金振东 ( 1989-) ，2012年毕业于中国石油大学(华东)控制科学与工程专业，获硕士学位，现
从事智能分注工艺技术的研究与推广
工作，工程师。通讯地址：(163453)黑龙江省大庆市让胡路区西宾路9号采油工程研究院。E-mail ：第 44 卷 第 5 期石 油 钻 采 工 艺
Vol. 44 No. 52022 年 9 月OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY Sept. 2022
smoothly through the upper and lower connectors of the cable-through packer. After the optimization and improvement, by April 2022, this technology has gone through field tests in 223 wells, and the proportion of wells running smoothly for more than 2 years increased from 56.1% to 91.9%.After optimization, the reliability of the cable-controlled intelligent separate-layer water injection process has been improved, laying a foundation for large-scale application of the technology in oilfields.
Key words: cable-controlled; intelligent separate-layer water injection; flow control valve; cable-through packer; sealing
随着油田细分井数及细分层段数的逐年增多，测试工作量大与测试队伍有限之间的矛盾日益突出。为了能为精细油藏描述提供连续、详实的数据，大庆油田自2000年初开始了智能分层注水技术的探索性研究，主要包括非接触式智能分注、波码通讯分注、地面智能分注、缆控智能分注等，解决了常规分注技
术存在的问题，实现分层注水精细化、有效化、智能化的长期实时控制［1-5］。其中，缆控智能分注工艺在技术成熟度、测调效率、测试精准度、适应范围等方面具有优势，实现了井下参数的连续监测和实时测调，测调效率得到了大幅度提高，有助于特高含水后期剩余油的挖潜；但由于井下工具涉及参数采集系统、电源管理系统、通讯系统及自动控制系统等多系统组合、多学科应用，且完井作业涉及电缆连接及保护等，工艺复杂［6-8］，可靠性相对较低，工艺成本较高，2012−2017年现场试验54口井，运行2年以上井数占比仅为51.9%，工艺稳定性和可靠性均无法满足规模应用的需求。
通过对26口故障井进行分析可知：(1)故障原因主要为电缆与智能配水器连接处密封失效、流量控制阀故障、过电缆封隔器洗井阀失效；其中，电缆与智能配水器连接处密封失效12口井，占比46.2%；流量控制阀故障7口井，占比26.9%；过电缆封隔器洗井阀失效4口井，占比15.4%；其他因素占比11.5%；(2)出现故障的时间主要集中在下井后的前6个月，故障井数为23口井，占总故障井数的88.5%；第7个月至第24个月出现故障井数为3口井，占总故障井数的11.5%。为了进一步完善缆控分层注水工艺技术，优化了缆控智能配水器的流量控制阀、过电缆封隔器等工具，完善了电缆与缆控智能配水器的连接密封，延长了工具使用寿命，提高了缆控智能分注工艺的可靠性。
1 缆控智能分注工艺的完善优化
1.1 智能配水器流量控制阀的优化
流量控制阀是智能配水器调节注入量的执行机构，是确保注水合格率的关键组件。前期试验发现，流量控制阀主要存在的问题有：(1)注入水含有大颗粒杂质，流量控制阀易堵；(2)流量控制阀全开或全关后出现倒扣现象；(3)前后压差超过3 MPa时，易出现传动轴断裂。
为此对流量控制阀进行优化：(1)扩大流量控制阀陶瓷阀芯外径，由Ø10 mm扩大到Ø14 mm，增加了阀体最大过流面积，降低流量控制阀堵塞几率；
(2)在流量控制阀陶瓷阀芯后端设计平衡孔，实现陶瓷阀芯前后端压力平衡，减小了开关过程中由于压差产生的阻力，防止流量控制阀无法正常开关的现象出现；(3)对传动轴进行应力分析，优化了传动轴尺寸，阀芯内径由Ø3 mm增大到Ø5 mm，传动轴连接螺纹由M2调整为M4，提高了抗拉和抗剪切强度。优化后流量控制阀结构如图1所示。
图 1 流量控制阀结构
Fig. 1 Structure of flow control valve
优化后流量控制阀水嘴开度当量0~14 mm连续可调，扭矩8 N · m，10 MPa压差下漏失量小于1 m3/d且压差条件下可以顺利开关。流量控制阀运行过程中，电机的工作电流始终低于其保护电流数值150 mA，具体实验数据如表1所示。
1.2 电缆连接工艺的优化
原有的缆控智能配水器两端各预留一段电缆，现场施工时，用电缆连接器将预留的电缆与管柱上的电缆连接起来。在配水器外预留的电缆在存放、运输过程中有被损坏的风险；在现场施工时，需要使用电缆连接器对2段电缆进行密封，以5层段井为例，需要9个电缆连接器做电缆密封接头，增加工艺成本的同时存在密封失效的风险。任何一处密封失效都会导致整个工艺失败。为此，对智能配水器与电缆的连接方式进行了优化：(1)取消了在配水器外
金振东等：大庆油田缆控智能分注技术工艺优化601
预留电缆的设计，在配水器外设计接线母座，现场施工时，将电缆直接锁定到接线母座上，规避了配水器外电缆损坏的风险；(2)设计了电缆接头及其配套胶帽，同时密封了电缆外铠与绝缘层，实现了双重保
护。优化后电缆连接工艺如图2所示。
图 2 优化后电缆连接工艺
Fig. 2 Optimized cable connection process
1.3 过电缆封隔器的优化
缆控智能分注工艺在施工时，在过电缆封隔器
内衬管留出电缆通道，电缆穿越多级封隔器时不占用主通道，以避免影响注水井吸水剖面等其他测试工艺［9-10］。前期试验发现，过电缆封隔器存在的问题有：(1)当洗井压力高或停注状态时洗井阀自动打
开，当恢复注水工况时洗井阀不自动关闭，造成上下层连通，封隔器密封失效；(2)针对复杂工艺管柱，比如两封隔器间是光管的管柱，为减少使用电缆连接器，将电缆从封隔器穿过是最佳选择，这就要求过电缆封隔器可以从上接头和下接头都可以穿过电缆。为此对过电缆封隔器进行以下优化设计。
(1)洗井阀结构优化。洗井阀是用于控制洗井通道开启或关闭的装置，原洗井阀为整体式结构，优
化后的洗井阀为分体式结构，只有2部分结构同时动作才能打开洗井通道。当上层套压高于下层套压时2部分阀体一起动作打开洗井通道；当下层套压高于上层套压时，只有分体式结构中的上半段动作，下半段保持在关闭位置，洗井通道保持关闭状态，从而避免了停注时地层压力高引起的第1级封隔器失效的问题。
(2)电缆穿越方式优化。为使电缆从封隔器内部通过，需要在封隔器上设计电缆通道，由封隔器上、下接头上的引导通道、内衬管上的通道主体组成。在原有的设计中，电缆只能从封隔器的上端向下端方向穿越封隔器。当施工设计中出现封堵层时则会出现2级封隔器中没有配水器，仅有普通油管的情况，要求封隔器的上端和下端都能穿过电缆。为此，通过降低引导通道角度、在引导通道末端增加15°倒角、扩大电缆通道主体直径的设计，并优化各零部件的尺寸结构(图3)，实现了电缆既能从封隔器的上端向下端穿越封隔器，也能从封隔器的下端向上端穿越封隔器，提高了封隔器对智能配水器及管柱的适应性。
图 3 优化后过电缆封隔器Fig. 3 Optimized cable-through packer
2 现场应用
2018年12月−2022年4月，优化后的缆控智
能分注工艺现场试验223口井，统计现场施工及测调实验记录发现，运行2年以上井数占比由原来的56.1%提高到91.9%。其中先期投产的59口井，平均运行时长1 150 d ；后期投产的164口井，平均运行时长749 d 。与优化前相比，工艺可靠性和工具使用寿命大幅度提升。
2.1 优化后性能分析
现场试验的223口井，共900余层段，在测调过
程中，缆控智能配水器流量控制阀未出现断轴的现象。优化后流量控制阀连接轴强度和电机扭矩能够适应井下工况的要求。截至2021年12月，900余层段的缆控智能配水器平均运行时长已达到855 d ，
表 1 流量控制阀试验数据表Table 1 Data of flow control valve test
电机电流/mA 10 MPa 压差下漏失量/
(m 3 · d −1)流量控制阀有无卡阻710.38无770.31无840.42无810.34无720.29无810.35无920.41无840.36无940.41无75
0.35
无
602
石油钻采工艺 2022年 9 月（第 44 卷）第 5 期
根据分析故障井数与运行时长的关系可知，这个数据还会进一步增加，与优化前的600 d 相比，提高了42.5%。
在施工过程中，电缆穿越封隔器时，可从上接头向下接头穿出，也可从下接头向上接头穿出。优化后的过电缆封隔器，适应复杂工艺管柱施工的要求；同时在停注状态或者下层套压高时洗井阀不打开，坐封后井口没有溢流，洗井阀分体式结构的设计解决了洗井阀不自动归位的问题。
2.2 应用效果分析
优化后缆控智能分注工艺稳定，井下设备运行正常，注水合格率长期保持在90%以上，通过高渗层注水精准控制，连通油井产油量基本保持不变，有效控制了含水上升率和自然递减率，改善了薄差层动用程度低的状况，砂岩吸水厚度提高4.3个百分点，其中表外储层吸水厚度提高5.8个百分点，累计增油4.03万t 。现场试验区块油层吸水状况变化数据见表2。
表 2 油层吸水状况变化
Table 2 Changes of reservoir water absorption
储层有效厚度/m
优化前吸水比例优化后吸水比例优化前后差值层数/%砂岩/%有效/%层数/%砂岩/%有效/%层数/%砂岩/%有效/%≥292.295.993.91001001007.8 4.1 6.11~28586.684.788.689.588.4 3.6 2.9 3.70.5~180.986.481.484.789.984.8 3.8 3.5 3.4＜0.576.379.977.1
80.682.781.4
4.3 2.8 4.3
表外储层70.47176.676.8 6.2 5.8平均值
73.5
77.8
82.578.9
82.1
86.7 5.4
4.3
4.2
3 结论
(1)通过优化缆控智能配水器、过电缆封隔器等
配套工具，优化电缆与缆控智能配水器的连接工艺，工具使用寿命由优化前的600 d 提高到855 d ，提高了缆控智能分注工艺可靠性，为解决此类问题提供了技术方案。
(2)缆控智能分注技术可靠性的提升，为下一步2 000口井规模的试验区建设奠定基础，有助于特高含水后期剩余油的挖潜，指导区块开发，提高开发效果和效益。
(3)为了进一步提高工艺可靠性，下步建议开展缆控智能配水器钢体及内部密封组件耐酸、耐碱性能分析，研制在pH 值为6~8内可应用的缆控配水器，提高工艺适应性。参考文献：
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［10］ （修改稿收到日期 2022-06-07）
〔编辑 李春燕〕
664
石油钻采工艺 2022年 9 月（第 44 卷）第 5 期
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