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(yáng)市第一中學(xué)（湖南 岳陽(yáng) 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(chǔ)試井兩種方式。

麻面電纜直讀試井能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)直讀，但是施工作業(yè)時(shí)需要空壓機(jī)、手壓泵、液壓注脂系統(tǒng)、注脂密封控制頭以及拉運(yùn)板車等，該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成如圖1所示，根據(jù)系統(tǒng)組成可知該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在環(huán)境污染，作業(yè)效率低，施工成本高等缺陷。

圖1 麻面電纜測(cè)井配套系統(tǒng)

鋼絲存儲(chǔ)試井不能實(shí)時(shí)獲取井下資料，設(shè)備下井后在未提出地面之前，工作人員無(wú)法知曉儀器是否已經(jīng)獲得有效數(shù)據(jù)，因此存在下井失敗風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。針對(duì)以上困境，提出鋼管電纜試井技術(shù)。

1 鋼管電纜技術(shù)簡(jiǎn)介

1）儀器連接順序。地面控制器+液壓防噴舉升系統(tǒng)+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(cè)井主機(jī)（筆記本帶軟件）（圖2）、采集單元與數(shù)控系統(tǒng)組成（圖3）。測(cè)井主機(jī)與采集單元通過(guò)100 M 以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信；數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與井下儀器供電，雙向通信與控制，采集到的數(shù)據(jù)在測(cè)井主機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。并通過(guò)測(cè)井主機(jī)發(fā)送給安全接頭開爪收爪等命令。

圖2 測(cè)井主機(jī)

圖3 采集單元與數(shù)控系統(tǒng)集成

3）液壓防噴舉升系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)鋼管電纜井口動(dòng)密封和方便儀器串在地面水平裝配好并實(shí)現(xiàn)儀器串直立下井等功能。主要包括：防噴管系統(tǒng)、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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與井口對(duì)接，并將儀器由水平狀態(tài)變化成豎直狀態(tài)方便現(xiàn)場(chǎng)施工；液壓防噴頭實(shí)現(xiàn)鋼管電纜在井口動(dòng)密封，防止井液噴出。

圖4 鋼管電纜液壓舉升系統(tǒng)

液壓防噴舉升主要優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)人工操作避免工人站在操作平臺(tái)上操作和調(diào)節(jié)溢流量，避免高空作業(yè)[3-4]；相對(duì)吊車作業(yè)，在有些采油平臺(tái)場(chǎng)地空間狹小，井間距較小，地面測(cè)試設(shè)備難以運(yùn)輸?shù)葠毫訔l件有更廣應(yīng)用范圍。

4）鋼管電纜：圖5是常規(guī)試井單芯電纜，由于其表面是鎧絲結(jié)構(gòu)，因此注定其井口密封設(shè)備復(fù)雜。

圖5 試井常規(guī)鎧絲單芯電纜

圖6 是新開發(fā)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(shí)現(xiàn)膠皮密封即可，無(wú)需空壓機(jī)注脂系統(tǒng)等龐大配套設(shè)備；鋼管內(nèi)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(shí)現(xiàn)井下數(shù)據(jù)直返至地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

圖6 鋼管電纜

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

圖7 鋼管電纜頭

鋼管電纜頭技術(shù)參數(shù)：儀器外徑為38 mm,安裝長(zhǎng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)：根據(jù)材料力學(xué)外壓長(zhǎng)圓筒承壓計(jì)算公式，臨界耐壓Pk計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：?s 為材料的屈服應(yīng)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(hù)管材料選用沉淀硬化型不銹鋼17-4PH，查閱材料手冊(cè)取其?s=930 MPa，Et=200 GPa ，外徑取D0=38 mm，內(nèi)徑Di=28 mm，則S0=5 mm，R=16.5 mm。

把以上數(shù)值帶入公式，計(jì)算得PK為162 MPa，大于所需壓力100 MPa，外護(hù)管耐壓滿足要求。

鋼管電纜頭抱緊力設(shè)計(jì)：電纜靠錐面擠壓金屬變形產(chǎn)生摩擦力來(lái)進(jìn)行固定，螺母產(chǎn)生的扭矩按60/N·m計(jì)算，扭矩轉(zhuǎn)換為力，F(xiàn)=72 000×sin35°=41 297N，F(xiàn)N=Fcos35°=33 828 N，摩擦系數(shù)按手冊(cè)上的0.21計(jì)算，摩擦力Ff=7 100 N=710 kg，該值大于設(shè)計(jì)要求的抱緊力500 kg[5-6]。

6）電動(dòng)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(dāng)儀器遇阻時(shí)，安全接頭能夠和掛接儀器脫離，實(shí)現(xiàn)安全丟開，從井口抽出電纜頭和電纜，從而保護(hù)電纜，再下打撈工具實(shí)現(xiàn)井下儀器打撈出井，圖8 為安全接頭收緊狀態(tài)，圖9為安全接頭處于丟開狀態(tài)。

圖8 安全接頭收緊狀態(tài)

圖9 安全接頭丟開狀態(tài)

安全接頭技術(shù)參數(shù)：儀器外徑為42 mm，安裝長(zhǎng)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(zhì)量為800 kg，收緊電壓為53～68 V，張開電壓為-78～-87 V，脫開時(shí)間為70 s。

7）打撈工具。當(dāng)安全接頭工作后，需要打撈井下儀器時(shí)使用，圖10為打撈工具。

圖10 打撈工具

2 鋼管電纜技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前在現(xiàn)場(chǎng)的施工應(yīng)用見(jiàn)表1。

表1 鋼管電纜作業(yè)工藝工具串組合

實(shí)際案例：測(cè)取2 490.00、2 590.00 m 處流壓梯度，優(yōu)化完善鋼管電纜直讀試井工藝技術(shù)[7-8]。

前期生產(chǎn)情況：2021年7月19日日?qǐng)?bào)顯示該井5.0 mm 油嘴經(jīng)中壓分離器自噴試產(chǎn)，油壓7.2～4.2～6.5 MPa，套壓15.0～18.4 MPa。

鋼管電纜直讀式測(cè)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(jì)+Φ48 mm 加重桿+Φ48 mm 導(dǎo)錐。現(xiàn)場(chǎng)施工：2021 年7 月20 日連接井口防噴裝置，地面測(cè)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(xiàn)場(chǎng)施工井身結(jié)構(gòu)及下接工具串位置如圖11 所示。下直讀式測(cè)壓工具串至2 490.00、2 590.00 m 處停點(diǎn)，測(cè)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(cè)壓井井況圖

圖12 案例中獲得的鋼管電纜頭直讀式測(cè)壓曲線圖

3 結(jié)束語(yǔ)

目前鋼管電纜技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)。

1）油田需求：能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2）試井工藝換代：傳統(tǒng)直讀試井工藝作業(yè)成本高、安裝操作復(fù)雜及密封油脂對(duì)環(huán)境存在污染，需要新試井工藝來(lái)替代。

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

4）降低了施工成本。