水平注水井電磁流量計注入剖面測井技術試驗研究

牛小希

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

水平井開發(fā)技術在大慶油田已經開始規(guī)模應用，并在大慶外圍油田開發(fā)中見到良好的開發(fā)效果[1-2]。近幾年，利用水平井進行注水開發(fā)已經在油田開發(fā)中得到應用[3-4]。由于水平井井身結構和井內注入流體的流動狀態(tài)復雜性,導致水平井的注入剖面測井技術與傳統(tǒng)的直井測試技術相比有著顯著的不同。直井可以直接依靠儀器自身重量或帶加重桿起下，而水平井必須借助外力把儀器送到目的層位，適用于直井流量測量的技術不能滿足水平注水井的需要，因此，水平注水井剖面測試的難點主要是解決儀器在水平段的輸送問題和水平條件下的流量測量問題。垂直井注入剖面測井技術主要有同位素吸水剖面、渦輪流量計、脈沖中子氧活化測井儀和電磁流量計[5]。其中，電磁流量計廣泛應用于垂直井注入剖面測井，具有測量精度高、可靠性高的優(yōu)點[6]。本文利用電磁流量計開展了不同傾斜角度條件下的模擬實驗，實驗結果證明，電磁流量計測量水流量不受井眼角度影響，可以用于水平管流的流量測量。因此，利用電磁流量計研制了水平井注入剖面測井儀器。水平井生產測井工藝主要有油管輸送工藝、連續(xù)管輸送工藝、硬電纜輸送工藝和牽引器輸送工藝[7-10]。本文采用牽引器研究并試驗了適用于水平井籠統(tǒng)注入井的測井工藝技術，實現了測井儀與牽引器的配接，形成了適合水平注水井的注入剖面測井技術，進行了現場試驗并獲得成功，為水平井注入剖面的動態(tài)監(jiān)測提供了有效的技術手段。

1 水平井注入剖面測井組合儀

水平井注入剖面測井組合儀是針對水平井籠統(tǒng)注水井注入剖面測井專門研制的，儀器結構如圖1所示。井下儀器主要包括通用短節(jié)(遙測、溫度、壓力和CCL)、電磁流量計和滾輪式扶正器。測量參數包括流量、溫度、壓力、自然伽馬和深度。流量計采用的是非集流電磁流量計和集流型電磁流量計，對于注入量較大的井采用非集流電磁流量計，注入量較小的井采用集流型電磁流量計[11]，測量方式采用定點測量。儀器采用遙測技術實現了多參數同時測量和傳輸，儀器外徑38 mm，耐壓80 MPa，耐溫150 ℃，流量測量范圍為1～800 m3/d，測量精度±5%。

圖1 水平井注入剖面測井組合儀結構示意圖

2 不同角度情況下的室內實驗

為了考察井眼斜度變化對電磁流量計測量流量的影響，開展了非集流電磁流量計在不同斜度情況下的流量測量模擬實驗。模擬實驗在大慶油田多相流實驗室進行，儀器外徑38 mm，模擬井筒內徑為124 mm，實驗介質是水，傾斜角度分別為0°、40°、80°和90°(水平)，流量范圍為5～850 m3/d。實驗結果表明，在儀器居中條件下，井眼斜度變化對電磁流量計的儀表常數沒有影響，滿量程誤差不大于4%，因此可以應用電磁流量計進行水平井注水剖面測量。不同角度情況下的實驗結果如圖2所示。

圖2 不同角度情況下的流量標定結果

3 水平井注入剖面測井工藝

水平井注水井注入剖面測井工藝原理如圖3所示。在垂直井段，儀器在重力作用下可以通過注入管柱下入到井內，注入管柱下端須裝有喇叭口，且喇叭口應在造斜點以上，保證測井完成后儀器順利起出，不發(fā)生卡儀器問題。儀器通過喇叭口以后在重力作用下繼續(xù)向下移動，當儀器不能靠重力下移時，啟動牽引器，利用牽引器將儀器推送到井底，上提電纜過程中進行測井。

圖3 注入剖面測井工藝原理示意圖

牽引器采用的是Sondex公司的牽引器[12],如圖4所示。儀器外徑54 mm，長度7.4 m，牽引力273 kg，耐壓103 MPa，耐溫150 ℃，牽引速度540 m/h。牽引器連接于電纜頭和測井儀器之間。在水平段和造斜段儀器不能靠自重下放，利用牽引器可以將儀器推送到測井目的層段。井下牽引器由兩組呈90°交叉分布的驅動臂和扶正器組成。在進行井下儀器牽引時，首先打開牽引器驅動臂，使驅動臂端部的驅動輪支撐到套管壁并保持足夠的正壓力，然后驅動輪旋轉實現對儀器的推送。井下儀器牽引過程可在地面進行人工控制，通過控制命令和調整供電電壓可控制井下牽引速度和方向。該牽引器提供了多種井下測量參數，包括電纜頭電壓和張力、牽引速度、接箍深度等數據，所有這些沿井身測量到的參數均可在地面顯示出來，使施工具有安全性和可操作性。當斷開電源時, 驅動臂在外力作用下可收回，保證儀器安全取出。

圖4 井下牽引器結構示意圖

4 現場試驗及分析

2017年9月在大慶油田采油八廠肇X-平X水平井注水井中首次進行了水平井注入剖面測井現場試驗。該井斜深2 055.42 m，水平段長度為568.46 m，試驗目的是通過注入剖面測井了解該井各層段的注水情況，同時對水平井測井工藝、儀器的適用性、井下牽引器及井口輔助裝置等設備的工作有效性和可靠性進行評價?，F場試驗中，在密閉條件下錄取到了該井的注入剖面測井資料，進行了重復測量，重復測量結果在誤差允許范圍內,測井成果見表1。該井施工壓力6.0 MPa，注入量45.4 m3/d，有7個射孔層，分8個測點測量，2個層有吸入顯示，其中，P13(1)(1 734～1 767 m)層絕對吸入量4.5 m3/d，相對吸入量為9.91 %， P13(1)(1 899～1 943 m)層絕對吸入量40.9 m3/d，相對吸入量為90.09%，測井成果見表1。通過與甲方的交流，再結合該井的動靜態(tài)資料及周圍井的工作狀況，采油廠的地質人員認為本次測井結果能比較準確地反映該井的注入情況。

表1 肇X-平X電磁流量計注入剖面測井解釋成果表

5 結 論

1)室內實驗表明，在儀器居中條件下，單相水流隨著井眼斜度變化對電磁流量計的儀表常數沒有影響，即井眼斜度變化對電磁流量計的流量測量結果沒有明顯影響，電磁流量計能夠滿足水平注水井注入剖面測井要求。

2)現場試驗證明，本文所研究的測井工藝和測井儀器能夠滿足水平井籠統(tǒng)注水井注入剖面的測井要求，目前現場已投入小規(guī)模應用，為水平井開發(fā)提供了有效的注入剖面監(jiān)測手段。