長(zhǎng)期關(guān)停套損出水井的找漏技術(shù)及應(yīng)用

張金海,李震,劉平,張?zhí)K利,劉海明,李愛(ài)玲

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司地質(zhì)研究院,陜西西安710077;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶分公司,陜西西安710200;3.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司培訓(xùn)中心,陜西西安710000)

0 引 言

油田在長(zhǎng)期生產(chǎn)開發(fā)過(guò)程中,會(huì)面臨油水井套管使用壽命問(wèn)題。出現(xiàn)套管損傷(簡(jiǎn)稱“套損”)后,地下壓力注采平衡系統(tǒng)會(huì)被打破,若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治理,將對(duì)油田發(fā)展造成危害,使油井產(chǎn)能損失,造成資源浪費(fèi),嚴(yán)重影響區(qū)塊的整體開發(fā)。

常規(guī)套損井出水研究主要側(cè)重預(yù)防、治理技術(shù),診斷技術(shù)研究相對(duì)不足。診斷技術(shù)主要包括井下工具、井下電視、地下管道探頭攝像、工程測(cè)井、鉛模印記等[1]。在套管修復(fù)、找漏應(yīng)用及固井質(zhì)量等方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開許多相關(guān)研究[2-7]。楊婧[8]通過(guò)生產(chǎn)測(cè)井組合技術(shù)開展了在油田儲(chǔ)層氣中的應(yīng)用研究;石巖等[9]對(duì)淺層套管漏失井監(jiān)測(cè)與治理進(jìn)行研究;在光纖石油測(cè)井方面,殷鳳磊[10]、金鑫[11]、肖勇[12]通過(guò)光纖傳感技術(shù)開展了套損研究。這些套損找漏技術(shù)在正常生產(chǎn)井中應(yīng)用較多,在長(zhǎng)期關(guān)停(簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)?！?狀態(tài)套損井中應(yīng)用較少,且該類長(zhǎng)停套損井大部分是由于高含水導(dǎo)致,儲(chǔ)層仍具有豐富的剩余油待挖潛。

通過(guò)在長(zhǎng)慶油田Z277示范區(qū)塊的實(shí)踐,提出在長(zhǎng)停井中“油改注”的思路,綜合運(yùn)用工程測(cè)井、流量測(cè)井、井溫測(cè)井、噪聲測(cè)井等套管組合測(cè)井技術(shù),尋找長(zhǎng)停套損井出水點(diǎn)位置,進(jìn)行綜合診斷,應(yīng)用效果顯著。

1 套管腐蝕機(jī)理

套管腐蝕是多種影響因素綜合作用的結(jié)果,按腐蝕性質(zhì)劃分,主要有4類。

(1)酸性腐蝕。地下二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生弱碳酸后水解,降低pH值,形成具有酸性腐蝕的物質(zhì)。酸化過(guò)程中,混合酸液通過(guò)破損位置進(jìn)入地層,在高溫高壓作用下,鹽酸對(duì)鐵存在一定腐蝕。

(2)硫化氫腐蝕。硫化氫溶于水后電離形成酸性氫離子,當(dāng)一定量氫離子浸入金屬晶格中,使管材受到電化學(xué)腐蝕,造成管壁減薄或局部點(diǎn)蝕穿孔。

(3)鹽性腐蝕。地下鹽性物質(zhì)溶解于地層水形成鹽溶液,鹽溶液中富含氯離子,使水溶液導(dǎo)電性增強(qiáng),電解質(zhì)電阻降低,氯離子容易到達(dá)金屬表面,形成的氯化鹽物替代具有保護(hù)性能的碳酸亞鐵膜,對(duì)金屬管體產(chǎn)生較強(qiáng)腐蝕作用。

(4)細(xì)菌腐蝕。地下存在大量硫酸鹽還原菌,在地下缺氧環(huán)境中該菌快速繁殖,將硫酸鹽還原并與鐵生成黑色硫化鐵,加快金屬腐蝕速度。

2 長(zhǎng)慶油田套損現(xiàn)狀

長(zhǎng)慶油田套管腐蝕以洛河組和朱羅組為代表的酸性、鹽性腐蝕為主。洛河組腐蝕物質(zhì)主要成分為Cl-、CO2溶解氣及少量的硫酸鹽還原菌;朱羅組腐蝕物質(zhì)主要成分為SO42-、HCO3-、Ca2+、Ba2+等離子化合物。長(zhǎng)慶油田平均每年新增套損井100余口,目前共有3 100余口套損井,包含長(zhǎng)期關(guān)停井近千口。其中安塞油田和隴東油田,套損井壽命短的不足2年,壽命長(zhǎng)的超過(guò)10年,套管平均腐蝕率約0.9 mm/a[13]。因此,急需開展長(zhǎng)停套損井精細(xì)找水研究。

目前長(zhǎng)慶油田長(zhǎng)停套損出水井面臨兩大難題:①套損出水井存在破損位置,傳統(tǒng)工程機(jī)械測(cè)井無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)到套損點(diǎn)是否出水等問(wèn)題;②當(dāng)套損出水井井筒壓力pbh和地層壓力pf持平時(shí)[pf≈pbh,見(jiàn)圖1(b)],井筒液面處于似靜止?fàn)顟B(tài),沒(méi)有形成可以使井筒流體流動(dòng)的負(fù)壓[pf>pbh,見(jiàn)圖1(a),或pf

圖1 套損井井筒流體狀態(tài)示意圖

本文通過(guò)將油井臨時(shí)改注,使井筒流體產(chǎn)生負(fù)壓[pf

3 主要測(cè)井技術(shù)

長(zhǎng)慶油田在套管井套損治理技術(shù)上,采用工程測(cè)井、流量測(cè)井、井溫測(cè)井、噪聲測(cè)井這4種生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)。

(1)工程測(cè)井。工程測(cè)井主要運(yùn)用英國(guó)SONDEX公司MIT(Multi-Finger Imaging Tool)與MTT(Magnetic Thickness Tool)組合儀完成,通過(guò)儀器測(cè)量臂和電磁效應(yīng)來(lái)研究套管內(nèi)徑和壁厚的變化情況。

用單根管柱的平均腐蝕量相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)壁厚的百分比描述金屬的腐蝕程度,腐蝕超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)壁厚的90%定義為穿孔。腐蝕程度Do計(jì)算見(jiàn)式(1),腐蝕級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

(1)

式中,Do為套管腐蝕程度,%;Cmax為單根管柱測(cè)量?jī)?nèi)徑的最大值,mm;BCAL為套管標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑,mm;HB為套管標(biāo)準(zhǔn)壁厚,mm。

表1 套損腐蝕級(jí)別劃分表

(2)流量測(cè)井。流量測(cè)井包括同位素測(cè)井、渦輪流量計(jì)測(cè)井、氧活化測(cè)井等。同位素測(cè)井利用放射性同位素及載體顆粒,通過(guò)檢測(cè)同位素釋放信號(hào),以某種差值的形式反饋給地面系統(tǒng),差值的大小反映了地層的吸水能力[14]。渦輪流量計(jì)測(cè)井利用懸置于流體中帶葉片的轉(zhuǎn)子或葉輪感受流體的平均流速,推導(dǎo)出被測(cè)流體的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量、轉(zhuǎn)子響應(yīng)與流速關(guān)系[15]。氧活化測(cè)井利用水中被活化后的氧原子處于不穩(wěn)定狀態(tài),釋放出具有強(qiáng)穿透能力的高能快中子和伽馬射線,通過(guò)對(duì)伽馬射線時(shí)間譜的測(cè)量反映油管內(nèi)、環(huán)套空間、套管外含氧物質(zhì)的流動(dòng)狀況,結(jié)合管子常數(shù)進(jìn)一步計(jì)算水流量。

(3)井溫測(cè)井。井溫測(cè)井利用地層溫度與深度基本成線性變化的關(guān)系,通過(guò)異常溫度曲線定性反應(yīng)地層流體或井筒流體變化情況。

(4)噪聲測(cè)井。井內(nèi)液體或氣體運(yùn)動(dòng)時(shí),由于摩擦作用可以產(chǎn)生具有特征頻譜的聲音[16]。井眼內(nèi)湍流通過(guò)阻流位置(即套管破損位置)時(shí)產(chǎn)生壓力降,流體的動(dòng)能在阻流部位轉(zhuǎn)換成熱能和聲能。通過(guò)對(duì)井筒內(nèi)流體流動(dòng)而產(chǎn)生的自然聲場(chǎng)的測(cè)量,確定地質(zhì)參數(shù)和井筒的工程狀況。

將以上測(cè)井技術(shù)進(jìn)行有效組合,形成合理設(shè)計(jì)方案體系,是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

4 實(shí)例應(yīng)用

A井是長(zhǎng)慶油田Z277示范區(qū)塊的一口采油井,套管外徑為139.70 mm,內(nèi)徑為124.26 mm,壁厚為7.72 mm。該井于2011年7月完鉆,2011年12月投產(chǎn)延10層,射孔段為1 977～1 979 m(測(cè)試過(guò)程中遇阻,未測(cè)到射孔段,通過(guò)測(cè)試無(wú)法判別射孔段是否套損)。投產(chǎn)初期日產(chǎn)液4 m3,日產(chǎn)油1.7 t,含水率57.9%;2017年12月含水率突升到100%,含鹽量由80 000 mg/L降至8 000 mg/L左右,井筒動(dòng)液面從1 400 m上升至400 m左右,初步懷疑套損導(dǎo)致高含水;2018年4月在1 864 m處下Y221-114封隔器進(jìn)行隔采,隔采未見(jiàn)效;2018年9月該井因高含水停井,停井前該井日產(chǎn)液5.6 m3,日產(chǎn)油0 t,含水率100%,井口壓力21 MPa,累計(jì)產(chǎn)油2 700 t,該井生產(chǎn)數(shù)據(jù)如圖2所示(措施前)。

圖2 A井延10層生產(chǎn)數(shù)據(jù)圖

從該井生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知,受水淹影響產(chǎn)油量下降明顯,短時(shí)間內(nèi)變化顯著,產(chǎn)油量由1.3 t/d降至0 t/d,分析認(rèn)為原層仍有較大復(fù)產(chǎn)潛力。2019年3月20日對(duì)該井實(shí)施工程測(cè)井(MIT+MTT),結(jié)果顯示1 400～1 480 m井段存在明顯套損現(xiàn)象(見(jiàn)圖3)。從圖3可知,A井在1 400～1 480 m井段存在多處套損現(xiàn)象,且計(jì)算的Do值均大于90%,屬于穿孔級(jí)別,但尚無(wú)法判斷具體出水點(diǎn)位置。

圖3 A井1 400～1 480 m井段MIT+MTT測(cè)井成果圖*非法定計(jì)量單位,1 rad=(180/π)°

2019年4月3日對(duì)該井進(jìn)行井溫測(cè)井。注水量為7 m3/d,考慮井口壓力較大(21 MPa),且泄壓較快,無(wú)法加大注入量,故未考慮氧活化測(cè)井。從井溫曲線上看(見(jiàn)圖4),只有1 444.0～1 448.3 m井段井溫和微差曲線變化明顯,且在1 447.0 m附近變化幅度達(dá)到峰值,呈負(fù)異常,疑似1 447.2 m處存在熱交換,1 400～1 480 m井段其他位置無(wú)負(fù)異常存在。

圖4 A井1 430～1 460 m井段井溫測(cè)井解釋成果圖

為進(jìn)一步驗(yàn)證該結(jié)論,2019年4月8日對(duì)該井進(jìn)行噪聲測(cè)井,從噪聲測(cè)井曲線上看(見(jiàn)圖5),該井僅在1 447.2 m附近噪聲信號(hào)最強(qiáng),進(jìn)一步確定1 447.2 m為該井的出水泄漏點(diǎn)。

圖5 A井1 439～1 452 m井段噪聲解釋成果圖

結(jié)合該井工程、井溫、噪聲測(cè)試結(jié)果,最終確定1 447.2 m為該井的出水點(diǎn)位置,通過(guò)工藝封堵措施后,該井含水率、動(dòng)液面下降,恢復(fù)正常生產(chǎn)產(chǎn)能,措施后生產(chǎn)數(shù)據(jù)如圖2措施后部分所示。

用相同技術(shù)思路,開展Z277示范區(qū)塊的B井和C井的實(shí)例應(yīng)用。B井和C井在停產(chǎn)前日產(chǎn)油量均在1.0 t以上,含水率在40%～60%。高含水后,油井短時(shí)產(chǎn)能丟失迅速,通過(guò)液量、含鹽量、動(dòng)液面變化情況,判斷為套損井高含水所致。B井和C井基本信息見(jiàn)表2,Z277示范區(qū)塊3井次測(cè)試應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表2 Z277區(qū)塊B井和C井基本信息參數(shù)表

表3 套損井出水判識(shí)測(cè)井技術(shù)應(yīng)用效果表

從以上測(cè)試技術(shù)可看出,常規(guī)測(cè)試思路無(wú)法滿足特殊情況下相關(guān)測(cè)試要求,且單一測(cè)試手段難以精準(zhǔn)獲取出水位置,需通過(guò)多種測(cè)試方式相結(jié)合,才能達(dá)到最終測(cè)試目的。三參數(shù)(伽馬+壓力+磁定位)測(cè)井和工程測(cè)井(MIT+MTT)是關(guān)停套損井找漏測(cè)試的基礎(chǔ),針對(duì)單井井況不一的情況,需具體問(wèn)題具體分析,采用相適應(yīng)的測(cè)井系列方案設(shè)計(jì)。

方案設(shè)計(jì)1:三參數(shù)測(cè)井+工程測(cè)井+井溫測(cè)井+噪聲測(cè)井。適用于井筒工具較少、井口壓力較大、注水量大等相對(duì)困難情況下的井。

方案設(shè)計(jì)2:三參數(shù)測(cè)井+工程測(cè)井+井溫測(cè)井。適用于井筒同位素沾污嚴(yán)重、井筒水質(zhì)較差情況下的井。

方案設(shè)計(jì)3:三參數(shù)測(cè)井+工程測(cè)井+井溫測(cè)井+流量測(cè)井(同位素測(cè)井、渦輪流量測(cè)井、氧活化測(cè)井這3種流量測(cè)井視具體井況選擇)。適用于井筒水質(zhì)較好、在井口壓力不大、注水量相對(duì)容易的井。

隨著測(cè)井技術(shù)發(fā)展,目前也有一些其他的潛在技術(shù)(如光纖測(cè)井、井下電視測(cè)井等)在長(zhǎng)停套損井找漏測(cè)試中應(yīng)用,但這類測(cè)井技術(shù)成本高,建議應(yīng)用在潛力較大、能挽回高昂測(cè)試成本、帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的井中。

5 結(jié) 論

(1)在選井上,選取的目標(biāo)井應(yīng)具有回報(bào)大于投入的原則,即在充分認(rèn)識(shí)目標(biāo)井地質(zhì)、油藏及潛力等基礎(chǔ)條件下選取。

(2)對(duì)井筒流體壓差門檻值達(dá)不到測(cè)井儀器啟動(dòng)排量下限值時(shí),即井筒流體壓差不足的井,需考慮其他組合技術(shù)。

(3)套損井存在破損位置,不一定是出水位置,傳統(tǒng)工程測(cè)井無(wú)法確定套損點(diǎn)位置是否為出水點(diǎn)位置。因此,在技術(shù)組合系列上,要根據(jù)不同井況具體分析,綜合確定最終具有結(jié)合性與針對(duì)性的組合測(cè)井方案。

(4)長(zhǎng)停套損井出水找漏技術(shù)在長(zhǎng)慶油田Z277示范區(qū)塊的成功應(yīng)用,不僅盤活閑置資源,還有效促進(jìn)了區(qū)塊的整體協(xié)調(diào)開發(fā),為油田帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益,在該區(qū)塊具有積極推廣意義。