交互式試井技術(shù)在探井測試中的應(yīng)用

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0 引言

電子壓力計(jì)是試井過程中不可或缺的重要儀器，其可以獲得大量的井下數(shù)據(jù)為試井解釋提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。電子壓力計(jì)主要包括直讀式和存儲(chǔ)式兩種類型，其中存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)在實(shí)際作業(yè)中應(yīng)用更為廣泛。在進(jìn)行試井作業(yè)時(shí)，將存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)隨測試管柱下入井中，試井作業(yè)結(jié)束之后將其取出，通過回放了解井下的溫度以及壓力信息，并用于試井評(píng)價(jià)解釋。這種方式操作簡單方便，只要確保存儲(chǔ)式壓力計(jì)能夠在井下正常工作便可以滿足試井需求。特別是在關(guān)井狀態(tài)下，可以獲得更為完整準(zhǔn)確的井中壓力、溫度等數(shù)據(jù)信息[1]。但在試井作業(yè)過程中，井下工況往往非常復(fù)雜，存儲(chǔ)式壓力計(jì)在井下工作狀態(tài)是否正常以及其獲取的數(shù)據(jù)能否有效滿足試井解釋需求，要起出測試管柱之后對數(shù)據(jù)進(jìn)行回放才能夠確認(rèn)。如果存儲(chǔ)式壓力計(jì)在井下工作時(shí)遇到問題，地面工作人員不能及時(shí)了解，因此難以第一時(shí)間進(jìn)行處理，導(dǎo)致這種數(shù)據(jù)獲取方式存在一定的盲目性[2]。待管柱起出之后如果獲取數(shù)值質(zhì)量不合格，需要重新下測試管柱進(jìn)行試井，不僅會(huì)影響測試效率，還會(huì)顯著增加試井成本。高慶春[3]指出現(xiàn)階段我國油氣田在進(jìn)行試井作業(yè)時(shí)，試井時(shí)間通常僅可以滿足基本試井解釋需求，待雙對數(shù)曲線平面徑向流出現(xiàn)便結(jié)束，這導(dǎo)致關(guān)井壓力恢復(fù)時(shí)間過短，對試井壓力恢復(fù)解釋質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。汪宏偉等[4]研究表示在對注水井進(jìn)行試井時(shí)，其井口一直處于高壓狀態(tài)，若井口閘門發(fā)生泄漏或者配水間分水閘門竄，便可能導(dǎo)致試井失敗，如果采用存儲(chǔ)式壓力計(jì)無法在其起出之前對試井失敗原因進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。曹運(yùn)興等[5]表示對于低壓低滲儲(chǔ)層來說，由于其壓力擴(kuò)散速度較慢，在進(jìn)行試井時(shí)適當(dāng)延長測試時(shí)間可以提升試井解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性，但是如果采用存儲(chǔ)式壓力計(jì)難以明確應(yīng)該延長的測試時(shí)間。

直讀式電子壓力計(jì)主要為將電纜與壓力計(jì)相連，然后通過絞車將壓力計(jì)下入井中，這樣壓力計(jì)在井下所獲取的壓力以及溫度等數(shù)據(jù)信息便可以通過電纜實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛?，并在?jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。工作人員通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，便可以了解井下溫壓系統(tǒng)情況以及壓力計(jì)工作狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)壓力計(jì)存在問題便可以馬上進(jìn)行更換，有效保障數(shù)據(jù)獲取質(zhì)量。殷世江等[6]表示對于高壓高產(chǎn)井來說，在應(yīng)用直讀式電子壓力計(jì)時(shí)建議壓力計(jì)的傳感器采用石英，并且在壓力計(jì)上附加加重桿，便于其能夠順利下入井中。何銀達(dá)等[7]指出電纜直讀試井工藝具有良好的數(shù)據(jù)傳輸效率以及實(shí)時(shí)性，不足之處為不能進(jìn)行井底關(guān)井作業(yè)，只能進(jìn)行井口關(guān)井，這樣只能獲得井底壓力和溫度的靜態(tài)數(shù)據(jù)。同時(shí)受到井筒儲(chǔ)集效應(yīng)影響，獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性降低，對于低壓低滲井來說這種情況更為嚴(yán)重，為了克服該問題需要延長關(guān)井時(shí)間，但是這樣會(huì)增加試井成本。

針對上述兩種試井工藝存在的問題，本文提出交互式試井技術(shù)。該技術(shù)不僅可以在地面實(shí)時(shí)了解井下的壓力、溫度等信息，還可以在井下關(guān)井狀態(tài)下應(yīng)用，同時(shí)還可以避開井筒儲(chǔ)集效應(yīng)的負(fù)面影響，提升數(shù)據(jù)精度。本文將該技術(shù)應(yīng)用于海上探井測試中，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)徑向流，縮短關(guān)井時(shí)間，在低壓低滲等常規(guī)試井工藝難以獲取資料的困難井也可以獲取準(zhǔn)確完整的井下數(shù)據(jù)。

1 交互式試井工藝原理

試井的主要目的是為了研究油藏滲流特征以及儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)，估算油藏儲(chǔ)量規(guī)模，明確供油半徑等，為油藏油藏調(diào)剖方案制定以及注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整等提供支持。交互式試井也被稱之為電纜直讀試井技術(shù)，其主要包括地下和地上兩部分：地下部分主要為工具載體、電子壓力計(jì)、測試閥、數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器和接收器、無線傳輸裝置等；地上部分主要為地面顯示控制裝置、電纜絞車、計(jì)算機(jī)等，如圖1 和圖2 所示。

圖1 交互式試井地下部分

圖2 交互式試井地面部分

信號(hào)發(fā)射裝置與LPR-N 測試閥連接，在進(jìn)行試井時(shí)隨著管柱下入井中。通過LPR-N 測試閥管壁通道連接壓力計(jì)傳壓口，這樣在關(guān)井狀態(tài)下電子壓力計(jì)也可以對油藏溫度、壓力等變化情況進(jìn)行監(jiān)測。通過電纜將帶有數(shù)據(jù)信號(hào)接收器的直讀工具串下入井中，并在合適位置固定，閥下電力壓力計(jì)便可以獲取油藏中的溫度和壓力數(shù)據(jù)。然后通過無線傳輸裝置和信號(hào)發(fā)射器將獲取數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送出去，電纜攜帶的信號(hào)接收器接收到信號(hào)之后，經(jīng)過一定的預(yù)處理便會(huì)將信號(hào)通過電纜傳輸?shù)降孛妗?/p>

交互式試井技術(shù)通過試井工具與井下測試工具之間的協(xié)同配合，以及井下無線信號(hào)傳輸模式，可以在井下閥開關(guān)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)地面試井?dāng)?shù)據(jù)直接讀取。交互式試井工具保留了常規(guī)全通徑測試工具酸化、壓裂以及射孔等聯(lián)合功能，同時(shí)在地面可以實(shí)現(xiàn)對井下數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測。此外，該技術(shù)對傳統(tǒng)試井工具難以或者無法實(shí)現(xiàn)的低壓低滲井、高壓油氣井以及井況較差的裸眼井等均可以實(shí)現(xiàn)試井?dāng)?shù)據(jù)的地面直讀。

2 技術(shù)特點(diǎn)分析

交互式試井技術(shù)可以通過兩種方式來獲取井中溫度、壓力等數(shù)據(jù)：一是在地面對井中溫度壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行直接讀??；二是采用交互方式來獲取井中溫度壓力數(shù)據(jù)。這兩種方式具有明顯的特點(diǎn)：地面直讀方式是通過電纜將電子壓力計(jì)下入井中實(shí)現(xiàn)對井中溫度和壓力參數(shù)的觀測，這種方式的優(yōu)點(diǎn)為在交互式試井技術(shù)出現(xiàn)問題時(shí)，能夠?qū)袦囟葔毫Φ葦?shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)行測量，為放噴求產(chǎn)科學(xué)選擇油嘴提供依據(jù)。這種方式的不足為在進(jìn)行試井時(shí)無法獲得測試閥以下深度的溫度壓力數(shù)據(jù)。交互方式是對地面直讀方式的有效補(bǔ)充，兩者相互結(jié)合，能夠克服地面直讀方式的不足，又可以保障井內(nèi)觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)獲取。

3 實(shí)際應(yīng)用

本文將交互式試井技術(shù)應(yīng)用于我國海上某預(yù)探井的試井作業(yè)，該井所在海域水深為26.6 m，通過自升式鉆井平臺(tái)開展試井作業(yè)。測試層位深度為2 850～2 865 m，為含礫細(xì)砂巖儲(chǔ)層，孔隙度為22.0%，泥質(zhì)含量為5.5%，含水飽和度為43.8%，測井解釋結(jié)果為油層，具有良好的物性。

采用四開四關(guān)的測試程序?qū)υ搶游贿M(jìn)行DST 測試，在二開、三開和四開時(shí)均獲得一個(gè)工作制度下的產(chǎn)能，DST 測試總時(shí)間為50.6 h，包括開井時(shí)間32.3 h和關(guān)井時(shí)間18.3 h，共產(chǎn)原油322.4 m3。

3.1 求產(chǎn)工作制度

在對海上油氣井進(jìn)行DST 測試時(shí)，工作制度選取需要考慮如下方面：

(1)井底流動(dòng)需要達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，通常要求求產(chǎn)穩(wěn)定時(shí)間不能低于4 h。對于油層來說1 h 內(nèi)壓力變化幅度不能超過0.1 MPa，產(chǎn)量變化幅度不能超過10%；對于氣層來說1 h 內(nèi)壓力變化幅度不能超過0.07 MPa，產(chǎn)量變化幅度不能超過5%。

一、圍繞國家重大戰(zhàn)略做好物流業(yè)的保障。要推進(jìn)制造業(yè)強(qiáng)國的戰(zhàn)略，圍繞鄉(xiāng)村戰(zhàn)略，構(gòu)建農(nóng)業(yè)農(nóng)村物流體系，圍繞京津冀協(xié)同發(fā)展、長江經(jīng)濟(jì)帶和粵港澳大灣區(qū)的戰(zhàn)略，圍繞社會(huì)物流保障體系，構(gòu)建符合“一帶一路”建設(shè)需要的物流保障網(wǎng)絡(luò)，積極融入全球供應(yīng)鏈體系。

(2)對生產(chǎn)壓差和壓降進(jìn)行有效控制，避免地層出水出砂。

(3)在滿足上述條件下，盡量調(diào)大油嘴放噴求產(chǎn)，有助于獲得地層最大供給能力[8]。

對該井進(jìn)行DST 測試，開井期間可以通過交互式試井技術(shù)實(shí)時(shí)獲得井中的溫度、壓力等參數(shù)，然后基于井口壓力、實(shí)時(shí)產(chǎn)量變化情況以及含水含砂監(jiān)測情況，結(jié)合壓差壓降，便可以選擇合理的求產(chǎn)工作制度。

在進(jìn)行二開時(shí)，在井中下入交互式試井工具，對井底的溫壓變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。待原油流出井口之后，綜合考慮井口壓力、實(shí)時(shí)產(chǎn)量變化情況以及含水含砂監(jiān)測情況，從小到大逐漸調(diào)大油嘴。待油嘴達(dá)到11.11 mm 時(shí)，井下以及地面產(chǎn)能均趨于穩(wěn)定。通過計(jì)算可知，壓降區(qū)間范圍為6.2%～6.5%，相對較小。在該工作制度下求產(chǎn)，獲得日產(chǎn)油331 m3，日產(chǎn)氣5.25×104m3。

三開井作業(yè)程序與二開井保持一致。在油嘴達(dá)到12.70 mm 時(shí)，井下以及地面產(chǎn)能均趨于穩(wěn)定。通過計(jì)算可知，壓降區(qū)間范圍為7.8%～8.3%，相對較小。在該工作制度下求產(chǎn)，獲得日產(chǎn)油423 m3，日產(chǎn)氣6.04×104m3。

基于上述二開井和三開井計(jì)算得到的壓降均偏小，在進(jìn)行四開井時(shí)繼續(xù)調(diào)大油嘴，并在該過程中對出水出砂情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。在四開時(shí)選取15.88 mm油嘴進(jìn)行放噴求產(chǎn)，通過計(jì)算可知，壓降區(qū)間范圍為10.4%～11.7%。在該工作制度下求產(chǎn)，獲得日產(chǎn)油562 m3，日產(chǎn)氣8.80×104m3。

3.2 關(guān)井時(shí)間控制

基于測試操作技術(shù)手冊，如果在關(guān)井期間井底壓力沒有發(fā)生變化，那么應(yīng)控制關(guān)井時(shí)間超過開井流動(dòng)時(shí)間的兩倍。在剛開始關(guān)井時(shí)，下入交互式試井工具，對井下溫度、壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，并對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場解釋。如果出現(xiàn)雙對數(shù)曲線的形式可以表明當(dāng)前關(guān)井恢復(fù)所處的階段，為判斷關(guān)井恢復(fù)是否到位提供依據(jù)。

該井二開時(shí)間為7.5 h，基于上述分析二關(guān)井時(shí)間不能低于15.0 h。在二關(guān)井5.0 h 后基于關(guān)井恢復(fù)壓力數(shù)據(jù)繪制雙對數(shù)曲線，如圖3 所示，可以看到井中壓力逐漸趨于穩(wěn)定。為了確保地層壓力恢復(fù)到位，繼續(xù)關(guān)井4.0 h，觀察雙對數(shù)曲線的變化情況，此時(shí)測井解釋為徑向流直線段，已經(jīng)具備了測試關(guān)井恢復(fù)要求，因此結(jié)束關(guān)井，該關(guān)井時(shí)間比技術(shù)手冊理論關(guān)井時(shí)間節(jié)約6.0 h。

圖3 二關(guān)井5.0 h后基于關(guān)井恢復(fù)壓力數(shù)據(jù)繪制的雙對數(shù)曲線

3.3 求產(chǎn)期間壓降對比

對存儲(chǔ)式電力壓力計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，可以得到求產(chǎn)時(shí)最終的壓降數(shù)據(jù)結(jié)果。二開井時(shí)油嘴為11.11 mm，交互式和存儲(chǔ)式求產(chǎn)壓降分別為6.4 MPa 和6.6 MPa，誤差為3%；三開井時(shí)油嘴為12.70 mm，交互式和存儲(chǔ)式求產(chǎn)壓降分別為8.09 MPa 和8.48 MPa，誤差為4.6%；四開井時(shí)油嘴為15.88 mm，交互式和存儲(chǔ)式求產(chǎn)壓降分別為11.15 MPa 和11.78 MPa，誤差為5.4%。對比結(jié)果顯示，基于交互式直讀方法得到的壓降值與存儲(chǔ)式方法得到的數(shù)值差異較小，誤差在5.5% 內(nèi)，結(jié)果表明交互式試井方式具有較高的精度和較好的適用性。

3.4 關(guān)井恢復(fù)解釋對比

對存儲(chǔ)壓力計(jì)回放得到的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得到二關(guān)井期間的雙對數(shù)曲線圖，如圖4 所示。對比圖3 和圖4 可知，基于交互式試井?dāng)?shù)據(jù)和存儲(chǔ)壓力計(jì)回放數(shù)據(jù)解釋的雙對數(shù)曲線均出現(xiàn)了較為明顯的徑向流段，并且兩者出現(xiàn)時(shí)間基本一致，這也表明了交互式試井技術(shù)的準(zhǔn)確性。

圖4 基于存儲(chǔ)壓力計(jì)數(shù)據(jù)得到的雙對數(shù)曲線圖

基于交互式試井?dāng)?shù)據(jù)和存儲(chǔ)壓力計(jì)回放數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，均采用均質(zhì)油藏+1 條斷層(定壓邊界)解釋模型，其中交互式試井解釋滲透率為148 mD，表皮系數(shù)為3.17，原始地層壓力為27.94 MPa，認(rèn)為井筒存在一定污染，后期有變好趨勢；存儲(chǔ)壓力計(jì)回放數(shù)據(jù)解釋滲透率為157 mD，表皮系數(shù)為4.28，原始地層壓力為28.07 MPa，認(rèn)為井筒存在一定污染，后期物性變好?？梢?，基于交互式試井?dāng)?shù)據(jù)和存儲(chǔ)壓力計(jì)回放數(shù)據(jù)試井解釋結(jié)果基本一致。兩種方式在進(jìn)行試井解釋時(shí)由于數(shù)據(jù)完整性不同，故兩者在表皮系數(shù)解釋方面存在一定的差異。整體來說兩種方式計(jì)算得到的壓降數(shù)據(jù)相差很小，表明交互式試井技術(shù)具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.5 經(jīng)濟(jì)性分析

交互式試井可以顯著縮短測試周期，明顯提升經(jīng)濟(jì)效益。本文統(tǒng)計(jì)了近幾年采用交互式試井技術(shù)的6 口自噴井開關(guān)時(shí)間，結(jié)果顯示這6 口井的平均二關(guān)井時(shí)間為5.8 h，相比理論平均二關(guān)井時(shí)間26.1 h 縮短了20.3 h，這可以有效降低鉆井船占用時(shí)間，有效提升了試井工作效率。

此外，研究涉及的6 口自噴井近三年來累計(jì)測試31 層，共計(jì)節(jié)約作業(yè)時(shí)間近630 h，從節(jié)約鉆井船占用時(shí)間的角度進(jìn)行折算，累計(jì)節(jié)約占用鉆井船時(shí)間約26.2 d。近三年探井測試日均費(fèi)用約為179 萬元，以此為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算其經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果顯示交互式測井技術(shù)的應(yīng)用共為公司節(jié)省作業(yè)費(fèi)用約4 682.4 萬元，年均節(jié)省作業(yè)費(fèi)用1 560.8 萬元，大幅降低了探井測試作業(yè)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和推廣意義。

4 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

傳統(tǒng)探井測試中應(yīng)用的存儲(chǔ)式試井方式需要在測試管柱起出后回放數(shù)據(jù)，才能獲取壓力計(jì)工作狀態(tài)以及判斷存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是否滿足地質(zhì)油藏需求。該方式施工難度較低，但是難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，增加了探井測試作業(yè)的周期以及成本費(fèi)用。交互式試井技術(shù)通過無線傳輸?shù)姆绞綄⒔邮掌餍盘?hào)傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)，使得實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測成為現(xiàn)實(shí)。該技術(shù)的應(yīng)用能夠更好地輔助測試工作決策并降低測試作業(yè)成本。通過研究，主要得到如下結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

(1)交互式試井技術(shù)在開井期間能夠?qū)崟r(shí)獲取井下的溫壓數(shù)據(jù)，為科學(xué)選擇工作制度提供可靠依據(jù)；

(2)交互式試井技術(shù)在關(guān)井條件下也可以對井下溫度、壓力變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，明顯改善數(shù)據(jù)信息獲取的時(shí)效性，對儲(chǔ)層快速解釋評(píng)價(jià)具有重要意義；

(3)交互式試井技術(shù)與存儲(chǔ)壓力計(jì)試井在解釋結(jié)果方面具有良好的一致性，兩者在試井時(shí)相互校驗(yàn)，可以顯著提升測試資料的可靠性和準(zhǔn)確性，同時(shí)可以避免重復(fù)施工；

(4) 交互式試井技術(shù)可以顯著縮短探井試井時(shí)間，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。