油井氣舉可視化找漏技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用

嚴正國，陳博，李冰，霍東凱，曹亢，吳銀川

1.西安石油大學(xué)陜西省油氣井測控技術(shù)重點實驗室（陜西 西安 710065）

2.中國石油長慶油田分公司第六采油廠（陜西 榆林 718606）

3.中國石油集團測井有限公司長慶分公司（陜西 西安 710200）

近年來，隨著油氣田的不斷生產(chǎn)開發(fā)，套管由于外力擠壓、自然老化、化學(xué)腐蝕等多種因素而導(dǎo)致的套管損壞概率大大增加，嚴重影響到油氣開發(fā)效率[1-2]。套管損壞會導(dǎo)致套破點大量出液，造成一些具有生產(chǎn)潛力的油井突然產(chǎn)油量下降，含水率上升，嚴重影響到油井的生產(chǎn)開發(fā)[3]。因此，想要將這類油井恢復(fù)生產(chǎn)，必須對其進行套破井治理。常規(guī)套損井治理分為短效治理和長效治理，短效治理采用封隔器隔采的方法[4]，有效期短，且套管腐蝕、結(jié)垢嚴重時，容易出現(xiàn)封隔失效的情況，嚴重影響到隔采效果。長效治理采用堵漏的方法[5]，將漏點封堵住，使油井恢復(fù)生產(chǎn)，其技術(shù)難點在于精準定位套損井下的漏點。傳統(tǒng)的工程測井無法精準迅速定位漏點，封隔器卡封找漏占井周期長，定位精度低，尤其是遇到套管存在嚴重腐蝕、結(jié)垢或存在套管變形時有效性和成功率低。因此，套破井找漏及精確定位技術(shù)是各大油田套損井治理亟需解決的技術(shù)難題[6]。由于停產(chǎn)狀態(tài)下油井處于壓力平衡狀態(tài)，套破點不出液，井液缺乏流動性，故而靜態(tài)檢測難以準確定位套破點及出水點。鑒于此，本文提出了一種套損井下找漏的檢測方法，運用氮氣氣舉技術(shù)使地層與井筒之間形成壓差，使套破點出液，結(jié)合VideoLog可視化測井技術(shù)，觀察水流及水向標流向，判斷套損井漏點。該技術(shù)在長慶油田得到應(yīng)用，取得了滿意的工程效果。

1 VideoLog井下可視化測井技術(shù)

油氣井下可視化檢測技術(shù)是針對井下惡劣環(huán)境而設(shè)計的井下圖像采集、通信和井下圖像處理的總稱[7]。早期的油氣井可視化檢測技術(shù)稱為“井下電視”，由傳輸介質(zhì)大體上可分為利用測井電纜傳輸圖像的“鷹眼井下電視”[8]和利用光纖傳輸圖像的“光纖井下電視”[9]。“鷹眼井下電視”使用單芯測井電纜傳輸圖像，設(shè)備便攜性強，能夠適應(yīng)大部分井下環(huán)境，但其傳輸圖像幀率低，延遲大，圖像效果不佳?！肮饫w井下電視”使用單模光纖或多模光纖傳輸圖像，所傳輸圖像幀率高，延遲小，但是由于光纖的基本特性，導(dǎo)致井下要求高，可靠性差。而新一代VideoLog油氣井可視化檢測技術(shù)同時兼具“光纖井下電視”視頻的流暢度和“鷹眼井下電視”的高適應(yīng)性，利用普通測井電纜實時傳輸幀率高的彩色圖像，經(jīng)過實際測試，使用長達5 000 m的普通七芯鎧裝測井電纜所能夠達到的傳輸速率高達2 Mbps，是全新一代可視化測井技術(shù)裝備[10]。

2 氣舉可視化找漏技術(shù)

針對井下精確找出漏點的問題，結(jié)合了Video-Log井下可視化測井技術(shù)以及氮氣氣舉工藝，提出了一種氣舉可視化找漏方法，具有實時性高、可靠性強以及效果直觀準確的優(yōu)勢。

2.1 技術(shù)原理

工程中當(dāng)油井產(chǎn)生泄漏時，井筒壓力和地層壓力處于平衡狀態(tài)，井筒內(nèi)液體流動不明顯，通過檢測液體流動確定漏點位置較為困難。論文提出使用橋塞封堵產(chǎn)層（射孔段）后，使用氣舉工藝使井筒內(nèi)部分液體排出，打破井內(nèi)的平衡狀態(tài)，在井筒內(nèi)形成負壓即地層壓力大于井內(nèi)壓力，促使漏點出液，使井筒內(nèi)液體流動明顯，然后使用可視化設(shè)備觀察液體流向，可判斷出漏點位置。

氣舉前地層與井筒壓力平衡，井液流動不明顯，為氣舉可視化找漏作業(yè)，需準備可視化儀器、氮氣車、儲液罐和氣舉管柱等設(shè)備。此時油井工作狀態(tài)如圖1所示，其中可視化地面控制系統(tǒng)為可視化儀器提供電源并實時觀測井下情況；盤根的作用是密封井口，使井下產(chǎn)生密閉空間；制氮車用于提供氣舉時所需的氣體；儲液罐用于儲存氣舉所舉升的井液；氣舉管柱用于回流井液；可視化儀器位于喇叭口下方，負責(zé)采集井下視頻數(shù)據(jù)；水向標用于輔助指示井液流向。

圖1 氣舉可視化技術(shù)示意圖（氣舉前）

如圖2所示，氣舉作業(yè)時隨著氮氣的不斷注入，在壓力作用下，井液將沿氣舉管柱回流到地面的儲液罐中，直到井液液面下降到喇叭口位置，氣舉作業(yè)結(jié)束。此時地層壓力大于井筒內(nèi)壓力，井內(nèi)形成負壓，泄漏點將會有明顯的液體流動。利用可視化儀器觀察喇叭口與橋塞之間井液流動情況，從而判定泄漏點的位置。

圖2 氣舉可視化技術(shù)示意圖（氣舉后）

2.2 理論分析

井下氣舉作業(yè)時，一般將舉通視為氣舉找漏的理想狀態(tài)，而舉通是指氣舉加壓后，喇叭口以上的井液全部通過氣舉管柱排出。氣舉作業(yè)時，想要達到舉通理想狀態(tài)所需的壓力為[11]：

式中：P1為舉通狀態(tài)下所需要的壓力，MPa；H1為下放氣舉管柱的深度，m；ρ為井液的密度，g/cm3。

但是在實際氣舉找漏時，想要達到舉通這種狀態(tài)較為困難，所以將井液能夠盡可能從氣舉管柱排出視為相對舉通理想狀態(tài)，此時所需的壓力為[11]:

式中：P2為井口出液時所需要的氣舉壓力，MPa；D為套管的外徑，m；h1為套管的壁厚，m；d為油管的內(nèi)徑，m；h2為油管的壁厚，m。

當(dāng)氣舉結(jié)束泄壓之前，井液不再由氣舉管柱排出，這時地層壓力與井液所形成一定的壓差，其大小為[12]：

式中：ΔP為壓差，MPa；Q為氣舉過程中井液通過氣舉管柱排出的出液量，m3。

2.3 施工工藝流程

1）通井、洗井。通井作業(yè)能夠保證可視化儀器的可通過性，避免儀器卡在井下難以通過，進而損壞可視化儀器。洗井作業(yè)能夠保證可視化儀器視野通透，為可視化測井打下良好的基礎(chǔ)。

2）驗證氣密性。使用橋塞封堵產(chǎn)層后，把氣舉管柱下放至井下液面約百米處，并加壓驗證井口的密封情況。將制氮車連接到井口單流閥門入口處，閥門出口連接儲液罐，同時安裝井口防噴管及防噴器，防止井噴事故的發(fā)生。儀器設(shè)備全部連接好后加壓10 MPa，保持壓力狀態(tài)下5 min后壓力降不得超過0.5 MPa，以證明井口的氣密性。

3）制造井下負壓。使用氣舉工藝將井液由氣舉管柱排出，存儲在儲液罐中，直到氣舉達到相位舉通理想狀態(tài)，井液不再從氣舉管柱排出，此時井筒內(nèi)產(chǎn)生壓力差，其壓差大小由公式（3）得出。

4）可視化找漏。在井筒內(nèi)壓差狀態(tài)下，即井筒內(nèi)的壓力小于地層附近的壓力，此時打開盤根泄壓，下放可視化儀器。如果油井存在漏點，在壓力作用下，井下漏點逐漸出液，并且在井筒內(nèi)形成流態(tài)，井筒內(nèi)液位回升，在壓力恢復(fù)過程中結(jié)合可視化測井技術(shù)，通過判斷井筒內(nèi)井液或者水向標的流動方向，進而監(jiān)測井下液體的流向，尋找追蹤套損井井下漏點。

3 工程應(yīng)用

為了驗證氮氣氣舉可視化的應(yīng)用效果，在長慶油田選取了某泄漏實驗井進行測試，通過Videolog可視化測井技術(shù)所獲取到的視頻資料以及照片文件，為精確找出井下漏點位置提供了客觀有利的依據(jù)。

3.1 應(yīng)用實例

長慶油田某泄漏實驗井，2019年8月2日含水由34.6%突升至100%，初步判斷分析該井存在套破。擬對該井開采層實施井下氣舉可視化找漏技術(shù)，通過該技術(shù)找出水層位及漏點，為下一步堵漏措施提供客觀依據(jù)。

3.2 施工工程

等待通井、洗井完成后，使用橋塞堵住產(chǎn)層，將氣舉管柱下放至合理位置，加壓驗漏。待驗漏標準通過后，對油井安裝井口設(shè)備并試壓井口密封情況。

將可視化儀器從0 m開始以600 m/h的速度勻速下至1 280 m喇叭口位置開始氣舉。根據(jù)井筒的各項數(shù)據(jù)，結(jié)合式（2）得出，施工時氮氣舉通壓力應(yīng)控制在11.2 MPa，持續(xù)氣舉直到出口不再有井液排出時停止氣舉。此時打開盤根泄壓，在泄壓過程中，控制可視化儀器從喇叭口勻速下放至橋塞位置，并控制可視化儀器的下入速度小于20 m/min。觀察井壁套管破損情況的同時觀察井液流向和水向標飄動方向，進而監(jiān)測井液流向?？梢暬瘷z測井段為1 280～1 880 m，喇叭口—橋塞。

3.3 結(jié)果分析

通過可視化儀器從喇叭口到橋塞位置所拍攝的視頻圖像，發(fā)現(xiàn)井液中的絮流和水向標在1 378.342 m處井液向上流動，如圖3所示。將可視化儀器繼續(xù)下放，發(fā)現(xiàn)在1 379.145 m處存在異常湍急旋渦狀水流，水向標橫向飄動，如圖4所示，初步判斷此處存在漏點。

圖3 漏點上方表現(xiàn)圖

圖4 湍急旋渦狀水流圖（漏點）

接著再下放可視化儀器，靜止觀察，發(fā)現(xiàn)下方（1 380.346 m）井液無明顯流動性，如圖5所示。懸停儀器觀察5 min后繼續(xù)下放可視化儀器，尋找下一個漏點位置。

圖5 漏點下方表現(xiàn)圖

最后等待井筒內(nèi)壓力恢復(fù)平衡狀態(tài)，觀察視頻圖像，驗證之前判斷的漏點位置（1 379.145 m）是否有套破點。圖6為壓力平衡狀態(tài)下套損漏點圖，由于井筒內(nèi)壓力恢復(fù)平衡狀態(tài)，井液不再流動，井液在不斷沖刷井下漏點，所以漏點附近井液清晰，通過觀察，發(fā)現(xiàn)井壁存在套破點（1 379.087 m），結(jié)合壓力差狀態(tài)下的異常湍急旋渦狀水流和井筒壓力平衡狀態(tài)下的視頻圖像，確認該段（1 378～1 380 m）為套破出水段。

圖6 油井套損漏點圖（壓力平衡）

4 結(jié)論

本文將氮氣氣舉技術(shù)和VideoLog可視化測井技術(shù)相結(jié)合，提出了一種井下套管找漏的方法。通過分析判斷長慶油田氮氣可視化找漏視頻圖像，能夠得出以下幾條結(jié)論：

1）在壓力不平衡狀態(tài)下，通過井液和水向標方向判斷出井液流動，若井液向上流動則說明井下漏點在下方。

2）在壓力不平衡狀態(tài)下，井筒內(nèi)的井液呈現(xiàn)出紊流狀或者旋渦狀，則說明此處存在漏點。

3）在壓力不平衡狀態(tài)下，當(dāng)可視化儀器懸停時，井液和水向標沒有流動性則說明下方不存在出水點。

4）壓力平衡狀態(tài)下，由于水流的不斷沖刷，漏點位置清晰可見，可以作為驗證漏點的有利證據(jù)。

經(jīng)由長慶油田的實際應(yīng)用得出，氣舉可視化找漏是一種準確高效的油井套破找漏技術(shù)，具備應(yīng)用和推廣價值，同時也為類似油井找漏提供了技術(shù)指導(dǎo)和實際經(jīng)驗。