CN110500070A - 一种预置电缆柔性复合连续管采水装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种预置电缆柔性复合连续管采水装置及方法，该装置包括外输管线和预置电缆柔性复合连续管等，外输管线连接在水源井井口上端，水源井井口下端连接预置电缆柔性复合连续管上端，预置电缆柔性复合连续管下端连接液位监测仪上端，并引出第一电缆，液位监测仪下端连接潜水电泵上端，潜水电泵下端连接电机；工具串电缆连接将电缆与井下液位监测仪引出线连接，将电缆和电机引出线连接，预置电缆柔性复合连续管上端引出第二电缆与地面控制系统相连接，实现地面给井下潜水电泵供电、监测与控制。本发明结合水源井液位监测及数字化控制系统，实现水源井工况及电参的实时分析诊断，达到能耗实时监测、动态节能运行、提升水源井工艺及管理水平的目的。
Description
技术领域
本发明属于油田注水技术领域，具体涉及一种预置电缆柔性复合连续管采水装置及方法。
背景技术
目前注水开发仍然是油田稳产及提高采收率的主要手段之一。随着油田开发时间的延长和开发规模的扩大，注水量越来越多，水源主要来自原油采出水和地层产水层中的水。这就需要打水源井，进行产水。随着地下水源的保护，限制油田新建水源井，这就需要充分利用现有水源井，现有水源井大多采用潜水电泵进行产水，潜水电泵是通过相互连接的单根油管下入井中，电力是通过铠装动力电缆传输到井下，动力电缆需要通过电缆卡子、电缆保护器等固定在油管外侧，随钢管一起下井。起、下井过程中增加工作量，也存在电缆和井壁产生摩擦而致使电缆破损及电缆落井的安全风险。外置电缆长期在水中，易发生腐蚀，造成电缆短路导致电机被烧烧毁，引起频繁检修。据统计，因电缆破损导致的设备损坏占水源井修井的40％以上，该因素造成的修井费用成为水源井维护使用中的重要资金投入之一，因此，有必要研究一种快捷安全的水源井采水装置及方法。结合水源井特点及现有无杆采油技术中敷缆非金属连续油管技术，设计出一种预置电缆柔性复合连续管采水装置及方法，可避免水源井因电缆落井及破损造成的水源井大修问题，同时，柔性复合连续管是一种非金属管材，具有良好的防腐性，对延长水源井的修井周期有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种预置电缆柔性复合连续管采水装置及方法，其将电缆内置在非金属柔性复合连续管壁中，即满足水源井产水工艺要求，又避免了电缆和井壁摩擦，杜绝了电缆断开烧毁电潜造成的损失。有效延长注水管柱井下生产时间，提高管柱长期可靠性。同时简化了下井作业程序，提高作业效率，结合水源井液位监测及数字化控制系统，实现了水源井工况及电参的实时分析诊断，达到了能耗实时监测、动态节能运行、提升水源井工艺及管理水平的目的。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种预置电缆柔性复合连续管采水装置，包括自上而下依次设置的外输管线、水源井井口、上连接接头、预置电缆柔性复合连续管、下连接接头、液位监测仪、潜水电泵和电机；其中，
外输管线螺纹连接在水源井井口上端，水源井井口下端通过上连接接头螺纹连接预置电缆柔性复合连续管上端，预置电缆柔性复合连续管下端通过下连接接头螺纹连接液位监测仪上端，并引出第一电缆，液位监测仪下端螺纹连接潜水电泵上端，潜水电泵下端螺纹连接电机；
工具串电缆连接采用电缆密封接头将第一电缆与井下液位监测仪引出线连接，采用电缆密封接头将第一电缆和电机引出线连接，预置电缆柔性复合连续管上端引出第二电缆与地面控制系统相连接，实现地面给井下潜水电泵供电、监测与控制。
本发明进一步的改进在于，水源井井口包括注水井口本体，开设在注水井口本体上的电缆导出孔，以及贯穿安装在注水井口本体上的管柱连接口和测试接口，管柱连接口的上端螺纹连接有外输接口，外输管线螺纹连接水源井井口上端外输接口，水源井井口下端管柱连接口通过上连接接头螺纹连接预置电缆柔性复合连续管上端。
本发明进一步的改进在于，水源井井口还包括开设在注水井口本体下端用于密封的井口悬挂密封槽。
本发明进一步的改进在于，预置电缆柔性复合连续管包括由外至内依次设置的外保护层、抗拉增强层、抗压增加层和内芯管，以及设置在外保护层和抗拉增强层之间的供电电线和信号传输线。
本发明进一步的改进在于，液位监测仪具体采用压力压力变送器连续检测液位，井下液位监测仪开设有导压力孔，并采用不锈钢材质制成。
本发明进一步的改进在于，潜水电泵和电机均进行防腐处理或采用不锈钢材质加工而成。
一种预置电缆柔性复合连续管采水方法，包括以下内容：
下入装置：采用柔性复合连续管起下作业设备进行连续下入装置，管柱组合应从下至上连接，首先将电机的上端通过螺纹连接到潜水电泵的下端，潜水电泵的上端螺纹连接液位监测仪的下端，此时采用电缆密封接头将第一电缆与井下液位监测仪引出线连接，采用电缆密封接头将第一电缆和电机引出线连接，注意信号传输线和供电电线一一对应连接；再次将液位监测仪的上端连接螺纹连接下连接接头的下端，在此时将第一电缆与下连接接头的上端扣压连接预置电缆柔性复合连续管的下端，预置电缆柔性复合连续管的上端扣压连接上连接接头的下端，上连接接头的上端螺纹连接水源井井口的下端井口管柱连接口，水源井井口的上端外输接口螺纹连接外输管线，将预置电缆柔性复合连续管上端引出第二电缆中的供电电线和信号传输线与地面控制系统中相应的线连接，完成装置的下入与控制系统连接；
产水过程：地面控制系统将电能通过供电电缆传输给井下液位监测仪和电机，电机启动，驱动潜水电泵工作将电能转化为机械能，将井底水吸入潜水电泵内部，经井下液位监测仪、下连接接头、预置电缆柔性复合连续管和上连接接头到达水源井井口，经外输管线输送到供水站；
井下信息监测过程：井下液位监测仪将水源井动液面、电机运行参数的监测结果转化成电信号，通过信号传输线传递到地面控制系统，通过控制柜PLC自动判断液面深度与设置的高低限定值差别，及电参数的低压、过载相应值控制电潜泵启停；同时设置手动启停按键控制水源井电潜泵；地面控制系统采用在485通信MODBUS协议，将监测信息传输到油田数字化平台进行实时监测和远程控制；
起出装置：将第二电缆中供电电线和信号传输线与地面控制系统中相应的线分开，将外输管线从水源井上外输接口上卸开，水源井井口中井口管柱连接口卸开，漏出上连接接头上端；应用柔性复合连续管起下作业设备，依次起出预置电缆柔性复合连续管、下连接接头、井下液位监测仪、潜水电泵和电机，并将第一电缆中供电电线和信号传输线分别与井下液位监测仪和电机连接线进行拆掉，完成装置的起出。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种预置电缆柔性复合连续管采水装置及方法，不仅能有效满足水源井采水工作，而且采用敷缆非金属连续油管能有效抗腐蚀、耐磨、接头少、摩阻小、施工速度快、使用寿命长等诸多优点，可避免了电缆和井壁摩擦，从根本上解决了电缆磨损问题，降低了水源井事故率，提高了潜水泵使用寿命。概括来说，本发明具有如下的优点：
1、预置电缆柔性复合连续管为非金属材料，具有抗腐蚀能力强的特点，可有效提升工艺管柱使用寿命；
2、电缆预置在柔性复合连续管壁内，避免了电缆和井壁摩擦，从根本上解决了电缆磨损问题，降低了水源井事故率。同时，由于单根长度一般在1000m，连接接头少，简化现场作业工序，提升作业效率；
3、该装置将地面控制系统、井下液位监测仪、潜水电泵及电机有效集成在一起，实现了对电机采用软起软停，具有过载、缺相、不平衡、接地等保护功能。通过对井下液位监测仪采集的信号来判断井筒内液位，实现电潜泵的自动启停，低液面停止高液面启动。借助数字化平台实现水源井工况及电参的实时监测、分析诊断、动态控制、提升水源井工艺及管理水平的目的。
附图说明
图1为本发明一种预置电缆柔性复合连续管采水装置的结构示意图。
图2为本发明预置电缆柔性复合连续管的结构示意图。
图3为本发明水源井井口的结构示意图。
附图标记说明：
1、外输管线，2、水源井井口，3、上连接接头，4、液位监测仪，5、第一电缆，6、电机，7、潜水电泵，8、下连接接头，9、预置电缆柔性复合连续管，10、第二电缆，11、地面控制系统；
2-1、外输接口，2-2、电缆导出孔，2-3、注水井口本体，2-4、管柱连接口，2-5、悬挂密封槽，2-6、测试接口；
9-1、外保护层，9-2、抗拉增强层，9-3、抗压增强层，9-4、内芯管，9-5、供电电线，9-6、信号传输线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1至图3所示，本发明提供的一种预置电缆柔性复合连续管采水装置，包括外输管线1、水源井井口2、上连接接头3、液位监测仪4、第一电缆5、电机6、潜水电泵7、下连接接头8、预置电缆柔性复合连续管9、第二电缆10和地面控制系统11。本发明自上而下结构为：外输管线1螺纹连接水源井井口2上端外输接口2-1，水源井井口下端管柱连接口2-4通过上连接接头3螺纹连接预置电缆柔性复合连续管9上端，预置电缆柔性复合连续管9下端通过下连接接头8螺纹连接液位监测仪4上端，并引出第一电缆5，液位监测仪4下端螺纹连接潜水电泵7上端，潜水电泵7下端螺纹连接电机6。工具串电缆连接采用电缆密封接头将第一电缆5中供电电线9-5和信号传输线9-6分别与井下液位监测仪4引出对应的线相连接；采用电缆密封接头将第一电缆5中供电电线9-5和信号传输线9-6分别和电机6引出对应的线相连接，注意信号传输线和动力线一一对应连接，切勿接反。将预置电缆柔性复合连续管9上端引出第二电缆10中的供电电线9-5和信号传输线9-6与地面控制系统11中相应的线连接，实现地面控制系统11是对电机6采用软起软停，具有过载、缺相、不平衡、接地等保护功能。通过对井下液位监测仪采集的信号来判断井筒内液位，实现电潜泵的自动启停，低液面停止高液面启动。借助数字化平台实现水源井工况及电参的实时监测、分析诊断、动态控制、提升水源井工艺及管理水平的目的。
水源井井口2包括注水井口本体2-3，开设在注水井口本体2-3上的电缆导出孔2-2，以及贯穿安装在注水井口本体2-3上的管柱连接口2-4和测试接口2-6，管柱连接口2-4的上端螺纹连接有外输接口2-1，外输管线1螺纹连接水源井井口2上端外输接口2-1，水源井井口2下端管柱连接口2-4通过上连接接头3螺纹连接预置电缆柔性复合连续管9上端。将预置电缆柔性复合连续管9上端引出第二电缆10中的供电电线9-5和信号传输线9-6通过电缆导出孔2-2与地面控制系统11连接，其电缆导出孔2-2上配套的盘根及盘根压帽用来实现井下引出电缆与悬挂器之间的抱紧和密封。此外，水源井井口2还包括开设在注水井口本体2-3下端用于密封的井口悬挂密封槽2-5，内置密封垫圈，用来实现悬挂器和套管之间密封。
预置电缆柔性复合连续管9包括由外至内依次设置的外保护层9-1、抗拉增强层9-2、抗压增加层9-3和内芯管9-4，以及设置在外保护层9-1和抗拉增强层9-2之间的供电电线9-5和信号传输线9-6。
所述潜水电泵7和电机6均要求进行防腐处理或采用不锈钢材质加工而成，提升抗腐蚀能力。
所述液位监测仪4具体采用压力压力变送器连续检测液位，井下液位监测仪开设有导压力孔，采用不锈钢材质，提升抗腐蚀能力。同时采用电磁屏蔽技术、双绞线信号电缆等技术，避免电潜泵运行时激起的湍流冲击和电磁干扰对监测仪传感器测试的影响。
本发明提供的一种预置电缆柔性复合连续管采水方法，具体步骤如下：
下入装置：采用柔性复合连续管起下作业设备进行连续下入装置，管柱组合应从下至上连接，首先将电机6的上端通过螺纹连接到潜水电泵7的下端，潜水电泵7的上端螺纹连接液位监测仪4的下端，此时采用电缆密封接头将第一电缆5与井下液位监测仪4引出线连接，采用电缆密封接头将第一电缆5和电机6引出线连接，注意信号传输线和供电电线一一对应连接，切勿接反。再次将液位监测仪4的上端连接螺纹连接下连接接头8的下端，在此时将第一电缆5与下连接接头8的上端扣压连接预置电缆柔性复合连续管9的下端，预置电缆柔性复合连续管9的上端扣压连接上连接接头3的下端，上连接接头3的上端螺纹连接水源井井口2的下端井口管柱连接口2-4，水源井井口2的上端外输接口2-1螺纹连接外输管线1，将预置电缆柔性复合连续管9上端引出第二电缆10中的供电电线9-5和信号传输线9-6与地面控制系统11中相应的线连接，完成装置的下入与控制系统连接。
产水过程：地面控制系统11将电能通过供电电缆传输给井下液位监测仪4和电机6，电机6启动，驱动潜水电泵7工作将电能转化为机械能，将井底水吸入潜水电泵7内部，经井下液位监测仪4、下连接接头8、预置电缆柔性复合连续管9和上连接接头3到达水源井井口2，经外输管线1输送到供水站。
井下信息监测过程：井下液位监测仪4将水源井动液面、电机运行参数的监测结果转化成电信号，通过信号传输线9-6传递到地面控制系统11，通过控制柜PLC自动判断液面深度与设置的高低限定值差别，及电参数的低压、过载等相应值控制电潜泵启停。同时设置手动启停按键控制水源井电潜泵。地面控制系统11采用在485通信MODBUS协议，将监测信息传输到油田数字化平台进行实时监测和远程控制。
起出装置：将第二电缆10中供电电线9-5和信号传输线9-6与地面控制系统11中相应的线分开，将外输管线1从水源井上外输接口2-1上卸开，水源井井口2中井口管柱连接口2-4卸开，漏出上连接接头3上端。应用柔性复合连续管起下作业设备，依次起出预置电缆柔性复合连续管9、下连接接头8、井下液位监测仪4、潜水电泵7和电机6，并将第一电缆5中供电电线9-5和信号传输线9-6分别与井下液位监测仪4和电机6连接线进行拆掉，完成装置的起出。
Claims (7)
1.一种预置电缆柔性复合连续管采水装置，其特征在于，包括自上而下依次设置的外输管线(1)、水源井井口(2)、上连接接头(3)、预置电缆柔性复合连续管(9)、下连接接头(8)、液位监测仪(4)、潜水电泵(7)和电机(6)；其中，
外输管线(1)螺纹连接在水源井井口(2)上端，水源井井口(2)下端通过上连接接头(3)螺纹连接预置电缆柔性复合连续管(9)上端，预置电缆柔性复合连续管(9)下端通过下连接接头(8)螺纹连接液位监测仪(4)上端，并引出第一电缆(5)，液位监测仪(4)下端螺纹连接潜水电泵(7)上端，潜水电泵(7)下端螺纹连接电机(6)；
工具串电缆连接采用电缆密封接头将第一电缆(5)与井下液位监测仪(4)引出线连接，采用电缆密封接头将第一电缆(5)和电机(6)引出线连接，预置电缆柔性复合连续管(9)上端引出第二电缆(10)与地面控制系统(11)相连接，实现地面给井下潜水电泵(7)供电、监测与控制。
2.根据权利要求1所述的一种预置电缆柔性复合连续管采水装置，其特征在于，水源井井口(2)包括注水井口本体(2-3)，开设在注水井口本体(2-3)上的电缆导出孔(2-2)，以及贯穿安装在注水井口本体(2-3)上的管柱连接口(2-4)和测试接口(2-6)，管柱连接口(2-4)的上端螺纹连接有外输接口(2-1)，外输管线(1)螺纹连接水源井井口(2)上端外输接口(2-1)，水源井井口(2)下端管柱连接口(2-4)通过上连接接头(3)螺纹连接预置电缆柔性复合连续管(9)上端。
3.根据权利要求2所述的一种预置电缆柔性复合连续管采水装置，其特征在于，水源井井口(2)还包括开设在注水井口本体(2-3)下端用于密封的井口悬挂密封槽(2-5)。
4.根据权利要求2所述的一种预置电缆柔性复合连续管采水装置，其特征在于，预置电缆柔性复合连续管(9)包括由外至内依次设置的外保护层(9-1)、抗拉增强层(9-2)、抗压增加层(9-3)和内芯管(9-4)，以及设置在外保护层(9-1)和抗拉增强层(9-2)之间的供电电线(9-5)和信号传输线(9-6)。
5.根据权利要求1所述的一种预置电缆柔性复合连续管采水装置，其特征在于，液位监测仪(4)具体采用压力压力变送器连续检测液位，井下液位监测仪开设有导压力孔，并采用不锈钢材质制成。
6.根据权利要求1所述的一种预置电缆柔性复合连续管采水装置，其特征在于，潜水电泵(7)和电机(6)均进行防腐处理或采用不锈钢材质加工而成。
7.一种预置电缆柔性复合连续管采水方法，其特征在于，该方法基于权利要求4所述的一种预置电缆柔性复合连续管采水装置，包括以下内容：
下入装置：采用柔性复合连续管起下作业设备进行连续下入装置，管柱组合应从下至上连接，首先将电机(6)的上端通过螺纹连接到潜水电泵(7)的下端，潜水电泵(7)的上端螺纹连接液位监测仪(4)的下端，此时采用电缆密封接头将第一电缆(5)与井下液位监测仪(4)引出线连接，采用电缆密封接头将第一电缆(5)和电机(6)引出线连接，注意信号传输线和供电电线一一对应连接；再次将液位监测仪(4)的上端连接螺纹连接下连接接头(8)的下端，在此时将第一电缆(5)与下连接接头(8)的上端扣压连接预置电缆柔性复合连续管(9)的下端，预置电缆柔性复合连续管(9)的上端扣压连接上连接接头(3)的下端，上连接接头(3)的上端螺纹连接水源井井口(2)的下端井口管柱连接口(2-4)，水源井井口(2)的上端外输接口(2-1)螺纹连接外输管线(1)，将预置电缆柔性复合连续管(9)上端引出第二电缆(10)中的供电电线(9-5)和信号传输线(9-6)与地面控制系统(11)中相应的线连接，完成装置的下入与控制系统连接；
产水过程：地面控制系统(11)将电能通过供电电缆传输给井下液位监测仪(4)和电机(6)，电机(6)启动，驱动潜水电泵(7)工作将电能转化为机械能，将井底水吸入潜水电泵(7)内部，经井下液位监测仪(4)、下连接接头(8)、预置电缆柔性复合连续管(9)和上连接接头(3)到达水源井井口(2)，经外输管线(1)输送到供水站；
井下信息监测过程：井下液位监测仪将水源井动液面、电机运行参数的监测结果转化成电信号，通过信号传输线传递到地面控制系统(11)，通过控制柜PLC自动判断液面深度与设置的高低限定值差别，及电参数的低压、过载相应值控制电潜泵启停；同时设置手动启停按键控制水源井电潜泵；地面控制系统(11)采用在485通信MODBUS协议，将监测信息传输到油田数字化平台进行实时监测和远程控制；
起出装置：将第二电缆(10)中供电电线(9-5)和信号传输线(9-6)与地面控制系统(11)中相应的线分开，将外输管线(1)从水源井上外输接口(2-1)上卸开，水源井井口(2)中井口管柱连接口(2-4)卸开，漏出上连接接头(3)上端；应用柔性复合连续管起下作业设备，依次起出预置电缆柔性复合连续管(9)、下连接接头(8)、井下液位监测仪(4)、潜水电泵(7)和电机(6)，并将第一电缆(5)中供电电线(9-5)和信号传输线(9-6)分别与井下液位监测仪(4)和电机(6)连接线进行拆掉，完成装置的起出。
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