0 引言
大庆油田聚合物驱分注工艺主要有单管同心、单管偏心和双管[1]3种，均属于成熟技术。截至2015年年底，大庆油田有限责任公司第五采油厂共有聚合物驱注入井734口，其中分层注聚合物井320口，分层注聚合物技术主要采用单管偏心分注工艺。针对单管偏心分注工艺在测试过程中存在易遇阻卡、测试成果易反复和调配控制效率低等问题[2]，研究应用预置电缆智能分层注聚合物技术，实现了测试过程中免下仪器，井下各层流量的室内直读、直控和进、出口压力的实时监测，提高了注入稳定性和测试效率，同时解决了因测试遇阻卡引起的重复作业问题，实现了分层注聚合物井的智能调配[3]。
1 设计原理及结构 1.1 设计原理计算机通过无线网络与地面控制系统建立通信，地面控制系统与井下各层的智能注聚合物器通过钢管单芯电缆建立交互式通信，由办公计算机发出控制指令，通过无线网络、地面控制系统和钢管单芯电缆传至目的层智能注聚合物器的电路板，读取该层的进、出口压力和流量值，并通过钢管单芯电缆、地面控制系统和无线网络反馈至办公计算机[4]。将反馈的数值与该层配注对比，根据需要调整注入量，并将调节指令通过无线网络、地面控制系统和钢管单芯电缆发送至目的层智能注聚合物器的电路板，控制该层工具的电机旋转，带动阀芯上行或下行，改变进、出口间阀芯的长度来调节注入量，直至该层实际注入量满足配注要求为止[5]。
1.2 结构预置电缆智能分层注聚合物技术由计算机、无线网络和工艺管柱等构成。工艺管柱主要由地面控制系统、过电缆专用注入井口、过电缆封隔器和流量直读式井下电控注聚合物器等组成，结构见图 1。
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| 图 1 预置电缆智能分层注聚合物技术工艺管柱 Fig.1 Structural schematic of the string of intelligent layered polymer injection technology with preset cable 1—地面控制系统；2—过电缆专用注入井口；3—油管；4—钢管单芯电缆；5—过电缆封隔器；6—智能注聚合物器；7—套管；8—筛管；9—丝堵。 |
1.2.1 地面控制系统
地面控制系统可接收井下工具的反馈信号，对信号进行处理并传输至计算机，同时根据需要控制阀芯运动及调节各层注入量。井下系统将控制指令解析后控制电机进行正、反转，经减速后带动丝杠转动，从而推动阀芯运动。智能注聚合物器实时读取进、出口压力计和流量计的数值并传输给地面控制器，在控制软件界面上显示对应的当前流量[6]。
1.2.2 过电缆专用注入井口过电缆专用注入井口由防盗楔形闸阀、过电缆专用上法兰、防喷套管四通和过电缆专用油管悬挂器等组成[7]，结构如图 2所示。该装置的过电缆专用上法兰具有电缆专用出口，在电缆出口部位设有密封组件，对电缆进行密封，使其具备双级密封及防盗功能；在过电缆专用油管悬挂器上安装密封组件，可对其穿过悬挂器的电缆起到定位、密封及保护作用，同时可承受井下管柱重力。
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| 图 2 过电缆专用注入井口结构示意图 Fig.2 Structural schematic of the specific through-cable injection wellhead 1—防盗楔形闸阀；2—双卡四通；3—内置阀三通；4—过电缆专用上法兰；5、18—等长双头螺柱；6、19—六角螺母；7、23—密封钢圈；8—防喷套管四通；9—顶丝；10—压紧螺母；11—垫圈；12—顶丝盘根；13—O形密封圈；14—导压丝堵；15—过电缆专用油管悬挂器；16—油管短节；17—短节(130 mm)；20—丝堵；21—三通接头；22—卡箍头；24—卡箍；25—内置式截止阀；26—内置阀三通；27—短节(210 mm)。 |
1.2.3 过电缆封隔器
过电缆封隔器在下接头和坐封活塞套外侧铣有电缆容槽，当钢管单芯电缆穿出后，通过封隔器[8]的密封套和过渡接头进入封隔器内、外中心管环空，从外中心管穿出。电缆容槽可实现封隔器密封胶筒部分过电缆[9]，其结构如图 3所示。
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| 图 3 过电缆封隔器结构示意图 Fig.3 Structural schematic of the through-cable packer 1—上接头；2—短节；3—密封螺栓；4—密封接头；5—O形密封圈；6—洗井活塞套；7—中心管；8—洗井活塞；9—备帽；10—外中心管；11—承隔环；12—边胶筒；13—隔环；14—中胶筒；15—承接环；16—卡簧挂；17—坐封销钉；18—解封销钉；19—拉钉挂；20—卡簧；21—卡簧座；22—密封套；23—过渡活塞；24—坐封活塞；25—坐封活塞套；26—下接头。 |
1.2.4 智能注聚合物器
智能注聚合物器采用分体式设计，插接方式连接，通过中心管螺纹连接固定。在液体进入阀芯前和流出阀芯后均设有压力采集的压力传感器，能够监测注入层段进、出口的压力；同时设有电磁流量计，其内通径与智能注聚合物器通径相同，可有效防止在测试过程中出现的流量计因堵塞或节流计量不准的问题。
智能聚合物器的电路板通过钢管单芯电缆与地面控制器建立交互式通信，可接收地面发出的控制指令和反馈读取的进、出口压力及流量值。流量直读式井下电控注聚合物器结构如图 4所示。
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| 图 4 智能注聚合物器结构示意图 Fig.4 Structural schematic of the smart polymer injection device 1—上接头；2—上中心管；3—上端盖；4—第1插针组件；5—第1插接段；6—单层阻断组件；7—第2插接段；8—管内压力传感器；9—电磁流量计；10—第3插接段；11—下中心管；12—第4插接段；13—第5插接段；14—下端盖；15—下接头；16—管外压力传感器；17—阀芯；18—密封联动组件；19—电机；20—第2插针组件；21—电缆接头组件。 |
2 关键技术
预置电缆智能分层注聚合物技术解决了聚合物易堵塞流量计和封隔器，注聚合物器之间的电缆连接头在高压下难密封，封隔器密封胶筒过电缆和井口穿出电缆难度大等问题，取得了以下关键技术。
2.1 智能注聚合物器的集成化设计智能注聚合物器内设有电磁流量计、管内外压力传感器和电机驱动等部件，需同时通过钢管单芯电缆。电磁流量计内通径46 mm，与注聚合物器内通径相同，避免聚合物堵塞。该工具采用分体式设计、插接连接的方式，通过中心管螺纹连接固定，便于穿出电缆和装配，在插接的各组件内可根据电路板、压力传感器和电机等元器件尺寸设计相应的槽形结构[10]，满足集成化设计的需要。
2.2 封隔器密封胶筒部分过电缆设计在不影响封隔器密封和洗井功能的前提下，利用封隔器洗井通道及上、下接头容槽，实现电缆的穿出及密封。
2.3 高压注入井口的过电缆设计钢管单芯电缆抗折弯能力差，从高压注入井口的套管放空处穿出难度大，易损坏钢管单芯电缆，因此设计了过电缆专用注入井口。该装置的上法兰有电缆专用出口，设有密封组件并对钢管单芯电缆进行密封，使其具备双级密封及防盗功能，实现了高压注入井口处电缆的顺利穿出和有效密封保护。
2.4 高承压电缆连接头设计电缆连接头内设计有抱紧限位机构，对钢管单芯电缆的铠皮和电缆芯同时进行密封，并将密封腔内注满硅胶，大幅提高电缆连接头的抗拉和承压能力，实现承压30 MPa时持续有效的通信和供电。
3 现场应用 3.1 应用情况截至2015年10月，预置电缆智能分层注聚合物技术在现场成功应用7井次，一次性下井成功率100%，实现了室内控制井下各层流量连续调节及出口压力实时监测，能够测试地层压力。
3.2 应用实例以注入井A井为例，该井于2014年5月8日应用智能分层注聚合物技术，6月进行分层调试。智能分层注聚合物技术测试时只需1人即可，平均单井用时3 h。单管偏心分层注聚合物技术测试时需测试班组，3人合作，其中1人操控测试车，其余2人配合起下仪器，平均单井用时28 h。智能分层注聚合物技术测试曲线与单管偏心分层注聚合物技术测试曲线对比如图 5和图 6所示。
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| 图 5 智能分层注聚合物技术测试曲线 Fig.5 Test curve of the intelligent layered polymer injection technology |
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| 图 6 单管偏心分层注聚合物技术测试曲线 Fig.6 Test curve of the eccentric single tube layered polymer injection technology |
智能分层注聚合物技术能够测试进口压力和出口压力，调节时流量连续变化，单管偏心分层注聚合物技术只能测试进口压力，调节时流量不连续变化。从测试情况可知，智能分层注聚合物技术与单管偏心注聚合物工艺技术相比有以下优点：
(1)室内实时随变随调，测调效率高。避免因投捞测试遇阻卡重复作业，延长有效注入时间。常规测试需要3人，平均单井测试时间为28 h，该技术测试只需1人，平均单井测试时间为3 h，测调效率大幅提高。
(2)连续调节，控制精度高。单层流量与配注最大误差低于5%，而常规测试误差10%，计量精度提高1倍。
(3)实现在同一工况下同步测调，注入稳定性好，比常规测试至少缩短24 h的稳定时间，可适应注聚合物动态快速变化的需要。
4 结论(1)智能分层注聚合物技术的研究与应用提高了测试效率，实现在同一工况下同步连续测调，提高了注入稳定性，缩短了躺井时间。该技术的研究与应用开创了分层注聚合物井测试新模式，为聚合物驱分注工艺技术的发展提供了借鉴。
(2)智能分层注聚合物技术改变了以往将测试仪器通过测试钢丝和电缆下入井下计量流量与压力的方式，通过将钢管单芯电缆预置于油管外侧、流量和压力计预置于注聚器内随作业一同下入井下，解决了测试时需反复起下仪器影响测试效率和注入稳定性的问题。
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| [10] | 王成元, 夏加宽, 杨俊友, 等. 电机现代控制技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006 : 86 -115. |