基于鄰井?dāng)?shù)據(jù)耦合的壓裂井干擾試井工藝研究與應(yīng)用

劉志強(qiáng)

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163153)

0 引 言

大慶油田隨著開(kāi)發(fā)的深入難度逐漸增加，水力壓裂技術(shù)作為一項(xiàng)增產(chǎn)技術(shù)在大慶油田應(yīng)用十分廣泛[1]。在大慶油田隨著壓裂技術(shù)應(yīng)用頻次的增加，由該技術(shù)產(chǎn)生的次生問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，施工期間相鄰井被壓竄現(xiàn)象尤為突出。如何在施工期間采取有效措施降低鄰井壓竄的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)迫在眉睫，然而目前相關(guān)研究和技術(shù)還較少[2]。其中一種思路是在壓裂施工期間準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)裂縫方位和尺寸，并進(jìn)行參數(shù)控制達(dá)到防治壓竄的作用。裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)是目前常用的觀察裂縫走向和尺寸的措施，國(guó)內(nèi)、外壓裂過(guò)程裂縫監(jiān)測(cè)的手段主要是井間微地震方法。井間微地震根據(jù)實(shí)施方式的不同可分為地面監(jiān)測(cè)方式、井下監(jiān)測(cè)方式和井口監(jiān)測(cè)方式3種[3]。杜文軍等研究指出井口監(jiān)測(cè)和地面監(jiān)測(cè)方式僅適合于較淺的儲(chǔ)層壓裂監(jiān)測(cè)[4]，并且容易受地面壓裂設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)干擾。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，裂縫的尺寸往往因解釋方法的不同相差較大。并且，解釋結(jié)果需要在壓裂施工之后進(jìn)行計(jì)算分析才能給出，這種方式往往不能及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

為能夠?qū)崟r(shí)微調(diào)壓裂施工方案、避免井間壓竄，研究了一種基于物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的壓裂井干擾試井工藝，并進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1 基于鄰井?dāng)?shù)據(jù)耦合的壓裂井干擾試井工藝

1.1 設(shè)計(jì)思路

大慶油田從1973年開(kāi)始進(jìn)行壓裂，目前壓裂井?dāng)?shù)量已超過(guò)50 000井次[5]。由于壓裂頻次的提高，壓裂井鄰井極有可能被壓竄，造成注采系統(tǒng)的混亂，壓裂井鄰井被壓竄時(shí)其井底壓力也必然產(chǎn)生較大的波動(dòng)和變化。目前采用存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)和直讀式電子壓力計(jì)都能夠完成井底壓力的監(jiān)測(cè)，但采用存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)需要起出儀器回放后方可獲取井底壓力數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)反饋和應(yīng)用都不及時(shí)。直讀式電子壓力計(jì)能夠?qū)崟r(shí)獲取井底壓力數(shù)據(jù)，近年來(lái)出現(xiàn)了直讀式電子壓力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸技術(shù)[6]，使得井底壓力數(shù)據(jù)反饋和應(yīng)用變得更加方便。因此，可以利用監(jiān)測(cè)的壓裂井鄰井井底壓力計(jì)數(shù)據(jù)和壓裂施工實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合分析，利用耦合分析結(jié)果實(shí)時(shí)微調(diào)壓裂施工方案，確保壓裂井鄰井不被壓竄。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)深入應(yīng)用[7]，本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的壓裂井干擾試井工藝。以油井為例，通過(guò)壓裂施工期間在被壓裂井各個(gè)鄰井內(nèi)下入直讀式電子壓力計(jì)，安裝在井口的直讀接收器接收井底壓力數(shù)據(jù)，直讀接收器將多口鄰井壓力數(shù)據(jù)分別上傳至云服務(wù)器，如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)調(diào)取上述壓力數(shù)據(jù)并與壓裂施工數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合分析，從而實(shí)現(xiàn)壓裂施工期間對(duì)鄰井壓裂干擾

圖1 井口物聯(lián)管理系統(tǒng)原理

的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員可根據(jù)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的信息及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，達(dá)到避免壓竄的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 基本架構(gòu)

通過(guò)對(duì)上述干擾試井工藝的介紹可以看出該過(guò)程是由多個(gè)模塊協(xié)同完成的，基本流程如圖2所示。該流程可以分為鄰井井底監(jiān)測(cè)單元、數(shù)據(jù)發(fā)射單元、云處理器單元、壓裂控制數(shù)據(jù)調(diào)取及耦合單元以及施工參數(shù)控制系統(tǒng)。

圖2 基于鄰井?dāng)?shù)據(jù)耦合的壓裂井干擾試井工藝流程圖

1)井底監(jiān)測(cè)單元：該系統(tǒng)單元主要用于監(jiān)測(cè)多口鄰井井底壓力、溫度等數(shù)據(jù)信號(hào)。通常通過(guò)抽油機(jī)井偏心井口或注水井井口將直讀式壓力計(jì)下放至目的深度。為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，目前常采用測(cè)井電纜將壓力數(shù)據(jù)傳導(dǎo)至井口[8]。

2)數(shù)據(jù)發(fā)射單元：該單元主要設(shè)備為地面直讀接收器，接收器可將井底壓力計(jì)將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)接收并發(fā)送至云服務(wù)器。

3)云處理器單元：該單元可以接收來(lái)自多口鄰井的井底壓力數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分配給其它系統(tǒng)。

4)壓裂控制數(shù)據(jù)調(diào)取及耦合單元：調(diào)取云處理器接收的鄰井壓力數(shù)據(jù)并與壓裂施工數(shù)據(jù)(排量)進(jìn)行耦合，在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行歸一化處理得到多井耦合的施工監(jiān)測(cè)曲線，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂施工對(duì)鄰井的干擾程度。

5)施工參數(shù)控制單元：根據(jù)干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的信息和當(dāng)前施工參數(shù)調(diào)整下一步施工參數(shù)，從而降低或者避免壓裂井對(duì)鄰井的干擾。

2 干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備組成

壓裂井干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要設(shè)備包括井底壓力計(jì)、井口數(shù)據(jù)直讀接收器、云處理器、耦合數(shù)據(jù)處理器，其中井底壓力計(jì)、云處理器、耦合數(shù)據(jù)處理器是該系統(tǒng)的核心部分。

2.1 井底壓力計(jì)

采用武漢三江集團(tuán)生產(chǎn)的MPS9A直讀式電子壓力計(jì)進(jìn)行壓力測(cè)試，壓力計(jì)的精度為萬(wàn)分之五，壓力計(jì)配接了轉(zhuǎn)換接頭、方便了與測(cè)井馬龍頭的對(duì)接。MPS9A直讀式電子壓力計(jì)采用雙通道壓力采集系統(tǒng)，即便一個(gè)通道出故障時(shí)另一信號(hào)通道也可正常采集信號(hào)。儀器外徑22 mm，壓力量程0～60 MPa，溫度量程0～150 ℃，信號(hào)采集速度1 s/點(diǎn)。

2.2 井口數(shù)據(jù)發(fā)射器

井口數(shù)據(jù)發(fā)射器是利用直流載波技術(shù)將井底壓力計(jì)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)電纜傳輸并存儲(chǔ)至地面直讀接收器，同時(shí)將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射至云服務(wù)器。為保證施工數(shù)據(jù)的連續(xù)性，井口數(shù)據(jù)發(fā)射器采用自動(dòng)重連技術(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或其它原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)傳輸中斷時(shí)，該單元可以自動(dòng)重新與云服務(wù)器重新連接。目前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的直讀接收器可存儲(chǔ)超過(guò)200萬(wàn)組數(shù)據(jù)，以最小1 min的間隔向云服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)。

2.3 云處理器

云服務(wù)器利用物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳輸模塊，采用http協(xié)議在云服務(wù)器和直讀接收器之間建立連接，云服務(wù)器端將接收到的井口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫(kù)[11]。當(dāng)鄰井?dāng)?shù)據(jù)較多時(shí)，云服務(wù)器可以采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將鄰井井底數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便后期研究和調(diào)用。云服務(wù)器存儲(chǔ)容量大于1 T，支持至少1 024臺(tái)直讀接收器同時(shí)向其發(fā)送數(shù)據(jù)，支持至少100個(gè)用戶同時(shí)在線查詢，網(wǎng)頁(yè)端可自由設(shè)置查詢區(qū)間，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下載。

2.4 耦合數(shù)據(jù)處理器

耦合數(shù)據(jù)處理器可以從云服務(wù)器直接調(diào)取多口壓裂井鄰井的井底數(shù)據(jù)，同時(shí)將壓裂數(shù)據(jù)與鄰井井底壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，如壓裂施工排量。進(jìn)而將多組數(shù)據(jù)同時(shí)顯示到壓裂中控系統(tǒng)。同時(shí)該系統(tǒng)可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析，如添加壓力曲線輔助線、切線等。

3 應(yīng)用效果分析

通過(guò)壓裂干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂井對(duì)鄰井影響程度，為壓裂施工參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)。2018年對(duì)大慶油田Y井開(kāi)始?jí)毫?，同時(shí)在其鄰井P1、P2、P3下入直讀式井下壓力計(jì)。2018年3月26日13:00開(kāi)始記錄三口井直讀式井下壓力計(jì)數(shù)據(jù)，并通過(guò)干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與壓裂施工參數(shù)進(jìn)行耦合，如圖3所示。

圖3 大慶油田某井壓裂干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)例

從圖3可以看出：P1、P2、P3三口井記錄的壓力曲線無(wú)中斷、設(shè)備及網(wǎng)站工作穩(wěn)定。壓裂井進(jìn)行了3次穩(wěn)定排量的注入施工。在壓裂注入期間，鄰井P2、P3井底的壓力曲線較為平穩(wěn)，未出現(xiàn)與注入階段響應(yīng)的變化。與之相反，鄰井P1的井底壓力出現(xiàn)了三次壓力響應(yīng)，并且每次壓力變化與注入時(shí)間重合較好，每次停泵后鄰井P1井底壓力降落。壓裂井與鄰井P1三段都有隨動(dòng)反應(yīng)，壓力信號(hào)傳導(dǎo)明顯，顯示連通良好。表明鄰井P1與壓裂井同屬一個(gè)壓力系統(tǒng)，且壓裂井對(duì)鄰井P1產(chǎn)生了干擾，并且干擾程度較強(qiáng)。

2018年7月對(duì)N8-A井進(jìn)行分層壓裂，施工4井次，施工期間采用壓裂干擾監(jiān)測(cè)軟件。N8-A-1井是N8-A井的一口監(jiān)測(cè)水井，兩井間的距離是234 m，測(cè)試的曲線如圖4所示。從圖中可以清楚地看到，在壓裂井N8-A壓裂時(shí)，N8-A-1井有明顯的干擾隨動(dòng)反應(yīng)。第4次壓裂施工期間，兩井無(wú)隨動(dòng)反應(yīng)，但第二、第三隨動(dòng)反應(yīng)比較明顯，時(shí)滯分別為1.7 h和1.3 h，壓力相應(yīng)幅度為0.7 MPa和0.98 MPa。

圖4 N8-A-1井測(cè)試曲線與壓裂井時(shí)間同步曲線

2018年大慶油田共在6口壓裂施工中測(cè)試了壓裂干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，見(jiàn)表1，其中監(jiān)測(cè)鄰井?dāng)?shù)量為27井次。通過(guò)監(jiān)測(cè)顯示，16井次出現(xiàn)了與壓裂井連通的現(xiàn)象，占總井?dāng)?shù)的59.3%。通過(guò)該系統(tǒng)，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，上述鄰井中僅1口井出現(xiàn)了壓竄的現(xiàn)象，有效降低了壓裂期間井間壓竄的風(fēng)險(xiǎn)。

表1 壓裂干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié) 論

針對(duì)大慶油田壓裂施工期間井間干擾問(wèn)題，在已有施工設(shè)備的基礎(chǔ)上，提出了基于鄰井井底數(shù)據(jù)耦合的壓裂干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)思想，將多口井的井底壓力數(shù)據(jù)與壓裂施工數(shù)據(jù)耦合在一起，實(shí)時(shí)給出壓裂井對(duì)鄰井的影響。同時(shí)建立的井口壓力預(yù)警方法合理，有效保證了壓裂過(guò)程中的鄰井安全。通過(guò)6口壓裂井和27口監(jiān)測(cè)井的施工結(jié)果，顯示該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有效降低了壓裂期間井間壓竄的風(fēng)險(xiǎn)。