分布式復合纜光纖產(chǎn)出剖面測井工藝在海上油氣田的應用

董家永，楊華僑，徐太保，張耿浩，武林芳，李敏

(1.中海石油有限公司海南分公司，海南 ?？?570000；2.中海油田服務股份有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

1 技術問題來源

為了高效開發(fā)低滲透油氣藏，海上油田多數(shù)采用大斜度、水平井開采方式，且水平段開采以裸眼、篩管或打孔管類完井為主，測試時儀器下入困難，水平井測試下入工藝是目前海上乃至陸地油田測井測試面臨的一大挑戰(zhàn)。此外該類井水平段儲層厚度大、有效儲層分布復雜、產(chǎn)出情況不明確，可能個別儲層產(chǎn)能較低，常規(guī)生產(chǎn)測井渦輪無法滿足精確定量評價的需求。為解決這些難題，海上作業(yè)引入分布式復合纜光纖產(chǎn)出剖面測井工藝。

分布式復合纜光纖產(chǎn)出剖面測井工藝是針對水平生產(chǎn)井復雜管柱測試提出的一種組合測試技術，是分布式光纖測井和常規(guī)電纜測井的組合工藝。與常規(guī)光纖測井工藝、連續(xù)油管光纖測井工藝對比，復合纜光纖測井可實現(xiàn)一次下井同時完成光纖測井和電纜常規(guī)測井等多個測量項目，作業(yè)時效、質(zhì)量控制及施工安全性方面更為優(yōu)越。同時，該工藝技術可延伸至壓裂改造效果監(jiān)測、油氣生產(chǎn)動態(tài)監(jiān)測、注入和產(chǎn)出剖面分析和井筒完整性監(jiān)測等多種測井項目。

2 測井工藝及工作原理

2.1 分布式復合纜光纖產(chǎn)出剖面測井工藝

生產(chǎn)井井斜過大，常規(guī)測井電纜輸送工具串無法依靠自身重力到達目的層，因此無法獲取到目的層的生產(chǎn)資料，這種情況下，海上作業(yè)一般采用兩種方式進行測井：第一種為連續(xù)油管分布式光纖測井，其優(yōu)點為操作簡單、風險較小、可順利達到目的層；其缺點為對產(chǎn)出層容易形成截流，無法獲取精確的產(chǎn)出情況，占用場地較大，無法滿足大部分平臺作業(yè)。第二種為爬行器+PLT(production logging technolgy)產(chǎn)出剖面測井，其優(yōu)點為爬行效率高、場地占用較小、滿足大多數(shù)平臺作業(yè)；其缺點為多次活動電纜、操作復雜，產(chǎn)量較低時渦輪無法滿足測試需求。

在海上平臺作業(yè)空間受限、水平生產(chǎn)井管柱復雜、油藏開發(fā)急需決策依據(jù)的情況下，選擇兩種方式進行組合測試，形成復合纜光纖產(chǎn)出剖面測井工藝[1]。該工藝在測井過程中無需多次重復活動電纜，確保了測試穩(wěn)定性，另外消除了傳統(tǒng)生產(chǎn)測井工藝因井下環(huán)境及水平多相流復雜流態(tài)影響所造成的測量誤差，保證了測試精度，該工藝測井時效性、穩(wěn)定性和測試精度優(yōu)勢明顯[2]。

2.2 分布式復合纜光纖測井原理

將穿有光纖的鎧裝鋼絲下入到目標井的目的層段，采用分布式光纖溫度感應技術(DTS)和分布式光纖聲波感應技術(DAS)組合的方式進行聯(lián)合監(jiān)測。測試時激光發(fā)生器向部署到井下的光纖射入激光并分析散射回的光信號，獲得整個光纜長度上的溫度、聲音以及單點壓力等變化信息，并根據(jù)測得的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合推演，最終得到井筒內(nèi)各產(chǎn)層產(chǎn)出油氣水的情況，如圖1所示。

圖1 光纖測試原理

2.2.1 DAS測井技術

分布式聲波傳感監(jiān)測(distributed acousticsensing，DAS)利用相干技術檢測瑞利散射光的相位實現(xiàn)音頻范圍內(nèi)的聲音或振動信號探測，其特點為不僅可以通過解調(diào)相位得到對應的振動事件，而且可以線性地提供振動強度的幅值，即可以提供振動事件的幅度及頻率信息。DAS工作原理為光脈沖在光纖里傳輸，當光遇到光纖里的不均勻材料時會產(chǎn)生后向散射，外界的擾動將影響后向散射光的相位，通過檢測相位變化即可得知發(fā)生的振動事件。同時，由于光速是固定的，通過計算散射光返回的時間，即可獲得發(fā)生振動事件的位置信息。

2.2.2 DTS測井技術

分布式溫度傳感監(jiān)測(distributed temperature sensing, DTS)利用后向散射光譜中的拉曼散射原理，在后向散射光譜中的拉曼散射的反斯托克斯光對溫度變化較為敏感。DTS測量井下某一深度的溫度變化可以用來判斷地層的熱穩(wěn)定性。在產(chǎn)液井或產(chǎn)氣井中，生產(chǎn)狀態(tài)下測量溫度曲線與原始地溫曲線存在差異變化，可以反映產(chǎn)出流量大小[2]。通過DTS數(shù)據(jù)采集、處理方法、解釋模型和解釋軟件的低成本、高精度技術體系可獲取穩(wěn)定階段的生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，尋找合理的單井生產(chǎn)制度，提高采收率，指導生產(chǎn)井后續(xù)開發(fā)方案調(diào)整。

3 工藝配套工具結構

3.1 測井工具

復合光纜由鎧裝鋼絲、電纜纜芯及2單模2多模光纖組成，既可通過電纜纜芯進行電纜測井，又可通過光纖進行井下數(shù)據(jù)的連續(xù)采集。復合光纜綜合性能強，具有高速、低衰減、抗干擾、低噪聲等特點，可同時傳輸光信號和電信號，充分發(fā)揮了光纜和電纜的優(yōu)點，節(jié)省布線空間，提高設備的集成度。復合式光纜測井能夠利用光纖的特性反映各層位溫度及振動的變化，并通過現(xiàn)代地面系統(tǒng)技術進行計算，獲得產(chǎn)出層位流態(tài)變化，判斷產(chǎn)出層是否存在出水問題。PLT產(chǎn)出剖面測井儀器中的產(chǎn)出剖面生產(chǎn)測井儀器串由XTU、PGR、QPC、FDI、CTF、CFBM等工具串組成，可通過測量的自然伽馬、磁性記號、流量、密度、持水率、壓力和溫度分析井內(nèi)的分層產(chǎn)量，了解產(chǎn)層動態(tài)，在本工藝中可對光纖的測量結果進行比對及校正。

3.2 井下輔助設備

爬行器是在水平及大斜度套管井內(nèi)輸送測井儀器的工具，當測井儀器在水平井或大斜度井無法依靠重力繼續(xù)下放至目的井段時，爬行器能利用自身的動力裝置將測井儀器輸送到目標井段。由于在作業(yè)期間需要由測井設備連接井口并由電纜設備輸送測井工具，測井設備裝置主要由測井工房、測井拖撬、發(fā)動機、防噴裝置等幾部分組成。測井拖撬是液壓驅動裝置，在下入電纜及儀器時可控制電纜及井下儀器的上下動作，使儀器在井內(nèi)實現(xiàn)上提下放；測井拖撬為測井作業(yè)操作場所，測井面板存放于拖撬內(nèi)，作業(yè)期間收集井下電纜采集的數(shù)據(jù)信號并進行測井作業(yè)。發(fā)動機為測井拖撬提供液壓動力源，主要由內(nèi)燃機、液馬達、濾清器、油箱和液壓閥等組成。測井工房為測井設備供電，以及存放測井所需要的儀器工具及設備。防噴系統(tǒng)為復合光纜帶壓作業(yè)提供密封功能，防止井噴。

3.3 地面采集設備

DAS采集主機用于采集光纖DAS數(shù)據(jù)，通過分析返回到接收端的信號，獲取外界作用的振幅、頻率，實時監(jiān)測井下事件發(fā)生的過程和狀態(tài)。DTS采集通過光纖技術實現(xiàn)對井內(nèi)溫度和應變的實時監(jiān)測，可以幫助工程師更好地了解井內(nèi)情況，以便更好地進行油氣開采和管理。測井儀器采集面板主機用于采集井下儀器測井的實時數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)對光纜進行校深及溫度刻度。

4 作業(yè)實施

4.1 前期準備

(1)制定作業(yè)方案。根據(jù)井型、井深、井壁材質(zhì)等因素，確定測井工具、控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集等設備的類型和數(shù)量，制定詳細的作業(yè)方案。(2)檢查設備狀態(tài)。對測井工具、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集設備及光纜進行嚴格檢查，確保設備完好無損，并進行必要的校準和測試。(3)確定作業(yè)人員。組建作業(yè)小組，確定每個人員的分工和職責，制定安全操作規(guī)程和緊急處理措施。

4.2 作業(yè)實施

(1)井口作業(yè)。在井口設置測井設備控制系統(tǒng)并進行調(diào)試，刻度光纖系統(tǒng)的DAS＆DTS地面數(shù)據(jù)，確保測井數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。(2)下井作業(yè)。使用電纜絞車將測井工具下放至井底，對井筒進行測量和探測，記錄井內(nèi)持水、地層壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并對井下工具的位置進行校深，以確認工具深度；當在大斜度井進行作業(yè)，測井工具無法依靠自身重力到達目的層時，需啟用爬行器將工具輸送到位。(3)數(shù)據(jù)采集。待井筒狀態(tài)穩(wěn)定后，連接光纖至DAS＆DTS采集面板，并將測得的數(shù)據(jù)通過光纜傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)采集設備，進行數(shù)據(jù)處理和分析，生成相應的測井曲線和報告，為得到該井生產(chǎn)狀態(tài)的精確數(shù)據(jù)，一般會使用多種模式進行切換，以便觀察井筒生產(chǎn)的變化。(4)作業(yè)結束。將測井工具緩慢升至井口并進行清洗，拆除控制系統(tǒng)并進行設備維護和保養(yǎng)，導出測量原始數(shù)據(jù)交給陸地解釋進行進一步分析，并形成最終的解釋報告。

復合光纖電纜測井作業(yè)需要在充分準備和嚴格操作的基礎上進行，確保測井數(shù)據(jù)的準確性和安全性，同時因光纖電纜一經(jīng)損壞無法修復，需加強設備維護和保養(yǎng)，提前做好檢測，提高測井作業(yè)的效率和精度[3]。

5 作業(yè)應用實例

X井是海上油田一口生產(chǎn)井，作業(yè)井深5432 m，最大井斜90°，水平段長達600多米。該井水平段生產(chǎn)管柱為10.16 cm(4 in)打孔管，水平段為一套較厚的低孔低滲儲層，項目要求落實水平段儲層具體產(chǎn)出情況，為后續(xù)區(qū)塊油氣開發(fā)提供依據(jù)。通過調(diào)研國內(nèi)外先進技術及案例，優(yōu)化施工工藝，完善施工方案，規(guī)避可能的作業(yè)風險，最終制定了“液壓爬行器+復合纜光纖產(chǎn)出剖面測井”的組合工藝技術。

組合工藝的作業(yè)流程：連接組合井下工具串，1.688"測井馬龍頭+爬行器+七參數(shù)產(chǎn)出剖面測井儀器，連接工具前，測量并記錄各入井工具長度及直徑，并對光纖進行地面DAS＆DTS刻度；下入復合光纜及測井工具串，每500 m上提下放測一次懸重，直到無法依靠重力進行下放；下至無法自由下放深度，進行七參數(shù)儀器上提校深，并記錄測井曲線；開啟爬行器，將儀器及復合光纜送至目標深度；連接光纖至DAS＆DTS采集面板，采集生產(chǎn)井內(nèi)多種制度的生產(chǎn)數(shù)據(jù)(開井、關井、放噴等)；采集完畢，將數(shù)據(jù)傳輸給陸地進行解釋及刻度并形成解釋報告。測試期間，光纖數(shù)據(jù)實時上傳，其中DAS數(shù)據(jù)上傳后可實時成圖顯示數(shù)據(jù)特征。通過不同生產(chǎn)制度轉換測試，DAS數(shù)據(jù)顯示井筒內(nèi)主要產(chǎn)出段、產(chǎn)出較少和基本不產(chǎn)出的層段，為油藏初步?jīng)Q策提供依據(jù)。通過綜合分析DTS溫度變化響應、DAS聲信號變化特征及常規(guī)電纜測試數(shù)據(jù)，可以得到井筒總產(chǎn)出情況及水平段儲層詳細產(chǎn)出剖面，為油藏制定后續(xù)開發(fā)決策提供有力依據(jù)。

6 結語

分布式復合纜光纖產(chǎn)出剖面測井工藝在海上油氣田首次作業(yè)成功，證明了該工藝在大斜度、水平復雜生產(chǎn)管柱井中獲取生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)的可行性，為油田該類井測試并獲取資料提供借鑒。該工藝可獲取水平生產(chǎn)井目標層較為豐富的測試數(shù)據(jù)，為目標區(qū)油氣藏研究和開發(fā)決策提供較為可靠的數(shù)據(jù)支持。