水平井產(chǎn)液剖面測試工藝管柱及應(yīng)用

程世偉

（吉林油田公司油氣工程研究院采油工藝研究所 吉林松原 138000）

1 概述

水平井技術(shù)在目前的國內(nèi)外石油工程領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，水平井與傳統(tǒng)的直井相比，具有泄油面積大、生產(chǎn)井段長、井底壓降小等優(yōu)勢，大大提高了油藏的采收率。在水平井石油開采過程中出現(xiàn)了一部分水平井的產(chǎn)量很低、生產(chǎn)效果不好的現(xiàn)象，特別是在吉林油田這種致密油藏的開采過程中，采用水平井分段壓裂投產(chǎn)后，提高了致密油藏單井產(chǎn)量，但生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了大量油井因含水上升而導(dǎo)致的產(chǎn)出油量快速降低。并且油井出水后因無法判斷出水層段位置，而無法開展有針對性的堵水措施，導(dǎo)致油藏整體開發(fā)效果變差。隨著油田開發(fā)期的延長、開發(fā)程度的提高，制定合理開發(fā)方案、實(shí)施有效措施方案難度越來越大，對井下產(chǎn)出層位認(rèn)識不清，嚴(yán)重制約著水平井產(chǎn)能的發(fā)揮。因此，開展水平井產(chǎn)液剖面測試技術(shù)研究，加強(qiáng)水平井的產(chǎn)層認(rèn)知，可以有效指導(dǎo)油田開發(fā)，對油井的增產(chǎn)措施起到至關(guān)重要的作用。

目前，國內(nèi)外水平井測試工藝技術(shù)主要有連續(xù)油管輸送、特制硬電纜輸送、地面水動力輸送及井下爬行器輸送四種方式（表1）。

這四種方式均需要采用電纜輸送的方式，全井段電纜裸露在油管內(nèi)，電纜容易受損傷，且需要針對各個層位分別進(jìn)行測試，故存在測試效率低的技術(shù)問題，還存在占井時間長、勞動強(qiáng)度大、成本較高的缺點(diǎn)。通過對比現(xiàn)有的水平井測試工藝技術(shù)，研究適合吉林油田的測試管柱尤為關(guān)鍵。

2 水平井產(chǎn)液剖面測試管柱組成

為了能夠在油井正常生產(chǎn)狀態(tài)下準(zhǔn)確測量井下生產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時有針對性地分析每一層位的生產(chǎn)狀況，需要研究設(shè)計水平井產(chǎn)液剖面測試一體化管柱。該工藝管柱主要包括生產(chǎn)管柱和測試管柱兩部分，生產(chǎn)管柱由抽油泵、油管和抽油桿組成，測試管柱由電控滑套、軟金屬扶正器、電控封隔器、存儲式流量組成，可根據(jù)測試需要，適當(dāng)增加或減少測試管柱段數(shù)（圖1）。

圖1 水平井產(chǎn)液剖面測試工藝管柱示意圖

3 水平井產(chǎn)液剖面測試工藝原理

根據(jù)水平井生產(chǎn)層段的井下數(shù)據(jù)，配置好測試段數(shù)及下入位置數(shù)據(jù)，地面設(shè)置好各測試層段中電控滑套、電控封隔器及存儲式流量儀的開關(guān)時間，將一體化工藝管柱下入預(yù)定位置，通過液壓打壓的方式，先將扶正器扶正，在油井正常生產(chǎn)狀態(tài)下通過設(shè)置好的各儀器的開關(guān)時間，達(dá)到分隔各層段進(jìn)行測試的目的。

表1 現(xiàn)有測試方式優(yōu)缺點(diǎn)對比分析情況表

3.1 電動滑套的設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際需求定時設(shè)置滑套的開關(guān)，保證油套空間的液流正常流動。通過預(yù)約設(shè)置電機(jī)工作時間，使得電機(jī)帶動絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)時推動外工作筒向一邊運(yùn)動，從而讓液體通過過液通道，保證滑套開關(guān)的可靠性，使得油套空間的液流正常流動。采用進(jìn)口電機(jī)、聯(lián)軸器等可保證供電系統(tǒng)的可靠性。

3.2 軟金屬扶正器的設(shè)計

3.2.1 軟金屬扶正器的工作原理

（1）扶正：液體通過上接頭進(jìn)水閥進(jìn)入，扶正塊伸出扶正體，起到擴(kuò)張扶正的作用。

（2）解封：上提上接頭后，內(nèi)部壓力通過上鋼套上端水孔排出，扶正塊失去擴(kuò)張支撐，在儲能彈簧力下復(fù)位。

（3）重復(fù)扶正：液壓通過中心管下端水孔進(jìn)入復(fù)位液缸，使扶正體及坐封液缸復(fù)位后，繼續(xù)加壓即可使扶正塊伸出工作

3.2.2 軟金屬扶正器特點(diǎn)

（1）外徑φ100并且在下井過程中，扶正塊含在扶正體內(nèi)部，只有工作時才伸出扶正體。下井過程中不易刮壞。

（2）使用儲能彈簧和液壓控制扶正塊位置，在扶正塊上設(shè)計儲能彈簧，液壓啟動扶正時儲存能量，并輔助鎖緊扶正。解壓后，扶正塊在彈簧力下復(fù)位，防止卡井。

（3）含有鎖定裝置，泄壓后依舊對管柱起到扶正作用，提拉解封。

（4）如因扶正塊發(fā)生卡井事故，直接提拉即可使鋁合金扶正塊產(chǎn)生變形，不會形成真正意義上的卡井事故。

（5）只要鋁合金材質(zhì)的扶正塊不發(fā)生變形就可在井下重復(fù)使用。

3.2.3 電控封隔器的設(shè)計

針對水平井水平段層間壓差小，較低密封壓力即可達(dá)到分隔層段的需求，設(shè)計研發(fā)了電動皮碗式封隔器，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求定時設(shè)置封隔器的脹封、解封，其皮碗材質(zhì)較軟，不會造成卡井事故，為產(chǎn)液剖面測試分隔油層提供有效的技術(shù)保障。

該封隔器通過地面設(shè)置電機(jī)工作時間，使得電機(jī)帶動絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)時推動外工作筒作往復(fù)運(yùn)動，從而使得封隔器脹封、解封。采用皮碗式膠筒，在待機(jī)狀態(tài)時被鋼件整齊得包裹起來，需要密封時，只需鋼件收回即可靠自身彈力直接封隔油套環(huán)空。其優(yōu)點(diǎn)是簡單、省力，缺點(diǎn)是承壓小。在實(shí)際試驗(yàn)中，溫度越高，膠筒越軟，密封性越好。

3.2.4 存儲式含水流量儀的設(shè)計

由于水平井井身結(jié)構(gòu)的特殊性，傳統(tǒng)檢測手段無法將儀器下入水平段，因此采用了存儲式含水流量儀，可同時監(jiān)測井下產(chǎn)液量、產(chǎn)出液的含水率、油層壓力、油層溫度等四項(xiàng)參數(shù)。同時要保證測試管柱的各種工具工作正常，設(shè)計了具有可以控制地層與油管連通狀態(tài)的井下電子控制開關(guān)與流量儀進(jìn)行配合。儀器的井下測試工作過程全部由數(shù)據(jù)采集模塊完成，自動連續(xù)記錄油井生產(chǎn)過程中各層位的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

4 現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例

2017年12月，扶余采油廠扶平261井為了提高油井產(chǎn)能，降低含水，有效封堵井下出水層位，進(jìn)行了水平井產(chǎn)液剖面測試管柱的現(xiàn)場應(yīng)用。由于該井井下有5個生產(chǎn)層段，確定了測試管柱部分電動封隔器的位置后，下入工藝管柱進(jìn)行生產(chǎn)測試30天。隨后起出管柱，在地面讀取了井下各段的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，綜合分析判斷出1、4、5生產(chǎn)層段為高含水層段，2、3生產(chǎn)層段為主要產(chǎn)液層段。根據(jù)此結(jié)果進(jìn)行了堵水施工，見到了很好的增油效果。

5 結(jié)論與認(rèn)識

（1）水平井產(chǎn)液剖面測試工藝管柱采用的是一體化管柱，減少作業(yè)費(fèi)用，其配套工具可重復(fù)利用，節(jié)省操作費(fèi)用，定點(diǎn)測試，準(zhǔn)確度高，工具串外徑小，安全性高。

（2）產(chǎn)液剖面測試工具：電控滑套、電控封隔器、扶正器、測試儀等能夠在井下能夠正常工作。

（3）水平井產(chǎn)液剖面測試管柱的應(yīng)用，能夠取得水平井各層段的產(chǎn)量、含水、壓力、溫度等四項(xiàng)參數(shù)。對水平井的產(chǎn)層認(rèn)知，為合理優(yōu)化水平井措施方案提供可靠依據(jù)。