新型電纜控制分層測試技術研究與應用

陳永昌 魏 鵬 王 靜 李 碩

(1.中國石油測井有限公司華北分公司，河北 062552；2.中國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 電纜控制分層測試技術原理

電纜控制分層測試技術，井下開關可隨時由地面發(fā)送命令來控制其打開或關閉；不使用電池，沒有工作時間的限制；壓力數(shù)據(jù)可以實時傳送到地面系統(tǒng)；配合網(wǎng)絡，還可以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸和遠程控制開關的功能。該項技術可以廣泛地應用于常規(guī)油氣井、煤層氣及其他非常規(guī)油氣井的多層合采過程中的快速分層測試。

用封隔器將油層或煤層射孔段分隔開，每一段安裝開關和壓力計，用電纜將井下每一個層的開關和壓力計連接到一起，并且最終與地面儀器連接，地面儀器通過發(fā)送命令可以控制任意一個開關的打開或關閉(圖1)。如果選擇測試第一段，需要打開第一段的開關，關閉其它各段的開關，開啟抽油機，待產(chǎn)量穩(wěn)定后計量產(chǎn)液量、產(chǎn)氣量和含水率。關閉開關，記錄壓力恢復數(shù)據(jù)，通過對數(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)。測試第二段的程序與測試第一段相同，只不過這時需要關閉其它層段，僅對第二段的開關進行打開和關閉的動作，同時記錄第二段的壓力恢復數(shù)據(jù)。其它層段的測試以此類推。

圖1 電纜分層測試原理圖

2 施工過程

電纜控制分層測試需要兩次下入管柱。第一趟管柱為丟手管柱，它由若干個封隔器、開關壓力儀器、油管和一個丟手構成，該管柱中丟手為投球式打壓式丟手，封隔器為過線封隔器。電纜將每一段的開關和壓力儀器連接到儀器，管柱下入過程中同時下入了電纜，在丟手上面適當位置(井斜小于50°)連接一根校深油管短接。管柱下入過程中需要將開關全部打開，當管柱下到預定位置后校深并調整管柱。關閉所有開關，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，觀察油套環(huán)空是否有液體返出可以確定丟手是否脫開，確定丟手脫開后提出丟手以上的管柱。

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

3 技術改進

3.1 創(chuàng)立了用壓力計算流量的方法

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

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，我們所應用的指示曲線為線性段，即n=1。此時，Q=J(ΔP)=J(PR-Pwf)

通過控制產(chǎn)液量(或注入量)并且測量流量和流壓，得到井筒流壓為Pwf1時對應的產(chǎn)量為Q1；井筒流壓Pwf2時對應的產(chǎn)量為Q2。于是，

Q1=J(ΔP1)=J(PR-Pwf1)

Q2=J(ΔP2)=J(PR-Pwf2)

由此得到：

當井筒附近的流壓為Pwf時，流量為：

Q=J(ΔP)=J(PR-Pwf)

(1)

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

3.2 去掉二次對接工藝

現(xiàn)用的電纜控制分層測試需要二次對接。其原理是，第一趟管柱上面有一個母插座，第二趟管柱下面有一個公插頭，第二趟管柱與第一趟管柱對接后，也就是公、母插頭座對接后電纜才能接通。實際使用過程中發(fā)現(xiàn)二次對接經(jīng)常失敗，影響了作業(yè)成功率。本項工藝用電纜從最上一段的開關及壓力計一直連到井口，避免了二次對接的問題。

3.3 用常規(guī)封隔器實現(xiàn)過線的功能

本技術沒有采用特制的過線封隔器，而是在常規(guī)封隔器的上下兩端各加裝一個電纜密封接頭從而解決了封隔器的過線問題。這樣就省去了特制封隔器的設計，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、帶錨的逐級解封封隔器，由于封隔器自帶錨，所以第一趟不需要單獨連接金屬錨。

3.4 新型分層測試管柱結構有利于打撈

現(xiàn)用的電纜控制分層測試管柱管內(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 井下開關采用了壓力平衡設計

現(xiàn)用的井下開關當壓差超過15MPa時，很難打開或關閉。本項研究設計的開關由于采用了壓力平衡結構，開關的打開或關閉不受壓差的限制，實際試驗壓差為60MPa時開關工作正常，該項創(chuàng)新已取得專利。

3.6 小直徑四通接頭設計

每一段都有壓力計、開關兩根引線，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)部的通道用于測試或打撈。

4 施工風險及削減措施

4.1 擠傷電纜

該項技術中油管外面自下而上都有電纜，如果施工不當或缺乏保護措施在油管下放或上提過程中很容易擠傷電纜，從而導致電纜短路或絕緣破壞。管柱下入或上提過程中至關重要的是，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。

為了保護電纜，丟手以下每個接箍上都安裝電纜保護卡子，最好將丟手設計在井斜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電纜纏繞油管，下管柱時每隔500m要安裝一個油管扶正器。

管柱上下過程中，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器。

4.2 儀器故障

井下開關和壓力計需要在井下高溫高壓的環(huán)境下長時間工作，因此要求儀器必須具備較高的可靠性。下井前必須對儀器進行嚴格的檢查，地面上需要對儀器進行溫度壓力試驗，并且要對儀器進行長時間通電檢查，有條件的情況下最好對儀器進行下井試驗。

4.3 砂卡管柱

對于出砂的井建議采用桿式泵，采用一趟管柱將井下開關、封隔器、桿式泵支撐座下入井內(nèi)。為了實現(xiàn)開關的控制和壓力數(shù)據(jù)的傳輸，電纜同樣從最下面一個開關連接到井口，管柱下到預定位置后通過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關的打開或關閉，從而進行分層測試。

由于第一個封隔器以上油管內(nèi)外是隔離的，因此第一個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)開關直接與下面的封隔器連接，減少封隔器之上的積砂。

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

(3)封隔器的膠筒緊靠封隔器上端。

(4)采用逐級解封封隔器。

5 分層測試主要用途

5.1 測量各層段地層壓力、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和溫度計，因此當開關關閉并且穩(wěn)定一個時期后，就可以準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)

對于任意一個層段生產(chǎn)一段時間后，關閉開關記錄壓力恢復曲線。通過對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)、井筒儲存系數(shù)、流動系數(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)可以計算出合采時每一層段的產(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)時得到的數(shù)據(jù)，表3是該井合采變工作制度下測量和計算得到的數(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)量僅為0.8m3/d。當工作制度調整為2.1(次/分/5m)情況下上層出現(xiàn)了倒灌的現(xiàn)象。為了使合采時兩層都有貢獻，建議此井的最小工作制度為3.2(次/分/5m)。

5.4 搞清分層測試井與注水井間的連通情況

通過在分層測試井周圍的注水井中停止注水、開始注水和改變注水量，記錄分層測試井的壓力曲線可以確定注水井與測試井的連通情況等信息。趙X-8井是一口分層測試的井，趙X-5井是一口相鄰的注水井。通過在趙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得出如下結論。

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

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