0 引言

对于稠油油藏，蒸汽吞吐开发已达到经济开发极限，而适用于蒸汽驱和SAGD区块的规模逐渐萎缩，火驱将会成为一种重要的稠油转换开发方式^[1-3]。火驱现场实施过程中，注入井在点火及注气过程中，短期或较长一段时间处于高温高压条件下，而且井筒一直处于湿空气的腐蚀环境中，因此，注入井工艺设计中，监测点火过程及点火后井筒温度数据、封隔油藏上部的油套环空对于注气参数调控和注入井的安全服役具有重要意义。

目前，常规火烧油层过电缆封隔器下入到指定井段的过程中，封隔器的主要元件与电缆之间经常产生相对运动，导致较细的测温电缆极易损坏，而且，封隔器的坐封过程受到电缆的影响，经常出现不能够完全坐封的情况。火烧油层技术采用的点火技术出现的温度经常达到280 ℃左右，常规的过电缆封隔器^[4-10]已无法满足需求，因此，研制了火烧油层过电缆热敏封隔器。

1 技术分析

鉴于火烧油层技术中注入井出现的高温、腐蚀和监测难的特点而研制的过电缆热敏封隔器，能够使电缆顺利通过，从而使地面设备和井下仪器通过电缆连接，达到温度信号监测的有效性。封隔器依靠电点火的方式坐封后，实现了对多个不同产层进行测试的目的。

1.1 结构设计

火烧油层过电缆热敏封隔器主要由连接部分、过电缆部分、密封部分和装药部分组成，其结构如图 1所示。

连接部分由丝堵、挡环、石墨环、和上接头等零件组成，其作用是将封隔器和其他工具管串相连接，石墨环在高温下起到密封作用，挡环压紧石墨环，同时左端相连接的扣型采用加厚油管螺纹，增加了整个管柱的强度。

在上接头外壁孔道和中心管、中心管和接箍、中心管和内管之间形成2道同心的轴向通道，轴向通道形成的环形空间设计电缆测试部分，所设计的结构能够使电缆完整地通过。

密封部分由火驱耐热胶筒、挡环、锁紧套、止退环和接箍组成，高温胶筒有利于在高温条件下密封油套环空，挡环起到防突作用，锁紧套和止退环在胶筒膨胀时只能单向移动。

装药部分由液缸、堵头和缸盖组成，所膨胀的药剂装入液缸和缸盖之间的环形空间，堵头设置在液缸外表面的一个圆孔，起到装药的作用，药剂装入后采用焊接的方式密封。在点火过程中，药剂受热膨胀，推动止退环和锁紧套移动，压缩火驱胶筒膨胀。

1.2 工作原理 1.2.1 坐封

该封隔器随施工管柱下入指定井段后，受到井底温度和压力等的影响，液缸和内管中的化学药剂受热膨胀，推动液缸、止退环和锁紧套向左移动，压紧高温密封胶筒。在这一过程中由于止退环的单向作用，各个零件的位移被锁紧，实现了该封隔器的坐封，达到密封油套环空的目的。

1.2.2 测试

封隔器的过电缆部分随着封隔器的坐封也达到了预定位置，火烧油层过电缆热敏封隔器的内管与中心管之间形成同心轴的台阶设计，电缆通过上接头外壁孔道穿过，通过环形空间，封隔器其他各部分零件和电缆不发生相对位移，实现了电缆的分层测试。

1.2.3 解封

封隔器的胶筒采用高温密封材料，由于没有设计锚定部分，解封时只需上提管柱，高温胶筒被破坏，失去密封作用，过电缆火驱热敏封隔器就实现了解封。

1.3 主要技术参数

Y361/152×76-350/10过电缆热敏封隔器的主要技术参数如下：适应套管内径159.4~161.7 mm，刚体最大外径152 mm，刚体内通径76 mm，最大工作压力10 MPa，最高工作温度350 ℃，坐封温度≥200 ℃，解封载荷10~30 kN。

1.4 关键技术

(1) 火烧油层过电缆热敏封隔器是一种无锚定热力坐封、上提管柱解封的压缩式封隔器，电缆从中心管外壁通过电缆火驱热敏封隔器，蒸汽从中心管内通过，电缆不会破坏封隔器的部件，也不会影响封隔器的密封性能。

(2) 电缆通过的轴向孔道外径和内径不同，2道同向轴之间的台阶限制了电缆在第1道和第2道内上、下窜动，避免了电缆的磨损，同时石墨环又避免了电缆被台阶磨损。火烧油层过电缆热敏封隔器部件与电缆无相对运动，电缆在该工具的坐封和密封过程中不会产生损伤，从而避免了电缆被蒸汽破坏。

(3) 高温胶筒坐封时，挡环受到胶筒沿着内管轴向向上的推力，挡环的阻挡端与内管之间摩擦力为0，两者之间不产生摩擦，延长了过电缆火驱热敏封隔器的使用寿命。通过测温测压的同时对电缆进行密封，满足现场需要；利用点火器的热效应实现坐封，操作简便，简化了施工程序。

1.5 技术特点

(1) 过电缆热敏封隔器在满足整个工具的强度下，设计了电缆通过的轴向孔道，孔道可以分成2部分，丝堵为第1道的上部分，石墨环下端为第1道的下部分，同时为第2道的上部分。第1道和第2道轴向孔道为同心轴，可通过ø5.0和ø6.4 mm 2种不同型号的电缆。

(2) 该封隔器适用于ø177.8 mm套管，可通过外径5.0~6.4 mm的测温电缆。坐封过程采用电点火方式使药剂膨胀，提供高温胶筒膨胀的能量，坐封方式简单方便，测试过程不受封隔器整个工具的影响，解封过程中只需上提管柱即可实现解封，解封可靠。

(3) 封隔器整体设计思路新颖，利用热能自动坐封，密封效果好，操作简便，简化了施工程序，提高了注汽效果。

2 室内试验

为了试验过电缆热敏封隔器的坐封性能、密封效果和各部件的配合情况，笔者采用地面试验模拟现场工况。试验装置包括试验套管、加热试验箱、试验工作台和加压泵。试验步骤如下：①检查各设备情况；②组装过电缆热敏封隔器，连接管线；③利用常温导热油将过电缆火驱热敏封隔器进行坐封；④利用火驱导热油，模拟井下火驱高压注汽环境，将导热油加热到350 ℃；⑤关闭试压阀门，打开坐封阀门，对套管进行加压试验，当压力达到17 MPa时，稳压5 min，不渗不漏为合格。

试验结果如表 1所示。室内试验结果表明：该工具既满足点火过程的高温要求，又满足封隔器承受的压力要求，可以实现火烧油层过程中监测和封隔油层上部油套环空的要求。

3 现场应用 3.1 施工设计

曙1-39-041井为直井，1990年8月射孔热注投产，目前射开908.9~993.8 m，44.2/19层。吞吐12轮后转火驱，转火驱前日产油0.2 t。管柱设计如下：管鞋外径88.9 mm，下深910.3 m，测温点910.3 m；封隔器外径152.0 mm，下深860.3 m，测温点910.3 m；点火器外径25.4 mm，下深909.8 m，测温点860.3 m。

点火参数设计如下：预热阶段，出口空气温度控制在150 ℃左右，加热时间2 d；点火阶段，出口空气温度控制在350 ℃左右，加热时间5~7 d；强化点火，出口空气温度控制在400~450 ℃，加热时间2~3 d。

3.2 施工步骤

(1) 作业前准确丈量下井隔热管、油管、电缆保护器和封隔器等工具尺寸，做好记录。

(2) 下点火注气管柱。先将测温热电偶穿越封隔器后连接在管鞋上，将管鞋与隔热管连接好，每下一根隔热管，连接一个电缆保护器，固定好热电偶，顺次下入5根隔热管及配套的电缆保护器。

(3) 在隔热管与油管接箍处安装过电缆封隔器，然后顺次下入油管，逐级安装过电缆保护器。

(4) 安装测温电缆密封器后将大四通安装好。

(5) 安装数据采集系统。

(6) 将注气装置与井口注气管线进行连接，注气量稳定在2 000~3 000 m³/d(标准状态)，且压力不高于5.0 MPa，波动范围不超过0.5 MPa。

(7) 注气量平稳后，在注气过程中，利用连续管注入装置下入点火器于封隔器位置，通电对封隔器实现热力坐封，加热温度>200 ℃，坐封时间>10 h。

(8) 封隔器坐封后，点火器断电并将点火器重新下到设计位置，井口打吊卡，密封井口连续管电缆。

3.3 实施效果

2013年11月20日至12月3日实施点火，点火过程温度监测情况如图 2所示，点火后油压和套压情况如图 3所示。

从图 2可以看出，出口空气温度在调控下，在预热阶段平均156 ℃，点火阶段372 ℃，强化点火阶段462 ℃，操作参数达到了设计要求，而封隔器处温度除坐封阶段200~250 ℃，在正常点火阶段一直处于80 ℃左右的较低温度，可见封隔器在点火阶段起到了很好的密封作用，阻挡了热空气上返。从图 3可以看出，从2013年11月至2017年2月，在持续注气40个月条件下，油套压仍然保持，目前油压5.1 MPa，套压0.1 MPa。

4 结论

(1) 研制的火烧油层过电缆热敏封隔器是一种无锚定热力坐封、上提管柱解封的压缩式封隔器，电缆和封隔器中心管通过的流体是2个独立的单元，蒸汽从中心管内通过，封隔器的密封作用不会受到电缆的干扰，同时封隔器的巧妙设计可保护电缆。

(2) 具有结构简单，可靠性高，在封隔油层上部的同时，达到了实时监测的目的，保护了注入井的完井管柱。

(3) 在现场点火过程中，过电缆封隔器保障了温度数据的实时传输，封隔器下部高温，而上部温度在80 ℃左右，持续注气40个月条件下，油压5.1 MPa，套压0.1 MPa，解决了火烧油层点火过程中监测、密封及油套环空腐蚀的问题，保障了井筒安全。