0 引言

华北油田目前主要以砂岩区块开发为主，其大部分属于陆相沉积非均质多层系油藏。随着油田开发进入中后期，含水率提高，油藏的层间矛盾日益突出^[1-2]。受层间干扰影响，油层的采收率较低，笼统注水无法满足生产的需求，分层注水工艺得到了快速发展。

2012年以来，华北油田的分注井数量逐年增加，细分程度逐步提升，通过引进桥式偏心、桥式同心和高效测调的分注工艺，分注效果有了较大的改善^[3-5]。但同时也存在着测调周期长，检配合格率下降快，定时点测的测调方式无法实现对分层流量和注入压力等重要参数进行长期持续监测等问题，同时也无法满足油藏分析评价对数据量的需求^[6-9], 年测调工作量更是逐年大增，目前已经达到3 040井次，需要耗费大量的人力物力。

鉴于以上情况，华北油田自2014年以来逐步探索实施有缆智能分注技术，该技术可实现分注井层段注入量、注入压力和温度等生产参数全过程实时监测及自动测调，保障分注井注水合格率，减少验封测调工作量，同时也能够为油藏分析评价提供大量的数据支撑^[10]。有缆智能分注技术有利于油藏的精准开发，具有较高的推广应用价值。

1 有缆智能分注技术 1.1 工艺原理

有缆智能分注技术主要设备包括有缆智能配水器、过电缆封隔器、井下配套工具、地面控制仪和数据远传系统。其工艺原理示意图如图 1所示。

每一个注水层段都有一个智能配水器，各层配水器可以长期监测井下流量、温度、注水压力和地层压力等参数，并且能够自动控制水嘴开度，将注水量控制在允许的误差之内。各层使用过电缆封隔器分隔开以防止层间干扰。每个智能配水器和过电缆封隔器均设有电缆接头并通过电缆相连接。工具段以上电缆在每下入一根油管时需要在接箍处打一个电缆保护卡。最终电缆由设置在套管闸门处的井口密封三通穿出并连接于地面控制柜。地面控制柜可以与远程中控室进行通信，实现每层注水量的实时检测或重新设定，查看注水层位的压力、温度以及封隔器密封性检测等功能。

1.2 技术对比

有缆智能分注技术与常规分注技术的对比如表 1所示。

2 关键工具及施工辅助装置 2.1 智能配水器

有缆智能配水器主要由上接头、过流通道、一体化可调水嘴、压差流量计、验封短节、控制电路和下接头等几部分构成。各部分相对独立，由信号和控制线连接进行供电和信息传输。有缆智能配水器的结构如图 2所示。

有缆智能配水器外径114 mm，内部过流通径46 mm，本体耐压可达80 MPa。部分零部件结构如图 3所示。

一体化可调水嘴的设计采用对称结构平衡水嘴承压，保证高压差下水嘴顺利开关；采用槽式进水设计，防止水嘴砂卡；采用多道密封圈结构，保证高压环境下水嘴完全密封。水嘴选用进口高温电机和减速器组，外径30 mm，额定扭矩6 N·m，最高工作温度150 ℃，性能可靠。其传动机构上设计了行程开关，在水嘴完全打开和关闭到位后能切断电机供电，同时电路上也设计限流和短路保护等措施，保证了电机长期工作的可靠性。采用孔板压差式流量计，在流体管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，其孔径比管道内径小，流体流过孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度加快，流体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压差^[11]。压差的大小和流量的平方成正比。此流量计具有测量精度高、耐腐蚀、漂移小及性能稳定的特点，保证了井下配水流量的准确性。验封短节采用管内、管外双压力计设计，能够对“嘴前”及“嘴后”压力进行连续监测，实现自验封功能。

2.2 过电缆封隔器

华北油田自开展精细分注以来，通过引进桥式同心、桥式偏心和高效测调的分注工艺，积累了丰富的经验，形成了具有自主知识产权的高温大斜度系列封隔器，其承压差能力50 MPa，耐温150 ℃。在此基础上，针对于有缆智能分注技术中电缆需要穿越封隔器的情况，笔者创新研发了耐高温、高压过电缆封隔器密封接头及快速连接技术，形成了有缆智能分注系列过电缆封隔器。图 4为电缆穿越示意图。相邻工具间通过电缆接头将电缆进行连接，电缆接头连接于过电缆封隔器的穿越接头上，封隔器内部电缆穿过穿越接头进入封隔器内部，从另一侧的穿越接头和电缆接头穿出，从环空继续向下一级传输。

图 5为过电缆密封接头结构示意图。该接头采用三级密封方式实现了电缆穿越的密封连接。第一级密封为挤压胶圈密封，在压帽的挤压下，胶圈能够将穿越电缆与电缆连接头之间的间隙密封，防止在井下工况时工具内的高压液体沿电缆进入到电缆接头内部；第二级密封为电缆接头与穿越接头相配合的胶圈密封，该处密封可将穿越接头孔道密封，确保内部液体不会泄漏；第三级密封采用世伟洛克金属密封，其可以将工具外连接电缆抱死，防止环空内高压液体沿电缆进入到电缆接头内部，从而保证电缆接头的密封可靠。

2.3 施工辅助装置

有缆智能分注技术在施工作业过程中，井下各封隔器与配水器之间通过电缆进行连接，工具段以上电缆在管外随油管一同下入井内。

施工过程中，电缆在井口随油管下入井内，每下入一根油管，需将井内电缆拉直并在油管接箍处打一个电缆紧固保护卡使之尽可能地紧贴油管壁。研制的电缆保护卡三维模型如图 6所示。该保护卡采用不锈钢铸造成型，能够将电缆在接箍处包裹在护卡内部，避免在下井过程中接箍的台阶对电缆造成挤压损坏。

在起下油管时，井口的吊卡极易在管柱的带动下在井口旋转或摆动，电缆很容易被吊卡损伤甚至挤断。在有缆智能分注工艺施工应用的初期，该情况时有发生，不仅耽误工时，同时也增加了成本。为此，笔者研制了井口电缆防压装置，其三维模型如图 7所示。

防压盘通过法兰连接于注水井口上，防压机构支架与防压盘通过螺栓螺母连接。电缆穿过限位轮组间的空隙，从滑动手柄的下方绕过导向轮随管柱下入井内。整个下入过程，电缆均处于吊卡下平面以下，无论吊卡在井口如何旋转和摆动都不会对电缆造成损伤。限位轮组能够将电缆的运动限制在其空隙内不至偏斜。导向轮可以防止电缆直接与井口边缘摩擦而刮伤。滑动手柄处于上位时，其同导向轮共同限制了电缆的水平位置，使其不至于高出防压盘上平面。滑动手柄处于下位时，其给电缆让出空间，方便电缆从井内拉直和打紧电缆护卡。应用该装置后，电缆被吊卡损伤的情况再无发生。

由于施工中电缆一直顺在井口，导致现有的注水井井口装置无法在施工间歇完成封井，如此将带来重大的安全隐患，同时也会制约有缆智能分层注水工艺的大面积推广应用，不利于油田的稳产增产。针对这一情况，笔者研制了过电缆井口密封装置，其三维模型如图 8所示。在施工间歇需要封井时，将矩形密封圈、支撑环和螺纹环依次安装到油管挂本体上，确保各自的开槽与矩形密封圈带切口的小孔在一条直线上。将油管悬挂器连接于井内管柱上端，将矩形密封圈的切口撑开，铠装电缆顺着开槽处嵌入，并确保电缆进入矩形密封圈的小孔中。松开矩形密封圈，上紧螺纹环，下放油管悬挂器直至坐挂在升高短节内的倒角面上，上紧顶丝进行常规的临时封井工作即可。该装置既穿越了电缆，又密封了电缆，解决了有缆智能分注技术在施工间歇封井难的问题。

3 应用情况及效果分析 3.1 整体应用情况

华北油田分公司自2014年以来逐步探索实施有缆智能分注技术，工作量逐年增加。2017年初，华北油田分公司决定在TK油田Y63断块建立智能分注示范区。截至目前，华北油田总共实施有缆智能分注87口井，最大分注级段五级五段，最大下入深度3 477.35 m，最大井斜55.25°。笔者对近一年来所实施的35口有缆智能分注井进行了跟踪评价，其施工成功率达100%，35个井组见效率达到了90%，对应油井见效率82.8%，累计增油16 690余t，年节约验封测调费用688万元。TK油田的水驱动用程度由75%上升至78%，年自然递减由20.1%下降至13.1%，含水质量分数上升率由3.21%下降至2.00%。

3.2 应用实例

以Y63-78井为例，该井井深2 940.40 m，采用三级三段有缆智能分注施工，其管柱组配如图 9所示。

管柱带缆下至设计位置后进行磁定位校深，依据校深结果对管柱进行调整，保证封隔器卡点避开套管接箍和注水层段上下边缘。坐封前将井口电缆从井口套管闸门处设置的电缆三通穿出。油管加压5、10和15 MPa, 各稳压5 min，时刻观察管柱悬重和套管溢流状况，压力保持良好，悬重下降10 kN左右，套管连续溢流消失。下放管柱坐井口，继续加压20 MPa，稳压5 min，缓慢泄压后完成封隔器坐封。做好井口密封，安装好井口和注水管线并预留好电缆，即可进行后续的控制柜安装和数据远传施工。坐封完成后，在现场即可通过地面控制柜与井下智能配水器进行通信，将配水器的水嘴打开，在水泥车的配合下甚至可以完成当场验封工作。由此可见，有缆智能分注相比于普通的分注优势十分显著。

Y63-78井后续施工完成投注后，验封测调显示其配注量符合要求，封隔器密封完好。图 10为该井配2层段6个月的井下注入量、注入压力和温度等生产参数全过程实时监测曲线图。当注入量波动较大时，智能配水器可以实时自动调整水嘴大小来使流量满足设定的配注量，时刻保证注水合格率。当地质需要调整配注时，只需在远程中控室发送指令与地面控制柜和井下相应层段的配水器完成通信，即可改变井下层段注入量，整个过程几分钟就可以完成，相比常规分注动用人力物力到现场下入测调仪器调整水嘴大小满足配注来说几乎是零成本。实时监测所得到的庞大数据，也为油藏分析提供了可靠的数据支撑。

Y63-78井组实施有缆智能分注后，该井组6口油井中有4口油井见效，井组日产液在没有太大变化的情况下，日增油达到了10.46 t，增油效果显著。

4 结论及认识

(1) 有缆智能分注技术可实现远程对分注井层段注入量、注入压力和温度等生产参数全过程实时监测及自动测调，并能够实现自验封功能，保证了分注井注水合格率，减少了验封测调工作量，同时也为油藏分析评价提供了大量的数据支撑，相对于常规的分注工艺具有明显的优势。

(2) 华北油田近一年来实施有缆智能分注技术35口井，施工成功率100%，井组见效率达到了90%，对应油井见效率82.8%，累计增油16 690余t，节约验封测调费用688万元，使所在整个区块的水驱动用程度提高了4%，年自然递减率下降了近35%，降本增效显著。

(3) 有缆智能分注技术在华北油田的应用取得了良好的效果，但同时也存在带缆施工作业占井周期较长的问题，一定程度上制约了该技术的推广应用。笔者下一步将在有缆智能分注的基础上对管内非接触对接、湿对接及全井无线通信等技术展开试验研究。