套管組合測(cè)井找漏技術(shù)及應(yīng)用

張金海，周錦鐘，王中濤，鄭小敏，李寧，李桂山，劉怡辰

套管組合測(cè)井找漏技術(shù)及應(yīng)用

張金海1，周錦鐘2，王中濤1，鄭小敏1，李寧1，李桂山1，劉怡辰1

（1. 中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司生產(chǎn)測(cè)井中心，陜西 西安 710200；2. 中國(guó)石油青海油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202）

套管破損或漏失等問(wèn)題直接影響油氣水井正常生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)各大油田先后開(kāi)展了一系列的套損井治理及檢測(cè)工作。其中在套損出水井破損點(diǎn)位置確定過(guò)程中，考慮井筒流體不流動(dòng)時(shí)，單一的測(cè)試手段難以檢測(cè)出流量漏失變化情況，層內(nèi)剩余油潛力難以被有效挖潛。通過(guò)油井臨時(shí)改注，采用套管組合測(cè)井找漏技術(shù)，能準(zhǔn)確判斷并識(shí)別出水點(diǎn)位置，達(dá)到降水出油的效果。以長(zhǎng)慶油田套損出水井為實(shí)例，通過(guò)生產(chǎn)測(cè)井組合技術(shù)進(jìn)行套損井出水位置的精確判識(shí)，并實(shí)施有效綜合治理，從而提高單井產(chǎn)量。該技術(shù)目前應(yīng)用效果較好，具有推廣意義。

套損井；找漏；生產(chǎn)測(cè)井；綜合治理

隨著油田開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，油水井受固井質(zhì)量變差、腐蝕等影響[1]，不同程度的套損現(xiàn)象不可避免地發(fā)生[2]，在生產(chǎn)過(guò)程中受多種因素（如油套管材質(zhì)、工藝改造等）影響，長(zhǎng)期使用的套管容易出現(xiàn)穿孔漏失現(xiàn)象[3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)工程危害的套損機(jī)制、固井技術(shù)及防治措施等展開(kāi)相關(guān)研究[4-5]，葉翠蓮[6]等對(duì)套管磨損剩余強(qiáng)度做了有限元分析，石巖[7]等對(duì)淺層套管漏失井監(jiān)測(cè)與治理進(jìn)行了相關(guān)研究，周生福[8]等對(duì)井筒封隔器工具等影響因素和對(duì)策進(jìn)行了相關(guān)研究，溫曹軒[9]等、吳宏杰[10]等、謝榮華[11]等、劉子平[12]等通過(guò)固井質(zhì)量及超聲波技術(shù)對(duì)套管受損性和井筒完整性評(píng)價(jià)做了相關(guān)研究。套損找漏技術(shù)在正常生產(chǎn)井中應(yīng)用較多，在長(zhǎng)期關(guān)停狀態(tài)套損井中應(yīng)用較少，且該類(lèi)關(guān)停套損井大部分是由于高含水原因?qū)е拢瓕尤跃哂胸S富的剩余油待挖潛。針對(duì)此類(lèi)關(guān)停套損井治理，常用的套管找漏測(cè)井手段無(wú)法達(dá)到測(cè)試目的，治理費(fèi)用也較高。如何有效確定油水井套損部位的精準(zhǔn)檢測(cè)，是高效治理套損井的前提[13]。

1 技術(shù)調(diào)研

1.1 技術(shù)背景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)慶油田平均每年新增套損井200余口，目前共有3 100余口套損井（包括正常生產(chǎn)井和已關(guān)停井），如圖1所示。

套損出水井的治理問(wèn)題始終困擾著長(zhǎng)慶油田，不僅對(duì)油田發(fā)展造成危害，使油井產(chǎn)能損失，造成資源閑置浪費(fèi)，同時(shí)也打破了注采平衡關(guān)系，嚴(yán)重影響區(qū)塊的整體開(kāi)發(fā)。因此，開(kāi)展精細(xì)找水綜合評(píng)價(jià)研究勢(shì)在必行。

圖1 長(zhǎng)慶油田套損井分布情況圖

1.2 技術(shù)研究

長(zhǎng)慶油田套損出水井目前面臨兩大難題：一是套損井存在破損位置，但不一定是出水位置，傳統(tǒng)工程機(jī)械測(cè)井無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)到套破點(diǎn)是否出水、封隔器卡封找漏由于套管壁腐蝕導(dǎo)致卡封密封性差且存在現(xiàn)場(chǎng)施工有效率和成功率低等問(wèn)題；二是當(dāng)套損井井筒壓力井筒和地層壓力地層持平時(shí)（圖2b），井筒液面處于靜止?fàn)顟B(tài)，即沒(méi)有形成可以使井筒流體流動(dòng)的負(fù)壓時(shí)（地層壓力地層大于井筒壓力井筒，圖2a），單一的流量計(jì)測(cè)井、井溫測(cè)井、噪聲測(cè)井等均無(wú)法檢測(cè)出流量漏失變化情況，出水點(diǎn)位置難以確定。

針對(duì)以上情況套損井的治理診斷，通過(guò)油井臨時(shí)改注，使井筒流體流動(dòng)起來(lái)（地層壓力地層小于井筒壓力井筒，圖2c），形成負(fù)壓狀態(tài)下常規(guī)化套破出水井找漏技術(shù)，進(jìn)而有效應(yīng)用套管組合測(cè)井系列，使達(dá)到測(cè)試目的。該技術(shù)可準(zhǔn)確判識(shí)套破點(diǎn)出水狀況，能為套損井提供精確可靠井筒信息，顯著提升套損井治理診斷效果。

圖2 套破井井筒流體狀態(tài)示意圖

2 測(cè)井技術(shù)系列

生產(chǎn)井套管損壞是國(guó)內(nèi)外油田普遍存在的重大工程問(wèn)題[14]，國(guó)內(nèi)針對(duì)套損井出水研究主要側(cè)重“預(yù)防”“治理”技術(shù)，對(duì)診斷技術(shù)研究相對(duì)不足，診斷技術(shù)主要包括井下工具、井下電視、地下管道探頭攝像、工程測(cè)井、鉛模印記等[15]。本研究通過(guò)在長(zhǎng)慶油田的實(shí)踐，提出了綜合運(yùn)用套管組合測(cè)井技術(shù)判斷套損井出水點(diǎn)的綜合診斷技術(shù)，主要運(yùn)用多臂井徑測(cè)井、流量測(cè)井、井溫測(cè)井、噪聲測(cè)井等組合技術(shù)尋找出水點(diǎn)位置，優(yōu)選出不同測(cè)井條件下的找漏測(cè)井系列，最終形成長(zhǎng)慶油田套損井精細(xì)出水判識(shí)技術(shù)體系。

2.1 機(jī)械井徑測(cè)井

機(jī)械井徑測(cè)井主要運(yùn)用多臂井徑儀MIT和MTT完成，通過(guò)測(cè)量臂和電磁效應(yīng)來(lái)研究套管內(nèi)徑和壁厚的變化情況。

MIT測(cè)井儀[16]的測(cè)量臂與套管內(nèi)壁接觸，將套管內(nèi)壁的變化轉(zhuǎn)化為井徑測(cè)量臂的徑向位移，再通過(guò)井徑儀內(nèi)部的機(jī)械設(shè)計(jì)及傳遞，變?yōu)橥茥U的垂直位移，并帶動(dòng)線性電位器的滑動(dòng)鍵垂直位移或是通過(guò)鋼絲繩和滑輪組帶動(dòng)拉桿電位器變化，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)使電位差或頻率的變化與井徑的變化成一種線性關(guān)系，通過(guò)相關(guān)軟件輸出三維視圖，可直觀套管內(nèi)壁結(jié)垢及損傷情況。MTT是根據(jù)套管缺陷引起的電磁效應(yīng)研究套管狀況，使用電磁學(xué)的方法測(cè)量井下管柱壁厚。

其次，方位井徑測(cè)井也可檢查套管損傷部位，主要是通過(guò)井徑儀測(cè)量井徑臂方位，得到套管變形井段的變形程度和變形方位[17]。

2.2 流量測(cè)井

流量測(cè)井系列主要包括同位素測(cè)井、渦輪流量計(jì)測(cè)井、氧活化測(cè)井等。

放射性同位素測(cè)井將放射性同位素以一定的方式吸附或結(jié)合于固相載體的物質(zhì)上，再與水配置成一定濃度的活化懸浮液注入井內(nèi)，井壁上附著的載體帶有放射性同位素，測(cè)井儀探測(cè)器通過(guò)檢測(cè)這些同位素釋放的信號(hào)，以某種差值的形式反映給地面系統(tǒng)，這種差值的大小就反映了地層的吸水能 力[18]。

渦輪流量計(jì)在流量測(cè)井中應(yīng)用較多，是一種速度式流量計(jì)。利用懸置于流體中帶葉片的轉(zhuǎn)子或葉輪感受流體的平均流速而推導(dǎo)出被測(cè)流體的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，轉(zhuǎn)子響應(yīng)與流速關(guān)系[19]。

氧活化測(cè)井主要通過(guò)井下中子發(fā)生器產(chǎn)生 14 Mev的高能中子來(lái)活化水中的氧，被活化后的氧原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，釋放出具有強(qiáng)穿透能力的高能快中子和伽馬射線，可穿過(guò)油管、套管甚至水泥環(huán)，通過(guò)對(duì)伽瑪射線時(shí)間譜的測(cè)量來(lái)反映油管內(nèi)、環(huán)套空間、套管外含氧物質(zhì)的流動(dòng)狀況，通過(guò)管子參數(shù)進(jìn)一步算出水流量。

2.3 井溫測(cè)井

井溫測(cè)井主要是通過(guò)溫度曲線的異常來(lái)反映地層流體或井筒流體溫度變化情況。其原理是在原始狀態(tài)下，地層溫度與深度的關(guān)系基本成線性變化，斜率即為地溫梯度。當(dāng)井筒內(nèi)有流體變化時(shí)，原始地層溫度受到干擾而形成井溫異常。

2.4 噪聲測(cè)井

其原理為井內(nèi)液體或氣體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦作用可以產(chǎn)生具有特征頻譜的聲音[20]。當(dāng)井眼內(nèi)湍流通過(guò)阻流位置時(shí)將產(chǎn)生壓力降，流體的動(dòng)能在阻流部位轉(zhuǎn)換成熱能和聲能，因此在阻流位置附近可探測(cè)到噪聲。噪聲強(qiáng)度的大小隨著流體流速變化而變化，通常，流速變化可以發(fā)生在流體產(chǎn)出口、泄漏口、注水位置、竄槽或套管縮徑等處。噪聲測(cè)井儀通過(guò)對(duì)井筒內(nèi)流體流動(dòng)而產(chǎn)生的自然聲場(chǎng)的測(cè)量，并研究其頻率和幅度特征，同時(shí)結(jié)合井筒管柱、射孔位置等相關(guān)信息，就可以確定地質(zhì)參數(shù)和井筒的工程狀況。

噪聲和井溫測(cè)井組合找漏是利用井筒內(nèi)套管或油管泄漏處流體所產(chǎn)生的溫度異常進(jìn)行綜合技術(shù)分析，找到泄漏點(diǎn)的可疑位置，然后利用噪聲測(cè)井對(duì)可疑點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)測(cè)，噪聲測(cè)井儀接收流體在泄漏點(diǎn)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲，通過(guò)曲線的分析解釋，得到泄漏點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

通過(guò)以上測(cè)井系列的介紹，如何進(jìn)行有效組合，形成合理的設(shè)計(jì)方案體系，以最少的成本投資獲取最高的利益收獲，是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

3 實(shí)例分析

X井是長(zhǎng)慶油田采油十一廠的一口采油井，該井于2011年7月完鉆，2011年12月投產(chǎn)延10層，射孔段為1 977-1 979 m（測(cè)試過(guò)程中遇阻，射孔段未測(cè)到），投產(chǎn)初期日產(chǎn)液4 m3，日產(chǎn)油1.7 t，含水57.9%；2017年12月含水率突然升至100%，含鹽量由80 000 mg·L-1降至8 000 mg·L-1左右，井筒動(dòng)液面從1 400 m上升至4 00 m左右，初步懷疑套破導(dǎo)致高含水；2018年4月在1 864 m處下Y221-114封隔器進(jìn)行隔采，隔采未見(jiàn)效，2018年9月該井因高含水停井，停井前該井日產(chǎn)液5.6 m3，日產(chǎn)油0 t，含水100%，井口壓力21 MPa，累產(chǎn)油2 700 t，該井生產(chǎn)數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 X井延10層生產(chǎn)數(shù)據(jù)圖（措施前）

從該井生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知，受水淹影響本井產(chǎn)能下降迅速，認(rèn)為原層仍有較大復(fù)產(chǎn)潛力。

2019年3月20日對(duì)該井實(shí)施工程測(cè)井（MIT+MTT），結(jié)果顯示1 400-1 480 m井段存在明顯套損現(xiàn)象，如圖4所示，成像結(jié)果如圖5所示。

從圖4、圖5可知，X井在1 400-1 480 m井段存在多處套損現(xiàn)象，具體出水點(diǎn)位置目前還無(wú)法判斷。

由于該井停井時(shí)間較長(zhǎng)，井筒液面長(zhǎng)期處于平衡狀態(tài)，即井筒流體處于類(lèi)似靜止?fàn)顟B(tài)，常規(guī)的流量、井溫和噪聲測(cè)井在此條件下無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，為此，將該井臨時(shí)轉(zhuǎn)注，使井筒壓力與地層壓力形成負(fù)壓狀態(tài)，進(jìn)而使流體流動(dòng)起來(lái)，達(dá)到測(cè)試條件。

2019年4月3日對(duì)該井進(jìn)行井溫測(cè)井（日注量為7 m3·d-1，考慮井口壓力較大（21 MPa，且泄壓較快，無(wú)法加大注入量，未考慮氧活化測(cè)井），從井溫測(cè)井曲線上看（如圖6），該井僅在1 444-1 448.3 m井段井溫和微差曲線變化明顯，且在1 447.2 m附近變化幅度達(dá)到峰值，呈“負(fù)異常”，說(shuō)明該位置存在熱交換，可能存在套破現(xiàn)象。

圖4 X井1 400-1 480 m井段MIT+MTT測(cè)井成果圖

圖5 X井1 400-1 480 m井段套損成像圖

為進(jìn)一步驗(yàn)證該結(jié)論，2019年4月8日對(duì)該井進(jìn)行噪聲測(cè)井，從噪聲測(cè)井曲線上看（如圖7），該井僅在1 447.2 m附近噪聲信號(hào)最強(qiáng)，進(jìn)一步確定 1 447.2 m為該井的出水泄漏點(diǎn)。

圖6 X井1 430-1 460 m井段井溫測(cè)井解釋成果圖

圖7 X井1439-1452m井段噪聲解釋成果圖

措施單位根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果，最終確定X井 1 447.2m為該井的出水點(diǎn)位置，通過(guò)工藝措施后，該井含水、動(dòng)液面下降，回復(fù)正常生產(chǎn)產(chǎn)能，生產(chǎn)數(shù)據(jù)如圖8所示。

從以上測(cè)試技術(shù)可看出，常規(guī)的測(cè)試思路無(wú)法滿足特殊情況下相關(guān)測(cè)試要求，且單一的測(cè)試手段難以獲取準(zhǔn)確的解釋成果，需通過(guò)多種測(cè)試方式相結(jié)合，才能達(dá)到最終測(cè)試目的。

圖8 X井延10層生產(chǎn)數(shù)據(jù)圖(措施后)

4 測(cè)井系列方案設(shè)計(jì)

通過(guò)多井次的測(cè)試實(shí)例應(yīng)用（測(cè)試應(yīng)用效果見(jiàn)表1），總結(jié)不同測(cè)試條件下的測(cè)井系列組合（如表2），形成圖9套損井出水判識(shí)方案設(shè)計(jì)體系。

圖9 套損井出水判識(shí)方案體系

表1 套損井出水判識(shí)測(cè)井技術(shù)應(yīng)用效果表

表2 套損井出水判識(shí)測(cè)井技術(shù)系列表

5 結(jié) 論

1）套損井存在破損位置，不一定是出水位置，傳統(tǒng)工程機(jī)械測(cè)井無(wú)法檢測(cè)到套破點(diǎn)是否出水、封隔器卡封找漏由于套管壁腐蝕導(dǎo)致卡封密封性差且存在現(xiàn)場(chǎng)施工有效率和成功率低等問(wèn)題；其次當(dāng)井筒流體不流動(dòng)時(shí)，單一的生產(chǎn)測(cè)試手段難以檢測(cè)出流量漏失變化情況，需改變常規(guī)測(cè)試思路，使?jié)M足測(cè)試條件。采用生產(chǎn)測(cè)井組合技術(shù)可準(zhǔn)確判識(shí)套破點(diǎn)出水狀況，能為套損井提供精確可靠井筒信息，顯著提升套損出水井治理診斷效果。

2）受井筒或地層等因素影響，需靈活采用不同的生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)，形成合理的設(shè)計(jì)方案體系。

3）生產(chǎn)測(cè)井組合技術(shù)在套損井尋找套破出水點(diǎn)位置中應(yīng)用需求廣泛，在長(zhǎng)停套損出水井中應(yīng)用效果較好，具有推廣意義。

[1] 萬(wàn)禧煌，許峰，于偉強(qiáng)，等.渤海油田噪聲-流量測(cè)井與PEAK工具組合找漏堵漏技術(shù)[J].油氣井測(cè)試，2020，29（4）：73-78.

[2] 張洪，李得信，楊西娟，等.套損檢測(cè)技術(shù)在青海油田的應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2012，36（1）：56-67.

[3] 王曉華.注入井套管找漏測(cè)井方法適用性分析[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2014，36（12）：113-116.

[4] ZHU W, GU S Q. Casing mechanism of engineering hazards in a oil field in central China [J].,2013,70(2):869-875.

[5] 張俊，潘宏霖，張?jiān)姾?，?深水固井水泥漿技術(shù)難點(diǎn)分析及其防治措施研究[J].遼寧化工，2020，49（11）：1427-1429.

[6] 葉翠蓮，喬智國(guó)，李騰飛，等.磨損套管剩余強(qiáng)度有限元分析[J].油氣井測(cè)試，2020，29（3）：6-10.

[7] 石巖，陳金峰，左虎，等.淺層套管漏失井監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)[J].油氣井測(cè)試，2020，28（3）：55-60.

[8] 周生福，崔龍兵，劉練，等. 順北油田三高油氣井完井測(cè)試封隔器影響因素及對(duì)策[J].油氣井測(cè)試，2019，28（3）：37-41.

[9] 溫曹軒，陳美杰，吳羿君，等.固井水泥石巴西劈裂強(qiáng)度尺寸效應(yīng)試驗(yàn)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2019，16（7）：95-59.

[10] 吳宏杰，朱克華，王軍，等.大位移井易漏失地層固井技術(shù)研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2018，15（15）：47-49.

[11] 謝榮華，劉繼生，李曉偉.固井質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)發(fā)展及其對(duì)油田開(kāi)發(fā)的影響[J].測(cè)井技術(shù)，2019，43（4）：339-343.

[12] 劉子平，屈玲，姚夢(mèng)麟.油氣井井筒泄漏超聲波檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2018，42（4）：453-459.

[13] 耿青.測(cè)井技術(shù)在套損井修復(fù)及報(bào)廢中的應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2019，43（3）：329-332.

[14] 呂秀梅，劉繼生.大慶油田套損檢測(cè)技術(shù)優(yōu)選研究[J].測(cè)井技術(shù)，2016，40（6）：755-764.

[15] 王陶，楊勝來(lái)，朱衛(wèi)紅等.塔里木油田油水井套損規(guī)律及對(duì)策[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2011，38（3）：352-361.

[16] 王惠.套損檢測(cè)技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2017，14（11）：40-42.

[17] 李娜，宋連振，周佳美，等.測(cè)井技術(shù)在套損檢測(cè)中的應(yīng)用[C].油氣田勘探與開(kāi)發(fā)國(guó)際會(huì)議，2018.

[18] 張金海，賈建濤，桂鵬飛，等.連續(xù)相關(guān)流量測(cè)井技術(shù)在低滲透油田的應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2019，43（5）：469-473.

[19] 郭海敏.生產(chǎn)測(cè)井導(dǎo)論[M].北京，石油工業(yè)出版社，2003.

[20] 宋秋菊，李國(guó)紅，劉闖，等.NST噪聲測(cè)井塔里木油田的應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2019，43（5）：484-487.

Leakage Detection Technology With Casing Combination Logging and Its Application

1,2,1,1,1,1,1

（1. Production logging Center of PetroChina Logging Co., Ltd., Xi’an Shaanxi 710200, China;2. PetroChina Qinghai Oil Field Exploration and Development Research Institute, Dunhuang Gansu 736202, China）

Casing damage and leakage directly affect the normal production of oil and gas wells, a series of casing damage well treatment and detection have been carried out in domestic oilfields. About determining aspects of effluent points of casing damaged wells, it is difficult to detect the change of flow leakage by a single test method when wellbore fluid does not flow, the remaining oil in the formation is inefficient tapped the potential. How to accurately find out the positions of effluent points and reduce water cut of oil wells is very important. Through turning the way of thinking that changing oil well to water injection, it can accurately determine and identify the positions of effluent points by using production logging combination technology. Combined technological means to plug these effluent points, the effect of precipitation and oil production can be realized. The examples of casing damaged well are showed in some oil areas of Changqing Oil field. Accurate identification of effluent point positions can be gotten about casing damaged wells by production logging combination technology,and they can be also comprehensively and effectively managed, making oil well productivity improved. The application effect of this technology is remarkable at present, logging series and designs are finally formed, also it has the significance of popularization.

Casing damage well; Leakage detection; Production logging; Comprehensive control

2021-03-11

張金海（1986-），男，湖北省大冶市人，工程師，碩士研究生，2014年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)地球探測(cè)與信息專業(yè)，研究方向：油藏區(qū)域評(píng)價(jià)。

TE358.3

A

1004-0935（2021）10-1532-05