井下高温高压电缆密封连接技术

井下高温高压电缆密封连接技术

杨玲  ,林涛  ,庞云伟

贵州航天凯山石油仪器有限公司  贵州省贵阳市：550009

摘要：目前在产出井及注入井领域采用的系列智能分采及智能分注系统，主要由地面仪器通过井下电缆与井下仪连接并进行通讯和控制。通讯电缆是直读式仪器的重要组成部分之一。井下仪器的通电、测试动作及数据传输均与电缆密不可分。直读式仪器下井工艺复杂，因此下井过程中如何连接和保护电缆则成为了决定仪器下井成功与否的关键因素。本文结合工作经验及现场应用效果，主要围绕井下电缆在高温高压环境下的密封连接技术进行详细论述。

关键词：智能分采；智能分注；电缆密封连接；高温高压；长期可靠性

1 引言

油田到开发后期后，普遍进入高含水阶段。一般油井多结合分层注水技术采用多层笼统合采工艺，主要弊端有两点：一是单层注水量需采用水量调节装置调节，不能实时性操作，且需要人工上井操作；二是油田技术开发部门无法准确获得某一地层的详细参数（如地层压力、产液量、含水率、温度等），不能针对各地层的情况采取有效的工艺措施。因此很多油田都在想方设法，搞精细化注水及采油，提高对地层特性的认识。目前智能分采及智能分注均为直读式仪器，直读式仪器的重要组成部分之一为通讯电缆。井下仪器的通电、测试动作及数据传输均与电缆密不可分。由于井下环境恶劣，且直读式仪器下井工艺复杂，因此在井下高温高压环境下如何连接和保护电缆则成为了决定仪器下井成功与否的关键因素。

2 井下电缆密封连接技术

目前油田现场应用直读式仪器主要采用外径3.2mm的钢管电缆，电缆主要由芯线、绝缘层、钢管外壳组成。井下连接电缆时主要采用密封接头组件，井下仪与井下仪之间至少连接一个密封接头组件，以一口三层井为例，需要连接电缆的位置数量根据现场需求不同一般为3至5处。任何一个位置的电缆连接可靠性都对井下仪通讯起到决定性的作用，若电缆连接泄漏，则会导致该层井下仪甚至整个系统无法工作，下井失败。

2.1 初始井下电缆密封连接技术

初始密封接头均采用一级密封，长时间可靠性不高。电缆之间焊接连接后采用高压绝缘胶带缠裹，并在连接管内填充高温高压灌封胶。连接完成后，两端的钢管电缆通过压紧螺钉压紧铜制的密封小球变形挤压钢管密封。由于电缆在随油管下井的过程中及抽油过程中会受震动，密封小球处可能会受震动导致松动，井液泄漏进入连接管内，而连接管内的高温高压灌封胶及高压绝缘胶带在高温高压环境下长时间后会老化，导致电缆密封连接失效，地面箱与井下仪之间的通讯连接断开，系统无法正常工作。

2.2 升级井下电缆密封连接技术

根据油田现场密封接头的应用情况，第一代密封接头采用两级密封方式，结构如图1中a）所示。连接管两端各安装一个φ8密封塞，密封塞之间用导线连接，密封塞与连接管之间通过O形密封圈密封。现场安装时，两端电缆先与胶尾内部的插针焊接，再配套胶尾使用和密封塞插紧，此处为第一级密封。对接完成后再通过压紧螺钉压紧铜制的密封小球变形挤压钢管进行密封和固定，此处为第二级辅助密封。采用此种密封接头，即使密封小球处因震动密封失效，接头内部仍有非常可靠的密封塞和胶尾密封，保证电缆之间的连接正常，同时现场安装时不用在密封接头内灌封高温高压灌封胶（由于井下管柱尺寸空间限制，密封接头内部空腔较小，灌封胶流动性较差，现场灌胶难度较大，且即使灌胶后接头内部仍会残留空气空腔，辅助密封效果较差），降低操作难度。

第一代密封接头在油田现场应用取得了较好的效果，但存在结构设计复杂、现场安装操作容错性低等缺点。由于井下空间限制，对密封接头的尺寸有较严格的要求，第一代密封接头在现场安装时对操作者的要求较高，剥电缆芯线的位置是固定的，剥线过程中如果发生了芯线损伤的情况，则需要重新安装井下仪端伸出的电缆。第二代升级密封接头结构如图1中b）所示。鱼雷两端电缆先分别与插针和插孔焊接，再装入配套胶尾后相互插紧，此处为第一级密封。电缆对接完成后，依次将连接管和接头拧紧，最后将两端压紧螺钉拧紧，压紧密封小球从而密封固定电缆，此处为第二级辅助密封。该密封接头主要有以下特点：

1）耐高压。采用鱼雷密封、小球密封和O形密封圈双重密封。其中，小球材料为铜，硬度较低，容易变形，采用压紧螺钉压紧后能承受60MPa的压力，并固定电缆防止其来回窜动。鱼雷可承受高达100MPa的压力。双重密封最终可承受压力为100MPa，完全满足井下环境使用要求。

2）耐高温。压紧螺钉、接头和连接管均采用不锈钢制作，该材料高强度耐腐蚀，工作温度可高达400℃。鱼雷可承受175℃高温而不影响正常通讯连接，满足井下环境使用要求。

3）结构简单，现场操作容错性提高。结构简化后接头内部空间长度余量大，现场操作时即使发生了剥电缆损伤芯线的情况，也可以将损伤处芯线截断再重新剥线即可。

4）成本降低。第一代密封接头采用2套密封塞和胶尾，零件加工略复杂，厂内生产成本约450元一套。第二代密封接头采用1套鱼雷，零件加工简单，厂内生产成本约300元，单套成本降低约150元，现场一口三层井根据需求数量不同降低成本约450至750元。

（a                  （b

图1 井下电缆密封接头

3结束语

目前在油田现场应用的智能分采及智能分注系统均为直读式仪器，井下电缆连接均采用第二代密封接头，根据现场需求的不同累计使用超过300件，最长工作时间超过2年，从未出现电缆连接失效的情况。该密封接头的密封可靠性在现场已得到了较好的验证，提高了直读式仪器的下井成功率，有效保障系统的工作可靠性。

作者简介：杨玲，女，1990年生，工程师，2012年毕业于哈尔滨工业大学机械设计制造及其自动化专业，现在贵州省航天凯山石油仪器有限公司从事设计工作。

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