秦羽喬 石文睿 石元會(huì) 張志華 葛 華

1.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院2.中國(guó)石化江漢石油工程有限公司測(cè)錄井公司

涪陵頁(yè)巖氣田水平井產(chǎn)氣剖面測(cè)井技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)

秦羽喬1石文睿1石元會(huì)2張志華2葛 華2

1.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院2.中國(guó)石化江漢石油工程有限公司測(cè)錄井公司

四川盆地涪陵頁(yè)巖氣田水平井具有水平段長(zhǎng)、產(chǎn)氣量高的特點(diǎn)，為了了解水平井各壓裂段的動(dòng)態(tài)產(chǎn)氣能力、認(rèn)識(shí)返排規(guī)律以及確定單井最佳生產(chǎn)工作制度，實(shí)現(xiàn)氣田低成本高效開(kāi)采，利用流體掃描成像測(cè)井儀（FSI），采用牽引器或光纖連續(xù)油管輸送工藝，對(duì)25口重點(diǎn)井進(jìn)行了連續(xù)產(chǎn)氣剖面測(cè)井試驗(yàn)和資料解釋評(píng)價(jià)研究。結(jié)果表明：①牽引器或光纖-連續(xù)油管能將測(cè)井儀器安全高效地輸送至井底，滿足測(cè)井施工要求；②同一口頁(yè)巖氣井的相同或相似層段，各壓裂段的產(chǎn)氣能力存在較大差別；③C井在日產(chǎn)氣20×104m3的工作制度下，頁(yè)巖氣井滯留地層中的壓裂液無(wú)返排現(xiàn)象，而在日產(chǎn)氣29×104m3的工作制度下，滯留地層中的壓裂液返排量明顯增加，并影響部分壓裂段生產(chǎn)。研究成果被用來(lái)指導(dǎo)氣田單井工作制度的制定。

頁(yè)巖氣水平井產(chǎn)氣剖面測(cè)井多相流動(dòng)光纖-連續(xù)油管傳輸爬行器FSI測(cè)井儀

四川盆地涪陵頁(yè)巖氣田是迄今國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn)并投入開(kāi)發(fā)的大型非常規(guī)氣田，水平井鉆井和水平段分段壓裂是頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)的主要方式[1-4]，了解和掌握各壓裂段的流體產(chǎn)出情況，確定臨界攜液流量和最佳生產(chǎn)工作制度，對(duì)氣田的開(kāi)發(fā)和合理配產(chǎn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的產(chǎn)出剖面測(cè)井技術(shù)，在應(yīng)用于水平井時(shí)會(huì)面臨較大的困難[5-10]：①水平井段多相流流態(tài)復(fù)雜，以分層流動(dòng)為主，油氣水之間存在滑脫現(xiàn)象[11-14]，尤其在低流量情況下，井斜對(duì)流態(tài)的影響程度更為強(qiáng)烈，傳統(tǒng)產(chǎn)出剖面的測(cè)井儀器在井筒中為居中測(cè)量，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量和評(píng)價(jià)水平段復(fù)雜的分層流動(dòng)情況；②水平井井眼軌跡和井身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的測(cè)井儀器組合很難在水平井中順利實(shí)現(xiàn)工具串的起下與測(cè)量，也難以保證穩(wěn)定合理的測(cè)速。

為了實(shí)現(xiàn)四川盆地涪陵頁(yè)巖氣田水平井產(chǎn)氣剖面測(cè)量，采用Sondex電纜牽引器或光纖-連續(xù)油管輸送流體掃描成像測(cè)井儀（以下簡(jiǎn)稱為FSI）施工技術(shù)，在多口水平井中進(jìn)行了多相流流態(tài)測(cè)量試驗(yàn)并取得了較好的應(yīng)用效果。

1 測(cè)井儀器傳輸技術(shù)

1.1 光纖-連續(xù)油管傳輸

光纖-連續(xù)油管傳輸方式是將測(cè)井光纖穿入連續(xù)油管中，并配備相關(guān)的工具和接頭，末端與測(cè)井儀器連接，采用連續(xù)油管地面裝備，依靠連續(xù)油管自身的鋼度和韌性將井下測(cè)井儀器送到水平井的目的井段進(jìn)行測(cè)試。與其他硬線傳輸介質(zhì)相比，玻璃纖維以光脈沖的形式傳播信號(hào)，傳輸速度更快且不受電磁干擾。共有四根光纖：兩根用于與傳感器通信，一根用于測(cè)量溫度，另一根作為備用。這些光纖被封閉在柔性鉻鎳鐵合金鋼制保護(hù)套內(nèi)，該保護(hù)套與光纖都通過(guò)連續(xù)油管滾筒下入到位于連續(xù)油管管柱末端的工具頭中。光纖保護(hù)套的外徑只有1.8 mm，對(duì)連續(xù)油管內(nèi)截面的影響幾乎可以忽略不計(jì)，因此不會(huì)對(duì)泵速產(chǎn)生影響，而且，重量非常輕，只相當(dāng)于一段同等長(zhǎng)度單芯電纜重量的1/20。

圖1 井下?tīng)恳鲗?shí)物圖

1.2 爬行器輸送

Sondex牽引器是一種輪式爬行器（圖1），可用于套管完井的水平井。工作時(shí)由地面控制器發(fā)出指令，井下儀器中的輔助電機(jī)控制爬行器的兩組四支驅(qū)動(dòng)輪的張開(kāi)，使驅(qū)動(dòng)輪緊緊壓在套管壁上行走，從而完成對(duì)測(cè)井儀器的牽引工作，通過(guò)改變供電電壓可調(diào)節(jié)爬行器的牽引速度。它具有牽引力大、操作簡(jiǎn)便、深度控制準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

2 水平井多相流動(dòng)測(cè)量?jī)x器

FSI是斯倫貝謝公司特別為大斜度井、水平井和近水平井而開(kāi)發(fā)的。儀器組合包括：一個(gè)儀器臂上有4個(gè)微轉(zhuǎn)子流量計(jì)，測(cè)量流動(dòng)速度剖面；另一個(gè)臂上有5個(gè)電子探針和5個(gè)光學(xué)探針（圖2），分別測(cè)量局部的持水率和持氣率。另外，儀器殼體上還有第5個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和第6對(duì)電子探針和光學(xué)探針，測(cè)量井筒底端的流動(dòng)。所有傳感器的測(cè)量是同時(shí)在相同深度上進(jìn)行的。

圖2 FSI流體掃描成像測(cè)井儀示意圖

FSI為偏心儀器，測(cè)量時(shí)儀器主體位于井筒的底端，測(cè)量臂可展開(kāi)，最大可到井筒的內(nèi)直徑，像井徑儀一樣，提供計(jì)算流動(dòng)速率所需要的井筒內(nèi)全范圍測(cè)量。

FSI具有較小的外徑，僅為42.9 mm，測(cè)量的井眼范圍為73.0～228.6 mm，可用光纖-連續(xù)油管或爬行器輸送。該儀器長(zhǎng)度較短，為4.9 m，對(duì)狗腿度嚴(yán)重的井非常理想。當(dāng)需要更短的儀器串時(shí)，可把控制測(cè)量臂開(kāi)合的液壓短節(jié)1.2 m去掉。儀器可在溫度150°C和壓力103 MPa條件下工作（表1）。

表1 FSI-1000型產(chǎn)氣剖面測(cè)井儀技術(shù)指標(biāo)

FSI也可與PSP生產(chǎn)測(cè)井平臺(tái)和其他套管井測(cè)井儀器組合。

FSI具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）獲取多相流速度剖面

因?yàn)镕SI測(cè)量沿井筒直徑方向的速度剖面，它可測(cè)量到單個(gè)居中轉(zhuǎn)子測(cè)不出的速度變化。并且可測(cè)量混合和分層流態(tài)，包括多相流水平井中氣相流速的獨(dú)立測(cè)量。FSI甚至可以探測(cè)到井下水相的循環(huán)流動(dòng)。5個(gè)微型轉(zhuǎn)子中的每一個(gè)可直接測(cè)量到流經(jīng)其位置的流體速度，從而計(jì)算多相流速度剖面。

2）從水中辨別油氣

FSI通過(guò)6個(gè)低頻探針測(cè)量流體阻抗來(lái)探測(cè)水。因?yàn)樗畬?dǎo)電，但油氣導(dǎo)電性差，設(shè)定一個(gè)門限值可使儀器能辨別出油氣和水。當(dāng)連續(xù)水相中的油滴或氣泡，或連續(xù)油氣相的水滴接觸到探針針尖時(shí)，探針會(huì)產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)。根據(jù)電路接通的時(shí)間可計(jì)算出持水率，持水率剖面精確地表現(xiàn)了井筒內(nèi)的流態(tài)。

3）從液體中辨別氣

常規(guī)低頻探針僅能從油氣中辨別水，但FSI配備了用于氣檢測(cè)的光學(xué)探針。6個(gè)GHOST持氣率光學(xué)探針對(duì)流體的光學(xué)折射系數(shù)敏感。已知?dú)獾恼凵渎式咏?，水的約為1.35，原油的是1.5。因?yàn)橛秃退哂邢嘟牧黧w光學(xué)折射系數(shù)，所以光學(xué)探針被用來(lái)從液體中辨別出氣體。從原始數(shù)據(jù)中也可得到氣泡計(jì)數(shù)，用來(lái)確定第一個(gè)產(chǎn)氣點(diǎn)的位置。光學(xué)探針的持氣率測(cè)量不需要刻度，因?yàn)槠湫盘?hào)是二進(jìn)制的。

3 水平井多相流動(dòng)測(cè)量原理

光纖探針持氣率測(cè)量是基于油氣水三相流中氣相中的氣體和液相中的油、水對(duì)光的折射率不同，當(dāng)光纖探針接觸三相流體中的氣體時(shí)，光在光纖探針上產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，光線返回到傳感器接收端，輸出高電平；當(dāng)光纖探針接觸到三相中的水或油時(shí)，因?yàn)榻橘|(zhì)折射率增大，致使全反射的臨界角增大，光線折射入水或油相中，不滿足全反射條件，傳感器輸出低電平。傳感器輸出電平的寬度表示氣的大小，實(shí)時(shí)采集傳感器輸出脈沖并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)光纖探針中傳輸光強(qiáng)反映到探測(cè)器的次數(shù)及脈沖寬度可計(jì)算出持氣率值。

光學(xué)探針和電探針結(jié)合在一起，可提供同一深度三相持率的數(shù)據(jù)。水持率計(jì)算為：Yw=低信號(hào)時(shí)間/總時(shí)間；氣體持率：Yg=高信號(hào)時(shí)間/總時(shí)間。

4 應(yīng)用試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)一：評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣藏含氣特征及產(chǎn)能

A井是位于南涪陵地區(qū)的一口評(píng)價(jià)井，井深3 654.0 m，井斜88.0°，水平段長(zhǎng)1 008.0 m。測(cè)試目的：系統(tǒng)評(píng)價(jià)涪陵地區(qū)志留系龍馬溪組頁(yè)巖氣含氣特征及產(chǎn)能。

采用爬行器輸送FSI儀器方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。分別在6×104m3/d、9×104m3/d和12×104m3/d的穩(wěn)定產(chǎn)氣量情況下，以6 m/min測(cè)速?gòu)木? 600.0 m處開(kāi)始下行測(cè)量并采集數(shù)據(jù)，直到井底3 550.0 m。關(guān)閉爬行器，以15 m/min速度上提電纜上行測(cè)量。在地面的計(jì)量產(chǎn)氣量為6×104m3/d的生產(chǎn)制度下，水平井剖面測(cè)試過(guò)程中，儀器受井下復(fù)雜條件影響較大，部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失。將FSI儀器提出井筒，發(fā)現(xiàn)儀器中夾雜著大塊雜物，轉(zhuǎn)子已經(jīng)損壞，一些探針也遭到破壞，說(shuō)明井下條件非常惡劣。取得的資料解釋結(jié)果如下（圖3）：

（1）從產(chǎn)氣剖面解釋結(jié)果來(lái)看，按壓裂級(jí)段，主要貢獻(xiàn)是12～15段，占總產(chǎn)氣量90%，2～11段貢獻(xiàn)小，產(chǎn)氣量?jī)H占10%。36個(gè)射孔簇，13個(gè)沒(méi)有產(chǎn)量，有效率為64%，其中井段2 769.0～2 770.0 m的射孔簇貢獻(xiàn)了31.7%

（2）地面產(chǎn)微量水，但在井下斜井段發(fā)現(xiàn)有水回流現(xiàn)象，水平段積液較多。

4.2 試驗(yàn)二：評(píng)價(jià)各井段壓裂生產(chǎn)能力

B井是位于涪陵地區(qū)的一口頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)井，井深4 350.0 m，完鉆層位為志留系下統(tǒng)龍馬溪組，井底井斜89.8°，水平段長(zhǎng)1 500.0 m。

為了解該井各井段的產(chǎn)出情況，評(píng)價(jià)各井段壓裂后的生產(chǎn)貢獻(xiàn)情況，為后續(xù)各井的軌跡優(yōu)化、分段壓裂參數(shù)優(yōu)化、射孔井段優(yōu)選提供依據(jù)，采用φ50.8 mm光纖-連續(xù)油管攜帶FSI對(duì)目的層段進(jìn)行產(chǎn)氣剖面測(cè)試。開(kāi)井至27×104m3/d的穩(wěn)定產(chǎn)氣量狀態(tài)，進(jìn)行了一次下測(cè)和一次上測(cè)，測(cè)試井段為2751.0～3 525.0 m（壓裂段9～15段）。測(cè)試過(guò)程中，儀器下放多次遇阻，兩次通井之后打撈筒內(nèi)撈出較多的卡瓦碎屑、膠皮和泥沙。

圖3 A井FSI測(cè)井解釋成果圖

根據(jù)FSI上測(cè)、下測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，采用相應(yīng)的水平井滑脫模型以及流速校正因子，利用MPT多傳感器處理模塊，計(jì)算出油相和水相在每個(gè)深度的產(chǎn)量。參考地面估算產(chǎn)氣量為27×104m3/d。本井為內(nèi)徑118 mm的油層套管射孔完井，共壓裂15段，但測(cè)試段為第9～15壓裂段，數(shù)據(jù)解釋時(shí)按7個(gè)壓裂段/21個(gè)射孔簇進(jìn)行，并根據(jù)5個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的響應(yīng)，利用持水率探針讀值，解釋結(jié)果如圖4所示。

應(yīng)用MPT計(jì)算產(chǎn)氣剖面結(jié)果如下：

1）當(dāng)?shù)孛鏈囟葹?4℃時(shí)，產(chǎn)氣量為270745.6m3/d。

圖4 B井FSI產(chǎn)氣剖面測(cè)井解釋成果圖

2）在產(chǎn)氣量為27×104m3/d的制度下，第9～15段，所有壓裂段均有氣體貢獻(xiàn)。

3）第9壓裂段以下產(chǎn)氣貢獻(xiàn)占全井產(chǎn)量的60.13%。

4）第9～15壓裂段只產(chǎn)氣，不產(chǎn)水。

4.3 試驗(yàn)三：評(píng)價(jià)氣井產(chǎn)能以確定合理工作制度

C井是部署在涪陵地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組下部頁(yè)巖氣層的一口評(píng)價(jià)井。井深4 245.0 m，井底井斜89.7°，水平段長(zhǎng)1 344.1 m。

采用φ50.8 mm光纖-連續(xù)油管攜帶FSI測(cè)井儀對(duì)目的層段2 836.0～4 207.0 m進(jìn)行產(chǎn)氣剖面測(cè)井，評(píng)價(jià)不同工作制度下的產(chǎn)氣情況以及氣井產(chǎn)能，確定合理工作制度，指導(dǎo)氣井合理配產(chǎn)。

開(kāi)井至20×104m3/d的穩(wěn)定產(chǎn)氣量狀態(tài)，組合儀器串以8 m/min速度下行測(cè)量到井深4 188.0 m處，然后以15 m/min速度上行測(cè)量到2 802.0 m。分析數(shù)據(jù)后，又以10 m/min速度下行測(cè)量到4 188.0 m附近。上提儀器至2 802.0 m，在上提過(guò)程中，調(diào)整產(chǎn)量到30× 104m3/d，并穩(wěn)產(chǎn)，再次將組合儀器串以10 m/min速度下行測(cè)量到4 188.0 m附近，然后以15 m/min速度上行測(cè)量到井深2 802.0 m。以此獲得了兩種工作制度下的測(cè)井產(chǎn)氣剖面（圖5）。

圖5 兩種工作制度下C井產(chǎn)出剖面測(cè)井解釋成果對(duì)比圖

解釋結(jié)果：

1）射開(kāi)井段產(chǎn)出貢獻(xiàn)大小相對(duì)均勻，在兩種生產(chǎn)制度下，各產(chǎn)層產(chǎn)出差異小。

2）30×104m3/d的生產(chǎn)制度下，第一主產(chǎn)氣層為第6段，產(chǎn)氣量為4.14×104m3/d，占總產(chǎn)量的13.8%；第7段產(chǎn)水4.02 m3/d。

3）20×104m3/d的生產(chǎn)制度下，第一主產(chǎn)氣層為第12段，產(chǎn)氣2.85×104m3/d，占總產(chǎn)氣量的14.19%；不產(chǎn)水。

4）30×104m3/d的生產(chǎn)制度對(duì)下部6～9段儲(chǔ)層開(kāi)采較為有利；20×104m3/d的生產(chǎn)制度對(duì)中部11～14段儲(chǔ)層開(kāi)采較為有利。

5）水平段井斜均小于90°，井下有積液，流動(dòng)中存在積液的回流現(xiàn)象；20×104m3/d的生產(chǎn)制度積液更多，回流現(xiàn)象更明顯。

5 結(jié)論

1）對(duì)于套管完井的水平井產(chǎn)氣剖面測(cè)井作業(yè)，爬行器和光纖-連續(xù)油管傳輸是目前最佳傳輸方式。為了保證FSI儀器在井下正常工作，取全取準(zhǔn)資料，測(cè)試前要反復(fù)循環(huán)洗井，將殘屑徹底清除出井筒要確保井筒干凈。

2）FSI通過(guò)集成多個(gè)渦輪和傳感器，可同時(shí)測(cè)量水平井流動(dòng)截面上不同深度的流速及各相持率，解決了常規(guī)測(cè)井儀器在水平井或斜井中出現(xiàn)性能指標(biāo)下降及響應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生縱向片面性等問(wèn)題。同時(shí)，不同傳感器測(cè)量得到的同一水平井流動(dòng)截面的不同目標(biāo)參數(shù)，極大地簡(jiǎn)化了水平井產(chǎn)出剖面測(cè)井解釋的算法和難度，提高了解釋精度。

3）通過(guò)產(chǎn)氣剖面測(cè)試能夠了解各壓裂層段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)情況，檢測(cè)井筒中流體的分布流態(tài)，確定氣井的最佳工作制度，對(duì)氣井配產(chǎn)具有參考作用。

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（修改回稿日期 2016年10月16日 編輯 陳玲）

國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”（編號(hào)：2016ZX05038-006）、中國(guó)石化集團(tuán)公司科技攻關(guān)項(xiàng)目“涪陵頁(yè)巖氣水平井產(chǎn)能預(yù)測(cè)測(cè)井方法研究”（編號(hào)：JP14042）。

秦羽喬，1991年生，長(zhǎng)江大學(xué)地球物理勘探專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌馓锟碧脚c開(kāi)發(fā)。地址：（430100）武漢市蔡甸區(qū)大學(xué)路特1號(hào)。電話：18972618036。E-mail:qinyuqiao@163.com