低液量水平井存儲(chǔ)式產(chǎn)液剖面測(cè)井技術(shù)與應(yīng)用

朱洪征，郭 靖，黃 偉，姬 園，景曉琴，呂億明

(1中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院2低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室3中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠4中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠)

近年來(lái)，隨著鉆完井及儲(chǔ)層改造技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)在特/超低液量乃至致密油藏中，水平井的應(yīng)用規(guī)模逐年擴(kuò)大，初期產(chǎn)量達(dá)到直井的3～4倍，使這類(lèi)油藏得到了經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)［1］。隨著生產(chǎn)時(shí)間的延續(xù)，水平井產(chǎn)液剖面技術(shù)在實(shí)現(xiàn)油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為油藏合理開(kāi)采及措施提供依據(jù)方面的作用也越來(lái)越重要，受到地質(zhì)、開(kāi)發(fā)部門(mén)普遍重視［2］。但目前對(duì)低液量水平井產(chǎn)液剖面測(cè)試研究成果相對(duì)較少［3－4］，可供參考借鑒的技術(shù)也十分有限。對(duì)于這種低液量水平井，測(cè)試時(shí)一方面要考慮產(chǎn)液剖面測(cè)試儀的流量測(cè)量下限問(wèn)題，另一方面要考慮如何解決含水率測(cè)量分辨率問(wèn)題，以及如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效測(cè)試工藝方法。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了分段壓裂水平井產(chǎn)液剖面測(cè)試技術(shù)，定性定量分析解釋水平井段產(chǎn)液狀況及產(chǎn)出井段分布狀況，確定出油和出水段，針對(duì)性地采取堵水等措施，抑制產(chǎn)水段出水，提高產(chǎn)油量。

一、低液量水平井產(chǎn)液剖面測(cè)井工藝設(shè)計(jì)

1．低滲透油藏水平井主要特點(diǎn)

低液量水平井開(kāi)發(fā)對(duì)象主要為低滲或超低滲油藏，采用分段壓裂，改造提高儲(chǔ)層導(dǎo)流能力，注水補(bǔ)充地層能量開(kāi)發(fā)，其主要特點(diǎn)是水平段長(zhǎng)、改造段數(shù)多、無(wú)自噴能力［5］。以長(zhǎng)慶油田為例，平均單井改造段數(shù)8段以上，平均水平段500 m以上，產(chǎn)液量小于20 m3/d的井占總井?dāng)?shù)的97%，平均單段流量小2 m3/d。文獻(xiàn)資料顯示，目前的水平井找水測(cè)試方法對(duì)于產(chǎn)液量大于50 m3/d的水平井，傳統(tǒng)做法是采用電纜或連續(xù)油管、爬行器等將產(chǎn)液剖面測(cè)試儀器通過(guò)油套環(huán)空輸送至目的層段，在抽油機(jī)持續(xù)抽汲情況下采用渦輪流量計(jì)、持水率儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量、含水。而對(duì)于產(chǎn)液量小于20 m3/d的低產(chǎn)水平井，利用上述手段既不能準(zhǔn)確測(cè)試流量與含水，因此需研究適合這類(lèi)井的測(cè)試方法。

2．設(shè)計(jì)思路

針對(duì)低液量水平井特點(diǎn)，采用封隔器將各壓裂層段卡封開(kāi)，對(duì)應(yīng)層段放置浮子流量計(jì)和井下取樣器，利用油管將存儲(chǔ)式測(cè)試儀器輸送到水平井測(cè)井井段，在抽油機(jī)不停抽情況下錄取水平段各段流量及分段取樣，地面回讀、化驗(yàn)含水，實(shí)現(xiàn)水平段沿井深方向分布的產(chǎn)液量和含水量等關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量。

3．低液量水平井產(chǎn)液剖面測(cè)井管柱設(shè)計(jì)

管柱采用“油管輸送+封隔裝置+存儲(chǔ)式采集”方式，考慮到水平井井身結(jié)構(gòu)的特殊性，必須確保測(cè)試管柱水平狀態(tài)下的密封性，且下得去、起得出。封隔器參考產(chǎn)液剖面測(cè)試集流傘結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)加工了油管管外封隔工具，依靠摩擦塊與套管內(nèi)壁的摩擦力將集流傘撐開(kāi)，實(shí)現(xiàn)封隔器作用，起鉆負(fù)荷小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工操作方便，不但封得住，而且能夠起得出。為此，以三段式測(cè)試管柱為例，設(shè)計(jì)的管串結(jié)構(gòu)自下而上為:絲堵、浮子流量計(jì)、集流封隔器、井下取樣器及抽油泵等組成(見(jiàn)圖1)。

圖1水平井產(chǎn)液剖面測(cè)試工藝管柱

二、儀器結(jié)構(gòu)及工作原理

存儲(chǔ)式產(chǎn)液剖面測(cè)試儀組成主要有:集溫度、壓力、流量測(cè)試功能的浮子流量計(jì)、井下微電機(jī)控制電動(dòng)取樣器及電池組、存儲(chǔ)器，產(chǎn)液剖面測(cè)試儀以多參數(shù)組合為主。該儀器和油管連接后一起下放到井下，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)產(chǎn)液信息。

1．流量測(cè)試

針對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)液剖面測(cè)井儀器的流量測(cè)量下限偏高，造成低滲透油藏水平井測(cè)量結(jié)果偏差較大，研制了啟動(dòng)排量低的水平井存儲(chǔ)式浮子流量計(jì)。

1．1結(jié)構(gòu)及原理

由浮子、推桿、銜鐵、線圈、錐形管、彈簧、單流閥等組成。自感傳感器可以測(cè)量0．01μm～50 mm的機(jī)械位移，感應(yīng)線圈恒定電流激勵(lì)，被測(cè)介質(zhì)推動(dòng)浮子移動(dòng)，滑套發(fā)生位移，感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，測(cè)得流量。采用橋式雙通道結(jié)構(gòu)，浮子保護(hù)單向閥截止，流體從儀器環(huán)空過(guò)流通道流過(guò)，保證液壓坐封不影響浮子。生產(chǎn)時(shí)本層產(chǎn)液從隔離管與儀器環(huán)空空間流過(guò)，其它層產(chǎn)液從隔離管與外護(hù)管環(huán)空空間流過(guò)，互不干擾，見(jiàn)圖2。

1．2室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

以柴油和水兩相為介質(zhì)，模擬儀器水平狀態(tài)下工作狀況，根據(jù)低液量水平井生產(chǎn)情況，開(kāi)展了不同流量、不同含水率的流量測(cè)試實(shí)驗(yàn)。從水平狀態(tài)流量曲線擬合后圖版(圖3)中得知，通過(guò)多角度對(duì)浮子流量計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，流量測(cè)量最大誤差4%，樣機(jī)通過(guò)測(cè)量并轉(zhuǎn)換而來(lái)的平均相關(guān)流速與標(biāo)準(zhǔn)流量呈很好的線性關(guān)系。

圖2浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3水平狀態(tài)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合曲線

2．含水率測(cè)試

針對(duì)低滲透油藏水平井出液的不規(guī)律性，同時(shí)水平段液體流動(dòng)為層流狀態(tài)，集流的測(cè)量方式會(huì)改變流體在井筒中的正常流動(dòng)狀態(tài)，影響儀器的測(cè)量效果［6－7］，因此，研制了一種井下電動(dòng)取樣器，起出地面放樣化驗(yàn)分析各段含水，實(shí)現(xiàn)測(cè)試段含水率測(cè)量。

2．1結(jié)構(gòu)及原理

井下電動(dòng)取樣器主要由進(jìn)液孔、取樣腔、單向閥、滑閥、放樣孔等組成，如圖4所示。測(cè)試前按照測(cè)試方案要求，地面人為進(jìn)行開(kāi)關(guān)閥動(dòng)作程序設(shè)置，下井后儀器按設(shè)置程序執(zhí)行，帶動(dòng)上、下開(kāi)關(guān)閥進(jìn)行啟閉動(dòng)作，目標(biāo)產(chǎn)層流體進(jìn)入取樣腔實(shí)現(xiàn)取樣。

單套取樣器某一時(shí)間點(diǎn)的取樣不能準(zhǔn)確反映地層真實(shí)流體情況，通過(guò)封隔器井下分隔，根據(jù)地層條件，地面自主設(shè)置最佳取樣方式，抽油機(jī)連續(xù)生產(chǎn)，起出地面放樣化驗(yàn)分析各段含水，獲取各段含水情況。根據(jù)要求地面程序設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)分段同時(shí)取樣和分段依次取樣兩種功能。

圖4井下電動(dòng)取樣器原理示意圖

2．2室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

在75℃條件下模擬取樣器在水平井井下工作狀態(tài)，將兩套取樣器用油管連接，油管兩端分別連接試壓接頭，試壓接頭通過(guò)試壓管線連接試壓泵。在壓力為10 MPa、20 MPa不同壓力下，兩套取樣器分別注入不同性能液體，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明取樣器在不同壓力系統(tǒng)的干擾下成功獨(dú)立分段得到液樣1 000 mL，取樣器按程序設(shè)定取樣以及取樣體積滿(mǎn)足要求。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2016年2月，為了驗(yàn)證低液量條件下，該工藝流量、含水測(cè)試準(zhǔn)確性，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行儀器測(cè)試數(shù)據(jù)與地面單量、化驗(yàn)含水結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)。CP－X井日產(chǎn)液16.07 m3，日產(chǎn)油0 t，含水100%，采用雙封單卡封隔方式，測(cè)試段放置由存儲(chǔ)式浮子流量測(cè)試儀和井下微電機(jī)控制電動(dòng)取樣器組成水平井井下存儲(chǔ)式產(chǎn)液剖面測(cè)試儀，測(cè)得單層流量為3．77 m3/d，含水98．6%，地面單量噴日產(chǎn)液為3．58 m3，含水100%。測(cè)試流量和含水與實(shí)際單量化驗(yàn)結(jié)果接近，測(cè)試成本20萬(wàn)左右，僅為陣列式渦輪流量計(jì)產(chǎn)液剖面測(cè)試費(fèi)用的1/5。

四、結(jié)論

(1)采用油管攜帶測(cè)試儀，通過(guò)水平段封隔生產(chǎn)、存儲(chǔ)式采集實(shí)現(xiàn)水平井產(chǎn)液剖面測(cè)試作業(yè)，解決了傳統(tǒng)電纜產(chǎn)液剖面測(cè)試下入水平段困難和測(cè)試成本高的問(wèn)題。

(2)由于長(zhǎng)慶油田的水平井產(chǎn)液量較低，因此在流量測(cè)試方面必須考慮流量計(jì)的啟動(dòng)排量問(wèn)題，確保低液量水平井產(chǎn)液量結(jié)果測(cè)試的準(zhǔn)確性。

(3)采用井下分段取樣，地面化驗(yàn)分析，實(shí)現(xiàn)測(cè)試段含水率測(cè)量，解決了常規(guī)持水率儀由于油水分層流動(dòng)導(dǎo)致含水率響應(yīng)具有多解性及分辨率低的問(wèn)題。