钢管电缆技术在油藏试井中的应用

屈孝和，乔飞飞，李金华，苏茂，屈孝云

1.西安思坦仪器股份有限公司（陕西 西安 710065）2.岳阳市第一中学（湖南 岳阳 414000）

0 引言

目前油田试井工艺主要有麻面电缆直读试井和钢丝存储试井两种方式。

麻面电缆直读试井能实现数据直读，但是施工作业时需要空压机、手压泵、液压注脂系统、注脂密封控制头以及拉运板车等，该结构系统组成如图1所示，根据系统组成可知该系统结构复杂，存在环境污染，作业效率低，施工成本高等缺陷。

图1 麻面电缆测井配套系统

钢丝存储试井不能实时获取井下资料，设备下井后在未提出地面之前，工作人员无法知晓仪器是否已经获得有效数据，因此存在下井失败风险[1-2]。针对以上困境，提出钢管电缆试井技术。

1 钢管电缆技术简介

1）仪器连接顺序。地面控制器+液压防喷举升系统+Φ4.2 mm 钢管电缆+Φ38 mm 双固定式电缆头+Φ38 mm安全接头+下挂仪器。

2）地面控制器包括测井主机（笔记本带软件）（图2）、采集单元与数控系统组成（图3）。测井主机与采集单元通过100 M 以太网进行数据传输和通信；数控系统实现与井下仪器供电，双向通信与控制，采集到的数据在测井主机上进行实时显示。并通过测井主机发送给安全接头开爪收爪等命令。

图2 测井主机

图3 采集单元与数控系统集成

3）液压防喷举升系统。实现钢管电缆井口动密封和方便仪器串在地面水平装配好并实现仪器串直立下井等功能。主要包括：防喷管系统、天滑轮组件、地滑轮组件、液压防喷头、举升支架组件等（图4）；举升支架组件实现系统与井口对接，并将仪器由水平状态变化成竖直状态方便现场施工；液压防喷头实现钢管电缆在井口动密封，防止井液喷出。

图4 钢管电缆液压举升系统

液压防喷举升主要优点：相对人工操作避免工人站在操作平台上操作和调节溢流量，避免高空作业[3-4]；相对吊车作业，在有些采油平台场地空间狭小，井间距较小，地面测试设备难以运输等恶劣条件有更广应用范围。

4）钢管电缆：图5是常规试井单芯电缆，由于其表面是铠丝结构，因此注定其井口密封设备复杂。

图5 试井常规铠丝单芯电缆

图6 是新开发的Φ4.2 mm 钢管电缆，由于电缆表面是钢管，因此井口密封只需地面手压泵打压实现胶皮密封即可，无需空压机注脂系统等庞大配套设备；钢管内有13 根直径0.22 mm 的铠丝能有效提高电缆与电缆头的抱紧力；电缆中间为铜丝，实现井下数据直返至地面计算机系统。

图6 钢管电缆

5）钢管电缆头。钢管电缆头能实现电缆的密封与固定，即实现井下仪器串电路控制部分不进井液和仪器抱紧电缆不至于掉入井内，图7 为钢管电缆头。

图7 钢管电缆头

钢管电缆头技术参数：仪器外径为38 mm,安装长度≤400 mm，最高工作温度为150 ℃，最高工作压力为100 MPa，适用电缆为4.2 mm钢管电缆，电缆抱紧力＞500 kg。

钢管电缆头耐压强度设计：根据材料力学外压长圆筒承压计算公式，临界耐压Pk计算公式如式（1）所示：

式中：∂s 为材料的屈服应力，MPa；S0为管子的壁厚,mm；Et为材料弹性模量，GPa ；R为管子的平均半径，mm。

外护管材料选用沉淀硬化型不锈钢17-4PH，查阅材料手册取其∂s=930 MPa，Et=200 GPa ，外径取D0=38 mm，内径Di=28 mm，则S0=5 mm，R=16.5 mm。

把以上数值带入公式，计算得PK为162 MPa，大于所需压力100 MPa，外护管耐压满足要求。

钢管电缆头抱紧力设计：电缆靠锥面挤压金属变形产生摩擦力来进行固定，螺母产生的扭矩按60/N·m计算，扭矩转换为力，F=72 000×sin35°=41 297N，FN=Fcos35°=33 828 N，摩擦系数按手册上的0.21计算，摩擦力Ff=7 100 N=710 kg，该值大于设计要求的抱紧力500 kg[5-6]。

6）电动安全接头。安全接头一般连接在钢管电缆头和下挂仪器之间，当仪器遇阻时，安全接头能够和挂接仪器脱离，实现安全丢开，从井口抽出电缆头和电缆，从而保护电缆，再下打捞工具实现井下仪器打捞出井，图8 为安全接头收紧状态，图9为安全接头处于丢开状态。

图8 安全接头收紧状态

图9 安全接头丢开状态

安全接头技术参数：仪器外径为42 mm，安装长度≤820 mm，最高工作温度为150 ℃，最高工作压力为100 MPa，最大挂接质量为800 kg，收紧电压为53～68 V，张开电压为-78～-87 V，脱开时间为70 s。

7）打捞工具。当安全接头工作后，需要打捞井下仪器时使用，图10为打捞工具。

图10 打捞工具

2 钢管电缆技术现场应用

目前在现场的施工应用见表1。

表1 钢管电缆作业工艺工具串组合

实际案例：测取2 490.00、2 590.00 m 处流压梯度，优化完善钢管电缆直读试井工艺技术[7-8]。

前期生产情况：2021年7月19日日报显示该井5.0 mm 油嘴经中压分离器自喷试产，油压7.2～4.2～6.5 MPa，套压15.0～18.4 MPa。

钢管电缆直读式测压工具组合：Φ4.2 mm 钢管电缆+Φ38 mm 双固定式密封电缆头+Φ38 mm 直读式电子压力计+Φ48 mm 加重杆+Φ48 mm 导锥。现场施工：2021 年7 月20 日连接井口防喷装置，地面测试仪器通讯。11:56～20:50 钢管直读电缆试井撬配合125 t吊车施工，现场施工井身结构及下接工具串位置如图11 所示。下直读式测压工具串至2 490.00、2 590.00 m 处停点，测取流压（温）梯度。2 490 m 处压力为20.492 MPa，温度为66.804 ℃；2 590 m 处压力为21.009 MPa，温度67.261 ℃，压力温度曲线如图12所示。

图11 案例中钢管电缆头直读式测压井井况图

图12 案例中获得的钢管电缆头直读式测压曲线图

3 结束语

目前钢管电缆技术优势主要有以下几点。

1）油田需求：能实时动态监测。

2）试井工艺换代：传统直读试井工艺作业成本高、安装操作复杂及密封油脂对环境存在污染，需要新试井工艺来替代。

3）提高作业效率：传统电缆直读试井装置的安装时间为6 h 以上，而钢管装置的安装时间仅为1h。

4）降低了施工成本。