陳永昌 魏 鵬 王 靜 李 碩

(1.中國(guó)石油測(cè)井有限公司華北分公司，河北 062552；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第四采油廠，河北 065006)

1 電纜控制分層測(cè)試技術(shù)原理

電纜控制分層測(cè)試技術(shù)，井下開(kāi)關(guān)可隨時(shí)由地面發(fā)送命令來(lái)控制其打開(kāi)或關(guān)閉；不使用電池，沒(méi)有工作時(shí)間的限制；壓力數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳送到地面系統(tǒng)；配合網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)的功能。該項(xiàng)技術(shù)可以廣泛地應(yīng)用于常規(guī)油氣井、煤層氣及其他非常規(guī)油氣井的多層合采過(guò)程中的快速分層測(cè)試。

用封隔器將油層或煤層射孔段分隔開(kāi)，每一段安裝開(kāi)關(guān)和壓力計(jì)，用電纜將井下每一個(gè)層的開(kāi)關(guān)和壓力計(jì)連接到一起，并且最終與地面儀器連接，地面儀器通過(guò)發(fā)送命令可以控制任意一個(gè)開(kāi)關(guān)的打開(kāi)或關(guān)閉(圖1)。如果選擇測(cè)試第一段，需要打開(kāi)第一段的開(kāi)關(guān)，關(guān)閉其它各段的開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟抽油機(jī)，待產(chǎn)量穩(wěn)定后計(jì)量產(chǎn)液量、產(chǎn)氣量和含水率。關(guān)閉開(kāi)關(guān)，記錄壓力恢復(fù)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理得可以獲得地層有效滲透率、表皮系數(shù)等參數(shù)。測(cè)試第二段的程序與測(cè)試第一段相同，只不過(guò)這時(shí)需要關(guān)閉其它層段，僅對(duì)第二段的開(kāi)關(guān)進(jìn)行打開(kāi)和關(guān)閉的動(dòng)作，同時(shí)記錄第二段的壓力恢復(fù)數(shù)據(jù)。其它層段的測(cè)試以此類推。

圖1 電纜分層測(cè)試原理圖

2 施工過(guò)程

電纜控制分層測(cè)試需要兩次下入管柱。第一趟管柱為丟手管柱，它由若干個(gè)封隔器、開(kāi)關(guān)壓力儀器、油管和一個(gè)丟手構(gòu)成，該管柱中丟手為投球式打壓式丟手，封隔器為過(guò)線封隔器。電纜將每一段的開(kāi)關(guān)和壓力儀器連接到儀器，管柱下入過(guò)程中同時(shí)下入了電纜，在丟手上面適當(dāng)位置(井斜小于50°)連接一根校深油管短接。管柱下入過(guò)程中需要將開(kāi)關(guān)全部打開(kāi)，當(dāng)管柱下到預(yù)定位置后校深并調(diào)整管柱。關(guān)閉所有開(kāi)關(guān)，井口打壓使封隔器坐封。確定封隔器坐封后，投球打壓使丟手脫開(kāi)，觀察油套環(huán)空是否有液體返出可以確定丟手是否脫開(kāi)，確定丟手脫開(kāi)后提出丟手以上的管柱。

第二趟管柱為生產(chǎn)管柱，由采油泵和油管構(gòu)成，該管柱的下入深度應(yīng)小于丟手深度。生產(chǎn)管柱下完后，在油管內(nèi)下入抽油桿，安裝抽油機(jī)就可以進(jìn)行測(cè)試。管柱下入過(guò)程中始終要觀察下井儀器工作情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)停止作業(yè)查找原因。

3 技術(shù)改進(jìn)

3.1 創(chuàng)立了用壓力計(jì)算流量的方法

壓差流量計(jì)存在漂移，渦輪流量計(jì)容易損壞，就采用壓力計(jì)算流量。根據(jù)滲流理論，指示曲線的表達(dá)式為：

Q=J(ΔP)n=J(PR-Pwf)n

式中：Q為產(chǎn)量(或注入量)；J為采油指數(shù)；n為滲流指數(shù)(0.5≤n≤1)；ΔP為生產(chǎn)壓差；PR為地層壓力；Pwf為井筒流壓。

通常情況下，我們所應(yīng)用的指示曲線為線性段，即n=1。此時(shí)，Q=J(ΔP)=J(PR-Pwf)

通過(guò)控制產(chǎn)液量(或注入量)并且測(cè)量流量和流壓，得到井筒流壓為Pwf1時(shí)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量為Q1；井筒流壓Pwf2時(shí)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量為Q2。于是，

Q1=J(ΔP1)=J(PR-Pwf1)

Q2=J(ΔP2)=J(PR-Pwf2)

由此得到：

當(dāng)井筒附近的流壓為Pwf時(shí)，流量為：

Q=J(ΔP)=J(PR-Pwf)

(1)

式中，Pwf1、Q1、Pwf2、Q2都是試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，因此通過(guò)測(cè)量井筒附近的流壓Pwf就可以由上式求得流量Q。

3.2 去掉二次對(duì)接工藝

現(xiàn)用的電纜控制分層測(cè)試需要二次對(duì)接。其原理是，第一趟管柱上面有一個(gè)母插座，第二趟管柱下面有一個(gè)公插頭，第二趟管柱與第一趟管柱對(duì)接后，也就是公、母插頭座對(duì)接后電纜才能接通。實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)二次對(duì)接經(jīng)常失敗，影響了作業(yè)成功率。本項(xiàng)工藝用電纜從最上一段的開(kāi)關(guān)及壓力計(jì)一直連到井口，避免了二次對(duì)接的問(wèn)題。

3.3 用常規(guī)封隔器實(shí)現(xiàn)過(guò)線的功能

本技術(shù)沒(méi)有采用特制的過(guò)線封隔器，而是在常規(guī)封隔器的上下兩端各加裝一個(gè)電纜密封接頭從而解決了封隔器的過(guò)線問(wèn)題。這樣就省去了特制封隔器的設(shè)計(jì)，可以選用成熟的、性能好的封隔器。我們所使用的封隔器是耐壓35MPa、帶錨的逐級(jí)解封封隔器，由于封隔器自帶錨，所以第一趟不需要單獨(dú)連接金屬錨。

3.4 新型分層測(cè)試管柱結(jié)構(gòu)有利于打撈

現(xiàn)用的電纜控制分層測(cè)試管柱管內(nèi)有的部位有儀器，有的部位有母插座，這些部位一旦落井很難打撈。新型電纜控制分層測(cè)試管柱內(nèi)通徑為62mm或50mm，一旦出現(xiàn)管柱落井事故，可以使用打撈錨打撈。

3.5 井下開(kāi)關(guān)采用了壓力平衡設(shè)計(jì)

現(xiàn)用的井下開(kāi)關(guān)當(dāng)壓差超過(guò)15MPa時(shí)，很難打開(kāi)或關(guān)閉。本項(xiàng)研究設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)由于采用了壓力平衡結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)的打開(kāi)或關(guān)閉不受壓差的限制，實(shí)際試驗(yàn)壓差為60MPa時(shí)開(kāi)關(guān)工作正常，該項(xiàng)創(chuàng)新已取得專利。

3.6 小直徑四通接頭設(shè)計(jì)

每一段都有壓力計(jì)、開(kāi)關(guān)兩根引線，還有向上和向下的兩條線，為了將這4根線連接在一起又要與外界絕緣，需要有一個(gè)四通接頭。我們研制的四通接頭直徑僅為22mm，可以放置在油管外面，從而讓出油管內(nèi)部的通道用于測(cè)試或打撈。

4 施工風(fēng)險(xiǎn)及削減措施

4.1 擠傷電纜

該項(xiàng)技術(shù)中油管外面自下而上都有電纜，如果施工不當(dāng)或缺乏保護(hù)措施在油管下放或上提過(guò)程中很容易擠傷電纜，從而導(dǎo)致電纜短路或絕緣破壞。管柱下入或上提過(guò)程中至關(guān)重要的是，始終要保持電纜有一定的張力。最好采用具有隨動(dòng)功能的絞車，如果采用常規(guī)絞車，絞車工一定要隨著油管的下入和上提操作絞車，并且始終保持電纜被拉直，不能使電纜堆積。否則可能擠傷電纜或造成管柱遇卡。

為了保護(hù)電纜，丟手以下每個(gè)接箍上都安裝電纜保護(hù)卡子，最好將丟手設(shè)計(jì)在井斜40°以上的位置，丟手之上要連接油管扶正器。為了防止第一趟管柱起出時(shí)電纜纏繞油管，下管柱時(shí)每隔500m要安裝一個(gè)油管扶正器。

管柱上下過(guò)程中，井口部分的電纜容易被碰傷，因此需要在井口安裝電纜保護(hù)器。

4.2 儀器故障

井下開(kāi)關(guān)和壓力計(jì)需要在井下高溫高壓的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，因此要求儀器必須具備較高的可靠性。下井前必須對(duì)儀器進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，地面上需要對(duì)儀器進(jìn)行溫度壓力試驗(yàn)，并且要對(duì)儀器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間通電檢查，有條件的情況下最好對(duì)儀器進(jìn)行下井試驗(yàn)。

4.3 砂卡管柱

對(duì)于出砂的井建議采用桿式泵，采用一趟管柱將井下開(kāi)關(guān)、封隔器、桿式泵支撐座下入井內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的控制和壓力數(shù)據(jù)的傳輸，電纜同樣從最下面一個(gè)開(kāi)關(guān)連接到井口，管柱下到預(yù)定位置后通過(guò)地面打壓使封隔器坐封。在油管內(nèi)下入桿式泵和抽油桿，地面面板控制井下開(kāi)關(guān)的打開(kāi)或關(guān)閉，從而進(jìn)行分層測(cè)試。

由于第一個(gè)封隔器以上油管內(nèi)外是隔離的，因此第一個(gè)封隔器以上不可能產(chǎn)生積砂，為了防止下面的封隔器被砂卡，采取了以下措施。

(1)開(kāi)關(guān)直接與下面的封隔器連接，減少封隔器之上的積砂。

(2)封隔器上端設(shè)計(jì)了安全接頭，一旦封隔器砂卡，可以提出安全接頭以上的部分進(jìn)行沖砂。

(3)封隔器的膠筒緊靠封隔器上端。

(4)采用逐級(jí)解封封隔器。

5 分層測(cè)試主要用途

5.1 測(cè)量各層段地層壓力、溫度

電纜控制分層采油采氣工藝中每一段都安裝了壓力計(jì)和溫度計(jì)，因此當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉并且穩(wěn)定一個(gè)時(shí)期后，就可以準(zhǔn)確求取該段的壓力和溫度數(shù)據(jù)。例如，馬XX井共分了四段。四段的溫度和壓力數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 馬XX井各段溫度和壓力

5.2 求取各層段滲流參數(shù)

對(duì)于任意一個(gè)層段生產(chǎn)一段時(shí)間后，關(guān)閉開(kāi)關(guān)記錄壓力恢復(fù)曲線。通過(guò)對(duì)壓力曲線的擬合處理可以求取地層有效滲透率、表皮系數(shù)、井筒儲(chǔ)存系數(shù)、流動(dòng)系數(shù)和邊界等參數(shù)。

5.3 提供合適的工作制度

合采情況下，通過(guò)改變油井的工作制度可以求得每一種工作制度下各層段的壓力，再根據(jù)公式(1)可以計(jì)算出合采時(shí)每一層段的產(chǎn)液量。表2是趙X-8井在工作制度為3.5(次/分/5m)情況下分層生產(chǎn)時(shí)得到的數(shù)據(jù)，表3是該井合采變工作制度下測(cè)量和計(jì)算得到的數(shù)據(jù)。

表2 趙X-8井分層壓力及產(chǎn)液量

表3 趙X-8井不同工作制度下分層壓力及產(chǎn)液量

從表3可以看出，在工作制度為3.2(次/分/5m)情況下上層的產(chǎn)量?jī)H為0.8m3/d。當(dāng)工作制度調(diào)整為2.1(次/分/5m)情況下上層出現(xiàn)了倒灌的現(xiàn)象。為了使合采時(shí)兩層都有貢獻(xiàn)，建議此井的最小工作制度為3.2(次/分/5m)。

5.4 搞清分層測(cè)試井與注水井間的連通情況

通過(guò)在分層測(cè)試井周圍的注水井中停止注水、開(kāi)始注水和改變注水量，記錄分層測(cè)試井的壓力曲線可以確定注水井與測(cè)試井的連通情況等信息。趙X-8井是一口分層測(cè)試的井，趙X-5井是一口相鄰的注水井。通過(guò)在趙X-5井改變注入量，得到趙X-8井上下層的壓力曲線如圖2、圖3所示。趙X-5井注水流程為：注水200m3/d→停止注水→注水150m3/d→停止注水→注水100m3/d→停止注水→注水50m3/d→停止注水。

圖2 趙X-8井上層壓力曲線

圖3 趙X-8井下層壓力曲線

由圖2、圖3得出如下結(jié)論。

(1)隨著趙X-5井注水的變化，趙X-8兩個(gè)層段壓力均有相應(yīng)的變化，因此兩口井具有很好的連通性。

(2)上部層段干擾波要強(qiáng)于下部層段。上部層段在激動(dòng)量小于100m3/d，壓力響應(yīng)值明顯減小。而當(dāng)激動(dòng)量為50m3/d時(shí)，上層的響應(yīng)僅為150m3/d時(shí)的1/10(0.025MPa)，這表明趙X-5井的注水量至少要大于50m3/d時(shí)，才能使油井趙X-8井受效。