底水油藏水平井套外光纖智能完井技術(shù)試驗

中圖分類號：TE348 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.12473/CPM.202406051

LiDajian，Wu Chunsheng，Cui Ziyue，etal.Testofthe external-casing optical fiberintellgent completion technologyforhorizontalwels in bottom-waterreservoirs[J].China Petroleum Machinery，2025，53（7）：129-135.

Test of the External-Casing Optical Fiber Intelligent Completion Technology for Horizontal Wells in Bottom-Water Reservoirs

Li Dajian ^1，2 Wu Chunsheng1.2Cui Ziyue3Wang Xu4Yang Haitao ^1，2 Gao Yu1，2 （1.Oilamp;Gas TechnologyResearchInstitute，PetroChinaChangqingOilfieldCompany；2.NationalEngineeringLaboratoryfor ExploratinandDevelopmentofLowPermeabilityOilamp;GasFields；3.ExplorationDivision，PetroChinaChangqingOilfeldCompany;4. No.9 Oil ProductionPlant，PetroChina Changqing Oilfield Company）

Abstract：In the production process of horizontal wels in botom-water reservoirs，water production and flooding caused bybotom-water coningare keyfactors restricting the development effctof horizontal wells.There is an urgent need to figure out efective techniques of water control in the whole life cycleof bottom-water reservoirs.In Changqing Oilfield，water productionand flooding occur in horizontal wels for developing bottom-water reservoirs.To solve these problems，for purpose of the integration ofperformance monitoring and control at producing intervals，following the idea of intelligent completion of oil wells，and combining with the conditions of well completions，a solutionof water control during intellgent completion was proposed，which incorporates the external-casing distributed optical fiber for permanent monitoring on production performanceat the producing interval and the switchable sliding sleeve ofcasing for performance control atthe producing interval.A string consisting of external-casing distributed optical fiber + switchable sliding sleeve of casing + permanent downhole gauge was designed innovatively，and supporting keytoos were designedand manufactured.Thus，anew intelligent completion technologyforhorizontal wells inbotom-waterreservoirs was formed，and it has been testedat Well Chi97H The results show that the use of the external-casing distributedoptical fiber for continuous，real-time monitoring and interpretation of the temperature，acoustic vibration and downhole pressure signals ofthe whole welbore，especiallthe producing interval，helps fullunderstandthe performanceatthe producing interval andlocate the waterproducing interval，sothat the sliding sleeveofcasing atthecorresponding interval is closed to resume the well productivity.In this way，the water-flooded wels inbotom-water reservoirscan beeffectivelycontrolled.The study demonstrates thattheexternal-casingopticalfiber intellgentcompletion technology for horizontal wels is an ffective option to realize the water control in bottom-water reservoirs.

Keywords： bottom-water reservoir； horizontal well; intellgent completion;switchable sliding sleeve；distributed fiber

0 引言

邊底水油藏是油田開發(fā)的一種重要油藏類型，受到開發(fā)油層構(gòu)造高度、邊底水層位置、油井生產(chǎn)制度等因素影響，生產(chǎn)過程中常伴隨邊底水抬升、底水錐進(jìn)，導(dǎo)致油井過早見水甚至水淹，嚴(yán)重影響了油井產(chǎn)能發(fā)揮，降低了油藏采收率與開發(fā)效益，亟需建立相適應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行干涉治理。

為有效解決邊底水油藏開發(fā)油井過早見水問題，近年來國內(nèi)外油田、油服公司開展了不同形式的技術(shù)攻關(guān)試驗與探索。一方面主要通過開展不同類型工藝措施進(jìn)行被動治理，如化學(xué)堵劑（凝膠堵劑 + 納米高強(qiáng)堵劑）堵底水、注入化學(xué)軟隔板封底水、底水油藏氣頂驅(qū)控底水以及液控智能自適應(yīng)控流量裝置2、優(yōu)化生產(chǎn)制度的方式抑制底水過快錐進(jìn)突破等，在礦場試驗取得了初步效果。但受到油藏特征、油井完井方式以及不同井況特征影響，目前尚處于試驗應(yīng)用階段，還沒有達(dá)到技術(shù)成熟、推廣應(yīng)用的程度。另一方面，在充分調(diào)研智能完井技術(shù)原理[4-5]、關(guān)鍵技術(shù)[6]、技術(shù)方向[、技術(shù)思路的基礎(chǔ)上[8]，進(jìn)行主動防治。主要通過研制配套關(guān)鍵工具，在井筒內(nèi)構(gòu)建實時監(jiān)測系統(tǒng)、產(chǎn)層段控制系統(tǒng)4，依據(jù)產(chǎn)層段產(chǎn)出類型、產(chǎn)出特征監(jiān)測與解釋分析，判識出水層段，通過產(chǎn)層段流量無級調(diào)控，達(dá)到穩(wěn)油控水、高效生產(chǎn)的目的。技術(shù)調(diào)研表明，針對邊底水油藏主動防治智能完井工藝技術(shù)，主要基于在井筒內(nèi)建立監(jiān)測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的方式實現(xiàn)工藝目的。如智能完井用遠(yuǎn)程控制開關(guān)技術(shù)[9]，遼河油田雷64-34-22井試驗的液壓無級流量調(diào)控智能完井技術(shù)[]，貝克休斯公司研發(fā)的MultiNodeTM全電動智能完井系統(tǒng)（TEC電纜連接至地面控制單元 + AFC井下閥）[1]，蓬萊油田試驗的SmartWell智能完井技術(shù)[12]，液控多級流量控制閥智能完井裝置研制與應(yīng)用[13-16]，多節(jié)點智能完井技術(shù)研究與應(yīng)用[17]等。以上工藝技術(shù)整體來說系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對井筒狀況要求高，受到井筒結(jié)蠟、結(jié)垢、出砂等因素影響嚴(yán)重，技術(shù)適應(yīng)性低，同時對后期井筒工藝配套提出了新的挑戰(zhàn)。

針對邊底水油藏生產(chǎn)見水問題，筆者借鑒智能完井主動防治策略，按照找水 - 控水一體化技術(shù)思路[18]，基于目前分布式光纖監(jiān)測產(chǎn)剖解釋方法的建立與發(fā)展[19-20]，以及現(xiàn)場應(yīng)用效果的驗證分析[21-22]，提出了套外布放分布式光纖全井筒實時監(jiān)測、可開關(guān)套管滑套實現(xiàn)產(chǎn)層段產(chǎn)出控制為核心的新型智能完井工藝技術(shù)方案。相對目前主體智能完井技術(shù)，該方案具有井筒配套工具少、不影響井筒內(nèi)通徑與后期各種措施實施等技術(shù)優(yōu)勢，提高了技術(shù)適應(yīng)性。同時開展現(xiàn)場試驗1口井，初步實現(xiàn)了底水油藏水淹水平井產(chǎn)能快速恢復(fù)的工藝目的，為同類油藏高效防治提供了新的技術(shù)手段。

1底水油藏水平井智能完井工藝管柱設(shè)計

通過構(gòu)建底水油藏水平井智能完井井下監(jiān)測系統(tǒng)、產(chǎn)層段液流控制系統(tǒng)，設(shè)計形成了新型智能完井工藝管柱，如圖1所示。

井下監(jiān)測系統(tǒng)：套管外布放分布式光纖、井底設(shè)置永置式壓力計，利用光纖本身既是傳感器又是數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的雙重屬性，通過對全井筒（包括產(chǎn)層段）溫度剖面、聲波振動等信號的連續(xù)實時監(jiān)測，結(jié)合井下壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)，解釋分析井筒內(nèi)不同位置發(fā)生的流體流動事件，進(jìn)而全面實時了解產(chǎn)層段及其他異常點（套破引起套漏等）產(chǎn)出（或流入）狀態(tài)，準(zhǔn)確分析定位主要出水層段或出水位置。相對于井筒內(nèi)布放電纜/光纜、井下設(shè)置傳感器的方式，不改變井筒內(nèi)部環(huán)境，從而為后期井筒作業(yè)、井筒配套、措施實施提供了前提條件，同時工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，技術(shù)優(yōu)勢明顯。

液流控制系統(tǒng)：主要通過在水平井段設(shè)置可開關(guān)套管滑套的方式，實現(xiàn)對產(chǎn)層段液流的控制?？砷_關(guān)套管滑套在完井時隨套管一同下人設(shè)計產(chǎn)層段，壓裂改造時，通過連續(xù)管輸送可開關(guān)滑套開關(guān)鑰匙，工具逐級打開套管滑套，對方案設(shè)定的油層段進(jìn)行壓裂改造。在完井后正常生產(chǎn)過程中，依據(jù)分布式光纖、井下壓力計監(jiān)測數(shù)據(jù)，解釋產(chǎn)層段產(chǎn)出類型及特征，判識出水層段或位置；通過井筒內(nèi)普通油管連接開關(guān)鑰匙工具對出水層段對應(yīng)的可開關(guān)滑套進(jìn)行關(guān)閉作業(yè)，控制出水層段產(chǎn)出，使產(chǎn)油層段產(chǎn)出，實現(xiàn)智能完井控制出水層段、快速發(fā)揮產(chǎn)油層段潛力的目的。

2 關(guān)鍵工具設(shè)計加工

根據(jù)底水油藏套外分布式光纖、可開關(guān)套管滑套智能完井工藝系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)計加工了與工藝系統(tǒng)相適配的關(guān)鍵工具。

2.1 光電復(fù)合纜

光電復(fù)合纜集成了光纜與電纜（見圖2）。光纜主要用來監(jiān)測全井筒不同位置溫度、聲波振動信號，內(nèi)部設(shè)計為3芯光纖（1芯單模光纖監(jiān)測聲波振動，2芯多模光纖監(jiān)測溫度剖面）；電纜主要是實時連續(xù)監(jiān)測井底壓力，為產(chǎn)層段產(chǎn)出流體流態(tài)解釋分析提供依據(jù)。井底設(shè)置套管壓力計及托筒連接光電復(fù)合纜，井下永置式壓力計選用成熟的電子壓力計，確保了井下壓力監(jiān)測的精度和穩(wěn)定性。光電復(fù)合纜采用耐腐蝕825合金鋼管內(nèi)鎧、方形PVC外鎧設(shè)計，在功能上兼顧了光纖溫度、聲波振動監(jiān)測與電子壓力計供電、數(shù)據(jù)傳輸?shù)木C合技術(shù)要求，滿足與套管同步下鉆過程中耐磨、耐壓及抗拉性能，保障了光電復(fù)合纜與套管固定后在下鉆過程中避免損傷，為油井完井后全生命周期生產(chǎn)過程永久式監(jiān)測打下基礎(chǔ)。

2.2 可開關(guān)套管滑套

為實現(xiàn)產(chǎn)層段產(chǎn)出調(diào)控，設(shè)計加工了一種新型P110材質(zhì)可開關(guān)套管滑套及開關(guān)鑰匙工具（見圖3）。通過開關(guān)鑰匙工具對套管滑套實施打開與關(guān)閉作業(yè)，滿足產(chǎn)層段從前端壓裂改造到后端生產(chǎn)過程中產(chǎn)出調(diào)控?？砷_關(guān)套管滑套內(nèi)通徑與完井套管內(nèi)徑相同，確保后期井筒處理、施工作業(yè)不受內(nèi)通徑變化影響。套管滑套外部設(shè)置過電纜槽，用于光電復(fù)合纜下井保護(hù)與穿越。滑套開關(guān)鑰匙設(shè)計為膠圈密封，承壓 70MPa 、耐溫 120°C ，滿足儲層壓裂改造承壓性、密封性以及后期層段關(guān)閉過程中密封性要求?；组_關(guān)鑰匙打開力設(shè)為 15～25kN ，確?；状蜷_、關(guān)閉作業(yè)順利，成功率高。

滑套開關(guān)鑰匙工具設(shè)計為液壓驅(qū)動、凸鍵式結(jié)構(gòu)。工具內(nèi)驅(qū)動壓力較低時凸鍵能夠自動回收，整體上結(jié)構(gòu)簡單、安全性高。

2.3 配套工具與裝置

依據(jù)水平井套外分布式光纖智能完井工藝技術(shù)要求，設(shè)計加工了與工藝相適配的配套工具，主要包括光電復(fù)合纜穿越套管頭、井口復(fù)合纜密封器、復(fù)合纜保護(hù)卡子以及地面控制柜，如圖4所示。

光電復(fù)合纜穿越套管頭主要是通過在套管頭上設(shè)置穿越孔實現(xiàn)復(fù)合纜井口穿越與密封，耐壓能力 70MPa 。井口復(fù)合纜密封器主要是實現(xiàn)復(fù)合纜穿越套管頭后光纜、電纜分離穿越并密封，穿越密封耐壓 103MPa 為確保信號傳輸穩(wěn)定、密封可靠，設(shè)計了專用套管復(fù)合纜保護(hù)卡子，卡子內(nèi)設(shè)纜槽，通過卡子骨架以及纜槽固定實現(xiàn)了復(fù)合纜有效保護(hù)。地面設(shè)計了專用控制柜，內(nèi)置DTS、DAS、壓力監(jiān)測裝置。當(dāng)光電復(fù)合纜井口穿越后，連接地面控制柜，在控制柜進(jìn)行光纜、電纜接頭安裝與保護(hù)，并連接光纜、電纜采集裝置、便攜式計算機(jī)，實現(xiàn)井下信號連續(xù)實時監(jiān)測、存儲和顯示。

3礦場試驗與效果

為了評價工藝系統(tǒng)及配套工具性能，在池97H^* 井上開展了現(xiàn)場試驗評價，完成了產(chǎn)層段從壓裂改造到后期生產(chǎn)過程壓裂層段流體流入與改造層段流體產(chǎn)出的連續(xù)實時動態(tài)監(jiān)測。依據(jù)監(jiān)測結(jié)果，通過可開關(guān)套管滑套關(guān)閉作業(yè)，控制出水層段產(chǎn)出、發(fā)揮產(chǎn)油層段潛力。

3.1 試驗井井況

池 97H^* 井開發(fā)油藏為三疊系延長組長2油層，底水發(fā)育，油層有效厚度 6.8m 、電阻率8.0Ω?m 、聲波時差 235.0μs/m 、孔隙度 12.9% 、視滲透率 3.4mD 。該井完鉆井深 2 493m ，水平段長達(dá) 173m ，設(shè)計壓裂改造段數(shù)5段。

2022年10月對該井開展了智能完井技術(shù)試驗評價，套管外置光電復(fù)合纜、可開關(guān)套管滑套、井下永置式壓力計與托筒等工藝配套工具。工具順利下人設(shè)定位置，保障了該井從壓裂改造到后期生產(chǎn)全過程井下動態(tài)監(jiān)測與解釋分析。

3.2監(jiān)測結(jié)果與解釋分析

在完成了層段壓裂改造過程的動態(tài)監(jiān)測后，依據(jù)套管外分布式光纖溫度及聲波振動實時連續(xù)動態(tài)監(jiān)測結(jié)果，從聲波振動高能帶分布特征（炮眼附近流量突然增大而產(chǎn)生高強(qiáng)度聲波振動）、溫度剖面溫降變化（地層大量集中進(jìn)液時產(chǎn)生溫降反應(yīng)）能夠?qū)崟r反映改造層段壓裂液、支撐劑進(jìn)入地層情況（見圖5）。該井完井后關(guān)井階段、開井生產(chǎn)階段全井筒溫度剖面監(jiān)測顯示，溫度變化明顯，主要是產(chǎn)層段產(chǎn)出及井筒流動造成了溫升現(xiàn)象，溫度曲線發(fā)生了正向偏移（見圖6。投產(chǎn)后日產(chǎn)液量 10.76m³ ，含水體積分?jǐn)?shù) 83.5% ，日產(chǎn)油1.78t 生產(chǎn)一段時間后底水錐進(jìn)突破，造成該井含水體積分?jǐn)?shù)上升至 100% 。根據(jù)分布式光纖產(chǎn)出監(jiān)測解釋結(jié)果顯示，主要為第3層段、第4層段見油藏底水（見圖7）。

3.3產(chǎn)層段調(diào)控作業(yè)及效果

針對池 97H^* 井完井生產(chǎn)后底水突破見水情況，為了抑制出水層段，有效恢復(fù)油井產(chǎn)能，分別開展了生產(chǎn)制度優(yōu)化調(diào)整、見水產(chǎn)層段套管滑套關(guān)閉措施作業(yè)。初期對該井生產(chǎn)制度進(jìn)行了優(yōu)化（主要是減小生產(chǎn)參數(shù)），進(jìn)一步降低井底生產(chǎn)壓差，緩解產(chǎn)層段底水錐進(jìn)程度，從生產(chǎn)動態(tài)曲線上看，起到了一定程度的控液增油效果，但效果有限。2023年11月，采用普通油管 + 滑套開關(guān)鑰匙工具進(jìn)行滑套關(guān)閉措施作業(yè)，將第3、4產(chǎn)層段套管滑套進(jìn)行了關(guān)閉，措施后該井日產(chǎn)液量、含水體積分?jǐn)?shù)均實現(xiàn)了明顯下降，日產(chǎn)油由0.56t上升到了2.87t（見圖8），并持續(xù)有效，初步實現(xiàn)了該井底水錐進(jìn)突破的有效控制與產(chǎn)能恢復(fù)。同時，套管滑套關(guān)閉作業(yè)后，從套外分布式光纖水平井段溫度瀑布圖、聲波振動瀑布圖以及產(chǎn)液剖面監(jiān)測解釋結(jié)果可以看出，第3、4產(chǎn)出層段關(guān)閉有效，層段附近沒有溫差、聲波振動產(chǎn)出信號特征，表明可開關(guān)套管滑套井下工作穩(wěn)定，開關(guān)部件密封性可靠。底水油藏套管外分布式光纖 + 可開關(guān)套管滑套智能完井技術(shù)試驗取得明顯效果，證明該技術(shù)滿足了產(chǎn)層段動態(tài)連續(xù)監(jiān)測與產(chǎn)出調(diào)控的生產(chǎn)需求。

新型智能完井工藝現(xiàn)場試驗評價1口井雖然取得初步效果，但工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是井下壓力計、光電復(fù)合纜在井下長期運(yùn)行的安全有效性需要進(jìn)一步試驗驗證；同時也暴露出整個工藝系統(tǒng)成本較高，還需要通過系統(tǒng)優(yōu)化、關(guān)鍵工具改進(jìn)等方式進(jìn)一步降低成本，推動工藝技術(shù)切實成為底水油藏控水增油的有效方式。

4結(jié)論

（1）針對底水油藏生產(chǎn)矛盾，借鑒現(xiàn)有智能完井工藝技術(shù)思路，創(chuàng)新設(shè)計了水平井套管外分布式光纖、可開關(guān)套管滑套為核心的新型智能完井工藝管柱，拓寬了智能完井技術(shù)手段。（2）根據(jù)水平井套外分布式光纖智能完井工藝結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求，設(shè)計加工了與工藝相匹配的全套工具，現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，工具關(guān)鍵性能指標(biāo)滿足工藝技術(shù)需求。（3）池97H*井套外光纖智能完井礦場試驗效果明顯，表明新型智能完井技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)油井從壓裂改造到后期生產(chǎn)的全過程產(chǎn)層段產(chǎn)出監(jiān)測解釋，為后期生產(chǎn)制度優(yōu)化調(diào)整、產(chǎn)層段調(diào)控提供了有效依據(jù)。根據(jù)套管滑套關(guān)閉作業(yè)前后生產(chǎn)動態(tài)分析，產(chǎn)出監(jiān)測解釋準(zhǔn)確，滑套關(guān)閉可靠，有效恢復(fù)了水淹井產(chǎn)能，對于國內(nèi)同類油藏的有效治理拓展了技術(shù)方向，具有一定指導(dǎo)借鑒意義。

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第一

作者簡介：李大建，生于1979年，高級工程師2006年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事機(jī)械采油工藝技術(shù)研發(fā)、試驗與推廣應(yīng)用工作。地址：（710018）陜西省西安市。電話：（029）86590731。email：ldj_cq@petrochina.com.cn。

收稿日期：2024-12-19 修改稿收到日期：2025-02-16（本文編輯南麗華）