電纜爬行器找水測試技術(shù)應(yīng)用研究

張璽亮，張鳳輝，薛德棟，李志勇

（中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300457）

0 引言

水平井作為老油田調(diào)整挖潛提高采收率、新油田實(shí)現(xiàn)少井高效開發(fā)的一項(xiàng)重要技術(shù)，得到了大力推廣及應(yīng)用。常規(guī)直井生產(chǎn)動態(tài)評價(jià)技術(shù)已經(jīng)成熟，水平井由于井下多相流流態(tài)復(fù)雜，水平井產(chǎn)出剖面測試存在相當(dāng)大的難度[1]，生產(chǎn)時(shí)測試儀器難以下入井內(nèi)，對測量儀器和輸送方式要求較高，生產(chǎn)過程中的找水測試一直是亟待解決的難題之一。國外常利用井下爬行器攜帶生產(chǎn)測井儀器進(jìn)行生產(chǎn)動態(tài)評價(jià)。同時(shí)，由于渤海油田大多數(shù)水平井的完井方式是裸眼防砂完井，后期出水問題在工藝的具體實(shí)施上難度比較大，加之水平井井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要可精確控制移動的輸送工具、管內(nèi)動態(tài)分段測試工藝。

因此，針對目前該技術(shù)在海上油田的緊迫需求，以及國內(nèi)外在該技術(shù)上的進(jìn)展情況，針對性地開展此項(xiàng)技術(shù)研究，解決目前海上油田水平井面臨的找水難題，為中國海上油田的上產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供更好的技術(shù)支持。

圖1 水平井爬行器找水管柱Fig.1 Water pipe alignment by crawler in horizontal well

圖2 電液爬行器儀器構(gòu)成Fig.2 Composition of electro-hydraulic crawler

1 海上油田水平井找水工藝難點(diǎn)

據(jù)2014年統(tǒng)計(jì)，中國海油每年水平井?dāng)?shù)量增長20%～30%，現(xiàn)僅渤海油田有水平井近600口。目前，海上油田水平井完井方式多采用裸眼完井，也有部分尾管完井和套管完井，其優(yōu)質(zhì)篩管規(guī)格有4-1/2in、5-1/2in和7in，管外沒有任何分隔措施，無法保證找水的準(zhǔn)確性。

2 海上水平井爬行器找水測試工藝原理及關(guān)鍵工具研究

海上水平生產(chǎn)井為了實(shí)現(xiàn)在正常生產(chǎn)條件下進(jìn)行測試，需要在分采井實(shí)施，通過Y接頭中的生產(chǎn)堵塞器實(shí)現(xiàn)水平井正常生產(chǎn)條件下的分段流量測試，確定主力出水層段。利用產(chǎn)液剖面測井儀，采用爬行器輸送方式，配合管內(nèi)分段工具進(jìn)行精確找水規(guī)律研究。

2.1 水平井爬行器找水測試工藝原理

工藝管柱圖如圖1所示。在電纜作業(yè)時(shí)，撈出Y接頭中的生產(chǎn)堵塞器，下入測試儀器工具串，包括：測試堵塞器、電纜頭、振動解卡短接、旋轉(zhuǎn)及張力短接、爬行器、柔性短接、扶正器、產(chǎn)液剖面測試儀、分隔儀。

2.2 爬行器找水工藝流程

爬行器輸送測試儀器的測試工藝，垂直井段靠儀器（包括爬行器和測試儀器）自然重力下放遇阻位置。1）地面操控牽引器在水平井生產(chǎn)段的前進(jìn)或后退到指定目的層段；2）在水平井找水測試作業(yè)時(shí)，通過地面控制分隔儀的脹封和收縮，完成裸眼防砂完井任意層段的管內(nèi)分隔；3）利用連接在分隔儀之間的含水測試儀器進(jìn)行油井產(chǎn)液量和含水率測試；4）通過地面軟件模擬計(jì)算井筒流場變化，分析判斷已測試層段與出水位置變質(zhì)量流體的流動規(guī)律，定位“出水段”，從而實(shí)現(xiàn)精確找水。

2.3 關(guān)鍵工具研究

2.3.1 輸送工具井下爬行器

針對國外Sondex公司以及國內(nèi)現(xiàn)有54mm水平井電動爬行器在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，儀器過長、外徑過大，導(dǎo)致適用性減小，越障能力下降。根據(jù)海上油井特點(diǎn)和工程需要，結(jié)合國內(nèi)目前的工業(yè)和技術(shù)水平，提出了新一代水平井動力自由組合式電液爬行器（詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2），創(chuàng)新性地由液電驅(qū)動代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)驅(qū)動，最大牽引力達(dá)到4.5kN，打破國內(nèi)同尺寸爬行器牽引力紀(jì)錄。在陸地某油田成功完成推送固放磁測井儀器至水平井目的層段2井次，驗(yàn)證了工藝技術(shù)的可靠性，為今后海上油田推廣實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

2.3.2 水平井動態(tài)封隔集流測試分隔儀

測試分隔儀是用于海上水平井裸眼防砂完井管內(nèi)分段測試過程中大通徑動態(tài)分隔的專用儀器，整個(gè)系統(tǒng)采用上、下分隔儀輔助分段，配合爬行器及找水儀進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)。如圖3所示，分隔儀主要由分隔總成脹縮控制機(jī)構(gòu)及地面控制軟件組成。上、下分隔儀可獨(dú)立控制，其連接方向不同。動態(tài)分隔工作過程需要與爬行器配合使用，爬行器工作時(shí)確保集流傘布處于收縮狀態(tài)；爬行器鎖止，集流傘布和輔助定位打開。分隔儀成對使用，分段最短長度為找水儀的長度，可以控制在2m以內(nèi)。找水時(shí)，爬行器作為輸送工具，兩支分隔儀相向安裝，之間連接找水儀，實(shí)現(xiàn)分段找水。

測試分隔儀主要技術(shù)參數(shù)：

◇ 外徑：φ54mm

◇ 整機(jī)耐壓：60MPa

圖3 測試分隔儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.3 Structure design of test separator

圖4 找水測量儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.4 Structure design of water finding measuring instrument

◇ 整機(jī)耐溫：0℃～125℃

◇ 工作電壓：140V DC

◇ 適用管徑：2-7/8in～7in

◇ 日產(chǎn)液流量：最大500m3/d

2.3.3 找水測量儀

國外各大測井公司針對水平井都推出了相應(yīng)的測量儀器，如斯倫貝謝公司的多參數(shù)產(chǎn)出剖面測井儀Flagship，可以實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜水平多相流流態(tài)下的產(chǎn)液剖面測量，但儀器市場價(jià)格昂貴，維護(hù)周期長[2]。如圖4所示，找水測量儀是專為水平井管內(nèi)分段集流測試設(shè)計(jì)的流量及含水測量工具，與爬行器、分隔儀配接。具有低頻段、高頻段自動辨識切換功能的全量程流量測試功能，提高井下原油含水?dāng)?shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度，解決傳統(tǒng)方法在水平井介質(zhì)分層流動時(shí)測量不準(zhǔn)確的問題。

含水測量原理：采用單傳感器加電導(dǎo)率傳感器補(bǔ)償?shù)臏y量含水方案，測量天線傳感器測量油水混合液，相含率測量原理為短波吸收法，測量范圍為0～100%含水率。

流量測量原理：找水測量儀下到水平段產(chǎn)層后，通過單芯電纜供電，分隔儀打開集流傘，產(chǎn)液通過集流傘集流后通過進(jìn)液管進(jìn)入整流測試取樣管中，推動渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪轉(zhuǎn)軸上鑲嵌的一塊導(dǎo)磁材料旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會在附近的霍爾元件中感應(yīng)出電信號，從而測量流量。

2.3.4 水平井找水測試及動態(tài)分隔定位方法

海上油田水平井找水測試工藝儀器組合包括井下爬行器、分隔儀、含水測試儀器。含水測試儀器利用上述找水測試儀器組合進(jìn)行動態(tài)分隔定位的方法，包括以下步驟：

1）組裝找水測試儀器串。

2）下入找水測試儀器串：將找水測試儀器組合下入井內(nèi)，靠儀器自重自由下入井下直至不能下入為止；然后，通過地面控制器啟動井下爬行器，牽引找水測試儀器串至指定測試水平層段趾端[3]。

3）在線找水測試：通過地面控制器控制上分隔儀和下分隔儀的脹封和收縮，完成裸眼防砂完井任意層段的管內(nèi)分隔，待上分隔儀和下分隔儀鎖定之后，含水測試儀器進(jìn)行油井產(chǎn)液量和含水率測試，記錄測試數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)反饋地面，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋。

4）模擬分析定位：將獲得的數(shù)據(jù)通過地面軟件模擬計(jì)算井筒流場變化，分析判斷測試水平層段與出水位置關(guān)于篩管——流量、下入儀器管內(nèi)分隔后流場等情況的關(guān)聯(lián)特點(diǎn)，以此定位“出水段”，從而實(shí)現(xiàn)該測試水平層段的精確找水。

5）分段封隔找水：完成一段水平層段的測試后，井下爬行器牽引找水測試儀器組合至下一段測試水平層段，按上述步驟再一次進(jìn)行找水測試，并依次循環(huán)直至完成整體水平層段的找水測試。

6）起出找水儀器串：找水測試完成后，收攏上分隔儀和下分隔儀，關(guān)閉含水測試儀器，使用電纜滾筒起出找水測試儀器串。

3 找水方法室內(nèi)評價(jià)驗(yàn)證

如圖5所示，利用水平井（定向井）防砂物模試驗(yàn)裝置，下入7in篩管進(jìn)行礫石充填，模擬水平井篩管防砂完井出水，在水平井段設(shè)置多個(gè)出液點(diǎn)，每個(gè)出液管線裝有分相計(jì)量設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。進(jìn)行水平井產(chǎn)出剖面測井，模擬全水平井段長度的井下生產(chǎn)狀況，確定主要產(chǎn)水部位。采用單芯電纜供電及通信的電液爬行器、上下分隔儀以及含水測試儀器進(jìn)行測試。

圖5 井筒模擬找水試驗(yàn)流程方案Fig.5 Flow scheme of wellbore simulation water finding test

數(shù)值模擬與物模分析方法結(jié)合，建立了室內(nèi)模擬海上水平井篩管防砂完井出水找水的研究方法，完成了水平井出水位置與分段找水位置關(guān)系變化規(guī)律研究，可精確判斷出水位置，找水符合率達(dá)到90%。

4 海上水平井爬行器找水技術(shù)的適用性探討

根據(jù)水平井地質(zhì)油藏條件、需求、經(jīng)濟(jì)性等，油田開發(fā)時(shí)會選擇不同的完井方式，完井方式對找水工藝有著直接影響[4]。

對于射孔完井的水平井，可利用封隔器將各層分開，每層加上配產(chǎn)器，然后分層求產(chǎn)，找出出水部位，這種方法比較直接。

在渤海油田，裸眼篩管完井是水平井完井中最多的由于篩管外面并沒有與油層分隔，這類完井管柱給后續(xù)的找水和堵水作業(yè)帶來不便，一般采用示蹤劑測井，通過化學(xué)封隔器用來后續(xù)分隔層/段，但畢竟有作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，不能保證每次施工的成功。所以，將來這種完井方式的水平井可以采用爬行器找水工藝實(shí)施準(zhǔn)確找水。

當(dāng)然，如果能在完井時(shí)根據(jù)地質(zhì)油藏特點(diǎn)，完井時(shí)直接在隔層/段處設(shè)置管外封隔器，則為后續(xù)的找堵水作業(yè)提供極大便利。

5 結(jié)論

水平井爬行器找水技術(shù)形成了一套以爬行器為輸送方式的水平井測試工藝及配套工具，建立了海上水平井篩管防砂完井出水找水的研究方法；為套管井、篩管完井水平井測井提供了一種更快捷、更經(jīng)濟(jì)、更安全的新工藝，為老井挖潛、找水、堵水和調(diào)整注采關(guān)系等提供了可靠的技術(shù)保障，也為水平井的動態(tài)監(jiān)測提供了一種全新的技術(shù)手段，對確定剩余油分布，提高油氣采收率具有重要意義。

同時(shí)，水平井爬行器找水測試技術(shù)在全國還處于摸索應(yīng)用階段，隨著不斷的試驗(yàn)和研究，逐步認(rèn)識到了一些方法的局限性和不足，隨之而來的是更加先進(jìn)的測井技術(shù)不斷得到應(yīng)用。因此，要求隨時(shí)掌握水平井測井新方法的應(yīng)用情況，開發(fā)一種成功率高、適用性強(qiáng)、測量結(jié)果準(zhǔn)確的測井方法。