張友義,劉 猛,王 鑫,王 芹
國(guó)內(nèi)外分層連續(xù)試油技術(shù)方案研究
張友義1,劉 猛1,王 鑫2,王 芹1
(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京100083;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)公司,天津300452)①
針對(duì)一井多層試油時(shí)合層試油與上返試油中存在的問(wèn)題;分析了提高分層試油比例的必要性。闡述了一次管柱多層射孔測(cè)試聯(lián)作技術(shù);電子智能閥分層測(cè)試技術(shù);井下;一次起下作業(yè)無(wú)線傳輸多層測(cè)試系統(tǒng);一井多層測(cè)試注入生產(chǎn)系統(tǒng);不動(dòng)管柱多層壓裂及排液一體化管柱;碳酸鹽巖分層測(cè)試酸壓完井體化管柱等國(guó)內(nèi)外分層連續(xù)試油技術(shù)的工藝原理及優(yōu)缺點(diǎn),得出了應(yīng)加快推廣先進(jìn)適用的分層連續(xù)試油技術(shù)、探索試油提速提效的技術(shù)。
一次管柱;分層;連續(xù);試油
在試油測(cè)試中,當(dāng)多產(chǎn)層合層試油時(shí),不同產(chǎn)液類(lèi)型、不同壓力系統(tǒng)的地層之間存在互相干擾,各產(chǎn)層對(duì)于整體的產(chǎn)液能力貢獻(xiàn)不同,導(dǎo)致籠統(tǒng)試油難以錄取各小層的產(chǎn)能、液性、壓力恢復(fù)曲線等資料,影響了試油結(jié)論及對(duì)儲(chǔ)層的準(zhǔn)確定性,也影響到測(cè)井解釋圖版界限層的判斷和圖版邊界、過(guò)渡帶的確定;同時(shí)分層試油也是油藏開(kāi)發(fā)中最直接、可靠的產(chǎn)量劈分方法以及了解各油層的出油、出水、注水情況、壓力高低的重要手段。
傳統(tǒng)的分層試油采用逐層試油、封層上返的方式,缺點(diǎn)是多次起下管柱、下橋塞(或灰塞),占用鉆機(jī)久,施工周期長(zhǎng)、費(fèi)用高,多次壓井還容易造成儲(chǔ)層污染。如果舍棄一些層不試,又擔(dān)心漏掉產(chǎn)層;如果多個(gè)層一起籠統(tǒng)試油,就會(huì)影響試油結(jié)論以及對(duì)儲(chǔ)層的準(zhǔn)確判斷,萬(wàn)一合試層中出現(xiàn)水層,帶來(lái)的麻煩就更大。
目前,多產(chǎn)層試油中合層試油比例偏高的問(wèn)題突出(由于成本控制因素,部分油田甚至超過(guò)45%),推廣分層連續(xù)試油工藝、探索試油提速提效技術(shù)對(duì)于降低試油成本、提高分層試油比例非常必要。
1.1 技術(shù)需求分析
1) 隨著勘探開(kāi)發(fā)的深入,多層系、低滲透、非均質(zhì)等復(fù)雜油藏對(duì)快速、高效、低成本的分層試油技術(shù)提出了新的要求。以長(zhǎng)慶油田為例,一般油氣田常常發(fā)育有多套產(chǎn)油氣層組,各井在縱向上含油氣層系較多,平均單井為3.2層,且層間非均質(zhì)性較強(qiáng),分層試油是解決這類(lèi)油藏勘探開(kāi)發(fā)問(wèn)題的理想技術(shù)手段[1-2]。
2) 直井、水平井分層分段改造新技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)分層測(cè)試求產(chǎn)、分層效果評(píng)價(jià)提出了新的需求。為了對(duì)每個(gè)油氣層段進(jìn)行均衡、充分的改造,提高單井產(chǎn)量,近年來(lái),國(guó)內(nèi)各油田陸續(xù)開(kāi)展了水力噴射壓裂、限流壓裂、上提管柱或不動(dòng)管柱等分層分段改造新技術(shù)的研究及應(yīng)用,相應(yīng)的設(shè)備與技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,在降低作業(yè)成本、節(jié)省試油時(shí)間、提高設(shè)備利用率等方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但是,一部分分層段改造工藝(如水力噴射壓裂、限流壓裂、不動(dòng)管柱酸壓)施工后往往只能局限于采取多層合試的方式測(cè)試求產(chǎn),難以錄取各小層的產(chǎn)能、液性、油水界面、壓力恢復(fù)曲線等資料,嚴(yán)重影響了分層改造后對(duì)各產(chǎn)層的產(chǎn)能評(píng)價(jià)。
3) 減少高溫、高壓、高產(chǎn)井試油的起下鉆次數(shù)及壓井頻率催生了對(duì)分層連續(xù)試油技術(shù)的需求。以碳酸鹽巖為代表的部分高溫、高壓、高產(chǎn)井分層試油試采常常具有較大的不確定性,由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層測(cè)試產(chǎn)量具有不穩(wěn)定和不確定性,單層試采經(jīng)常在很短的時(shí)間就發(fā)生枯竭或水淹,需要上返試采其它井段,往往需要多次起下管柱。但是,頻繁的起下管柱和壓井既浪費(fèi)時(shí)間,又增加成本,也污染了油層,而且,起下管柱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也容易發(fā)生井噴事故,頻繁的起下管柱也容易發(fā)生井下落物,不動(dòng)管柱連續(xù)試油可作為一種理想的選擇。
1.2 對(duì)待測(cè)試層的要求
1) 設(shè)計(jì)前應(yīng)詳細(xì)了解測(cè)試層段的分布情況,測(cè)試層間隔不能太大,壓力計(jì)離多層測(cè)試最底層的距離不能太遠(yuǎn)。
2) 從地質(zhì)角度,考慮對(duì)資料的影響程度,若不允許,則只能采用單層測(cè)試的,應(yīng)慎重選擇;若影響的程度不大,可以由地質(zhì)師根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求決定是否采用連續(xù)分層試油工藝。
3) 測(cè)試層間隔不宜太大,若D S T管柱以下至最底層的口袋過(guò)大,口袋內(nèi)的完井液過(guò)多也會(huì)影響測(cè)試效果(如低產(chǎn)層)。
4) 周邊井及測(cè)試層位均無(wú)明顯的砂埋油層記錄,地層不出砂;井況良好,儲(chǔ)層之間的巖性致密而且固井質(zhì)量完好,無(wú)套管外竄槽、無(wú)套管變形。
圖1 一次管柱多層射孔分測(cè)管柱
2.1 一次管柱多層射孔測(cè)試聯(lián)作技術(shù)
2.1.1 工藝原理
采用雙封隔器管柱,下封隔器采用機(jī)械坐封,上封隔器采用液壓坐封,如圖1所示。封隔器坐封后,油管內(nèi)加壓,打開(kāi)上面的壓力開(kāi)孔閥V1,再通過(guò)下面的循環(huán)閥V2給下封隔器以下的射孔槍點(diǎn)火,然后通過(guò)測(cè)試組合工具進(jìn)行第1層測(cè)試。第1層測(cè)試完成后,環(huán)空加壓,關(guān)閉V2的球閥,阻斷下層的生產(chǎn)通道,繼續(xù)環(huán)空加壓,給V2上面的一層射孔槍點(diǎn)火,然后進(jìn)行第2層測(cè)試。如果射開(kāi)第3層,只能進(jìn)行第2層和第3層合試,所以嚴(yán)格地說(shuō),多層射孔分測(cè)管柱實(shí)際上是兩層分射分測(cè)管柱[3]。
2.1.2 優(yōu)點(diǎn)
可實(shí)現(xiàn)直/斜井一趟管柱3層以?xún)?nèi)射孔測(cè)試聯(lián)作,可作為淺層、薄層、多產(chǎn)層、油氣水層難于劃分的探井高效射孔、測(cè)試的解決方案,可大幅縮短試油周期。
2.1.3 缺點(diǎn)
1) 不適合高溫、深井、長(zhǎng)跨距、長(zhǎng)射孔段。
2) 控制管線采用毛細(xì)管線,易發(fā)生磨損,風(fēng)險(xiǎn)大。
3) 最多射3層,不適合測(cè)試后需要長(zhǎng)時(shí)間排液的低滲、低產(chǎn)、存在污染堵塞的儲(chǔ)層。
2.2 電子智能閥分層測(cè)試技術(shù)
2.2.1 工藝原理
根據(jù)試油設(shè)計(jì)方案,結(jié)合分層測(cè)試層段實(shí)際,完成分層管柱及施工設(shè)計(jì),在地面對(duì)電子壓力計(jì)和各級(jí)智能閥門(mén)開(kāi)關(guān)進(jìn)行編程,電子壓力計(jì)放置于測(cè)試偏心托筒內(nèi)、測(cè)試托筒連接在各級(jí)智能閥門(mén)開(kāi)關(guān)下面,共同組成智能閥分層測(cè)試工具(如圖2),與封隔器等一起組成分層測(cè)試管柱(如圖3)下至各目的層后,油管內(nèi)加壓坐封全部封隔器,各級(jí)智能閥開(kāi)關(guān)會(huì)按照設(shè)定好的時(shí)間程序分別進(jìn)入開(kāi)、關(guān)狀態(tài)。當(dāng)某層的閥門(mén)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí),即可測(cè)試該層,錄取流壓、產(chǎn)量及液性等資料;當(dāng)某層的閥門(mén)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí),該層流體也進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài),可錄取該層的恢復(fù)壓力資料。根據(jù)所取得的資料進(jìn)行評(píng)價(jià)解釋?zhuān)@得相關(guān)油藏的地質(zhì)參數(shù)[4-6]。
2.2.2 主要技術(shù)指標(biāo)
2.2.3 優(yōu)點(diǎn)
采用地面編程、預(yù)置各層的開(kāi)關(guān)時(shí)間,并存儲(chǔ)在芯片內(nèi),實(shí)現(xiàn)分層測(cè)試。
2.2.4 缺點(diǎn)
儀器承壓、耐溫能力低,可靠性不高;開(kāi)關(guān)井時(shí)間預(yù)先設(shè)定,測(cè)試時(shí)缺乏靈活性。
圖2 智能閥分層工具示意
圖3 電子智能閥分層測(cè)試管柱
2.3 井下一次起下作業(yè)無(wú)線傳輸多層測(cè)試系統(tǒng)
2.3.1 工藝原理
發(fā)明專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào):CN101878350 A)公開(kāi)了一種用于對(duì)地層進(jìn)行測(cè)試的多層測(cè)試系統(tǒng),如圖4,可對(duì)一井多層(3層以?xún)?nèi))進(jìn)行分層射孔測(cè)試聯(lián)作。包括以下步驟:將多層測(cè)試系統(tǒng)下入并定位到井內(nèi),使得每一個(gè)單獨(dú)設(shè)備對(duì)應(yīng)于將被測(cè)試層,通過(guò)無(wú)線控制站與地面、控制站與每層設(shè)備之間的通訊,控制每層設(shè)備的遠(yuǎn)距離啟動(dòng),使之按順序?qū)ο鄳?yīng)層進(jìn)行測(cè)試。
圖4 一次起下作業(yè)無(wú)線傳輸多層測(cè)試系統(tǒng)
該井下多層測(cè)試系統(tǒng)由上子系統(tǒng)、下子系統(tǒng)和通信系統(tǒng)組成,全部?jī)x器均可遠(yuǎn)程控制。
上子系統(tǒng)包括:流量計(jì)、無(wú)線控制站、取樣器、流體分析器、主測(cè)試閥、主隔離封隔器等;主隔離封隔器用于將上子系統(tǒng)與下子系統(tǒng)隔離。下子系統(tǒng)包括:一組組串聯(lián)連接的單獨(dú)設(shè)備和一系列遠(yuǎn)距離啟動(dòng)工具,且每一組層間設(shè)備(包括封隔器、射孔槍、層間開(kāi)關(guān)閥、生產(chǎn)通道等)對(duì)應(yīng)一層進(jìn)行測(cè)試,所有測(cè)試器可以根據(jù)需要重復(fù)開(kāi)關(guān);所述遠(yuǎn)距離啟動(dòng)工具用于液壓隔離相應(yīng)層并對(duì)相應(yīng)層進(jìn)行測(cè)試;所述通信系統(tǒng)包括:控制站與地面之間的通信裝置;控制站與每一個(gè)單獨(dú)設(shè)備之間的通信裝置。所述通信裝置控制單獨(dú)設(shè)備的遠(yuǎn)距離啟動(dòng)工具,用于按順序?qū)ο鄳?yīng)層進(jìn)行測(cè)試[7]。
2.3.2 優(yōu)點(diǎn)
該多層測(cè)試系統(tǒng)配備了先進(jìn)、齊全的全井筒遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制的取樣器、流體分析器等測(cè)試工具與儀器,能夠使各個(gè)層從井底開(kāi)始單獨(dú)并且按順序進(jìn)行分層射孔、分層測(cè)試,也可進(jìn)行合層測(cè)試,并對(duì)井下取樣進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與井下數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。適合海上、重點(diǎn)井試油等周期要求較高、數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)、不需長(zhǎng)時(shí)間排液的地區(qū)。
2.3.3 缺點(diǎn)
1) 由于火工件在高溫下會(huì)加速分解,不宜在井下長(zhǎng)時(shí)間停留,不適合高溫井、深井。
2) 射孔槍與生產(chǎn)管柱并列為雙排管柱,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,風(fēng)險(xiǎn)大,適合177.8mm(7英寸)以上大尺寸套管作業(yè)。
3) 最多可進(jìn)行3層射孔、測(cè)試聯(lián)作,不適合水平井、長(zhǎng)時(shí)間排液求產(chǎn)井。
2.4 一井多層測(cè)試注入生產(chǎn)系統(tǒng)
2.4.1 工藝原理
專(zhuān)利(US2006/0207764A1)公開(kāi)了一種“一井多層測(cè)試、注入、生產(chǎn)系統(tǒng)”,涉及一種能夠使多個(gè)目的層被連續(xù)測(cè)試的組件。如圖5所示,所述組件包括多個(gè)閥,且每一個(gè)閥可通過(guò)將閥致動(dòng)物體(如:球)投入到相應(yīng)的閥內(nèi)而致動(dòng)。閥可以按預(yù)定順序被相繼致動(dòng)到打開(kāi)狀態(tài),并且在將相應(yīng)的閥致動(dòng)到打開(kāi)狀態(tài)之后對(duì)不同層進(jìn)行測(cè)試或采取增產(chǎn)措施[8]。
2.4.2 優(yōu)點(diǎn)
可對(duì)一井多層進(jìn)行測(cè)試、注入,試油結(jié)束后可作為完井管柱。
2.4.3 缺點(diǎn)
管柱組裝、起、下工序較復(fù)雜,控制管線易發(fā)生損壞、可靠性不高。
2.5 不動(dòng)管柱多層壓裂及排液一體化管柱
該技術(shù)主要用于滿(mǎn)足探井錄取測(cè)試壓裂前后溫度、壓力、排液求產(chǎn)數(shù)據(jù)要求,包括3種形式:壓裂兩層、排液一體化管柱、選擇壓裂第1層、排液一體化管柱及選擇壓裂第2層、排液一體化管柱[7-8]。
2.5.1 工藝原理
1) 管柱一。如圖6,管柱下至預(yù)定位置后,投球加壓,使水力錨錨定、坐封兩級(jí)封隔器,然后,剪斷銷(xiāo)釘,使滑套快速下行,打開(kāi)噴砂口,實(shí)現(xiàn)對(duì)下部油層的壓裂。第1層壓裂后,地面投桿,打開(kāi)控制開(kāi)關(guān),同時(shí)封堵下層,實(shí)現(xiàn)對(duì)上一層的壓裂。當(dāng)壓裂結(jié)束后地面采用油嘴控制放噴,此時(shí)井下開(kāi)關(guān)在地層壓力的作用下反向打開(kāi),實(shí)現(xiàn)兩層不動(dòng)管柱的壓后排液。排液后期,若地層壓力較低,不能自動(dòng)打開(kāi)控制開(kāi)關(guān),可待油壓降為0后打撈投桿、排液、求產(chǎn)[5-6]。
2) 管柱二。如圖7,管柱下至預(yù)定位置后,地面加壓,使水力錨錨定、封隔器逐層坐封到位,然后,地面投桿,打開(kāi)控制開(kāi)關(guān),控制防噴、撈桿,完成對(duì)上層的壓裂。
3) 管柱三。如圖8,管柱下至預(yù)定位置后,旋轉(zhuǎn)座封下部封隔器,地面投球加壓,使水力錨錨定、封隔器逐層坐封到位,然后,剪斷銷(xiāo)釘,使滑套快速下行,打開(kāi)噴砂口,此時(shí)地面打入壓裂液,實(shí)現(xiàn)對(duì)下部油層的壓裂。對(duì)第1層實(shí)施壓裂后,地面投桿,打開(kāi)控制開(kāi)關(guān),同時(shí)封堵下層,實(shí)現(xiàn)對(duì)上一層的壓裂。壓裂結(jié)束后,地面采用油嘴控制放噴、排液、求產(chǎn)[9-10]。
圖5 一井多層測(cè)試、注入、生產(chǎn)系統(tǒng)
圖6 壓裂兩層及排液一體化管柱
圖7 選壓第1層及排液一體化管柱
2.5.2 優(yōu)點(diǎn)
不動(dòng)管柱對(duì)1~2層壓裂、壓后排液求產(chǎn)、測(cè)試,試油工序銜接更緊密,縮短壓裂液對(duì)儲(chǔ)集層的浸泡時(shí)間,已得到廣泛應(yīng)用。
2.5.3 缺點(diǎn)
采用地面投桿、撈桿,不能帶測(cè)試閥,難以實(shí)現(xiàn)井下多次開(kāi)關(guān)井;壓裂后只能進(jìn)行合層排液與求產(chǎn),難以獲取各小層的產(chǎn)能和液性。
圖8 選壓第2層及排液一體化管柱
2.6 碳酸鹽巖分層測(cè)試酸壓完井一體化管柱
2.6.1 工藝原理
如圖9,下鉆時(shí)將滑套二設(shè)置于打開(kāi)位置,其它兩級(jí)滑套設(shè)置于關(guān)閉位置,兩封隔器之間的伸縮接頭設(shè)置于半開(kāi)或收縮狀態(tài)。
管柱下到位后,先用輕質(zhì)原油或完井液替換井內(nèi)的壓井液,關(guān)閉滑套二,再坐封兩級(jí)封隔器;兩級(jí)封隔器坐封后,從環(huán)空打壓對(duì)上封隔器驗(yàn)封;打開(kāi)滑套三,開(kāi)井放噴。如能自噴,通過(guò)地面開(kāi)關(guān)井進(jìn)行地面直讀試井;如不能自噴,用連續(xù)油管誘噴;如需酸壓,再用連續(xù)油管替入酸液到井下,進(jìn)行酸壓作業(yè),酸壓結(jié)束后用連續(xù)油管進(jìn)行排液,殘酸排完后進(jìn)行酸壓后測(cè)試。
第1層施工結(jié)束后,將滑套三關(guān)閉、滑套二打開(kāi),再對(duì)第2層進(jìn)行施工。測(cè)試結(jié)束最后將滑套二和滑套三全部打開(kāi)投入生產(chǎn)。
2.5.2 優(yōu)點(diǎn)
能夠進(jìn)行分層測(cè)試、分層酸化作業(yè);能夠測(cè)取每一層酸化前后的測(cè)試資料;試油結(jié)束后直接轉(zhuǎn)完井投產(chǎn)。
2.5.3 缺點(diǎn)
1) 不能進(jìn)行井下關(guān)井,不適用非自噴井。
2) 只能采用連續(xù)油管替酸、氣舉誘噴、排液。
3) 完井投產(chǎn)一體化作業(yè),成本高,不適合低產(chǎn)井或產(chǎn)能不確定井況。
4) 依靠鋼絲滑套開(kāi)關(guān)各層及壓井循環(huán)閥,操作要求高,深井可靠性不高。
圖9 碳酸鹽巖分層測(cè)試酸壓完井體化管柱
1) 一趟管柱分層試油技術(shù)可減少起下管柱,減少鉆機(jī)占用時(shí)間、壓井作業(yè)次數(shù),解決籠統(tǒng)試油與分層測(cè)試之間存在的矛盾,達(dá)到縮短試油測(cè)試周期、提高試油效率、節(jié)省成本、減少井控風(fēng)險(xiǎn)、減少儲(chǔ)層污染等目的。
2) 現(xiàn)有的一井多層連續(xù)試油技術(shù)具有一定的適用性,但也存在諸多局限,優(yōu)選高效、合適的分層連續(xù)試油技術(shù),對(duì)于提高測(cè)試資料錄取質(zhì)量、降低成本、降低探井合試層的比例具有重要的意義。
3) 建議開(kāi)展針對(duì)碎屑巖、碳酸鹽巖等不同儲(chǔ)層的分層連續(xù)試油工藝技術(shù)適應(yīng)性研究,探索試油提速提效技術(shù),加快推廣先進(jìn)適用的分層連續(xù)試油技術(shù)。
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Study onmultilayer Successive Testing Technology
ZHANG Youyi1,LIUMeng1,WANG Xing2,WANG Qin1
(1.Research Institute of PetroleumE xploration and Deuelopment,Beijing100083,China;2.Engineering Technology Com pany,CNOOC Energy Deuelopment Limited Com pany,Tianjin300452,China)
The necessity of the proportion enhancement of separatelayer testing is analyzed based on the existing problems of commingled oil test and
oil test.The technical principles and characteristics ofmultilayer successive testing technologies are described in his article,such asmultilayer perforating and testing with onetrip string,layered testing technology with intelligent valve,dow nhole,one trip shift operation,wireless transmission,m ultilayer testing system,testing/injection/producing system of amultizone well,m ultilayer fracturing with fixed sting and drainage integration string,layered testing/acid fracturing/well completion in carbonate formation,etc.The conclusion ismade that the available advancedmultilayer successive testing technology should be promoted for high speed and high efficiency welltesting.
onetrip string;separatelayer;successive;oil testing
TE932
A
10.3969/j.issn.10013842.2015.03.006
10013482(2015)03002407
①2014-09-18
中國(guó)石油天然氣股份有限公司科技項(xiàng)目“多層多段連續(xù)測(cè)試—排液裝置研究與應(yīng)用”(2012-Y051)
張友義(1969-),男,湖北監(jiān)利人,高級(jí)工程師,主要從事試油、完井的研究及推廣工作,Email:yyzhang@petrochina.com.cn。