套返水平井單封拖動管柱快速找水方法研究與應用

慕立俊，王 百，崔文昊，朱洪征，李大建，牛彩云

（1.長慶油田公司 油氣工藝研究院，西安710021；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710021）

套返水平井單封拖動管柱快速找水方法研究與應用

慕立俊1，2，王 百1，2，崔文昊1，2，朱洪征1，2，李大建1，2，牛彩云1，2

（1.長慶油田公司 油氣工藝研究院，西安710021；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710021）

水平井某層段與注水井溝通，壓力遠高于未見水層段的產油層段，使產油層段被抑制，甚至水倒灌向地層驅油，導致水平井全井筒為水，使井口返水。采用皮碗封隔器拖動卡封找水方法，各層段逐一組合不同噴點的油管／套管同時生產，通過錄取井口油管及套管的返液量及含水資料，準確快速地判斷出水層段。配套形成了2套工藝管柱，單井找水周期1～2 d，大幅縮短找水周期，為套返水平井的快速找水提供技術手段。

水平井；拖動卡封；快速找水；管柱

長慶油田屬于低滲透、低壓、低豐度油藏，油井需壓裂改造提高儲層導油能力、注水補充能量開發，水平井見水不可避免，且井下油水縫網關系復雜，水平井見水已成為制約水平井高效開發的關鍵因素。目前，長慶油田投產水平井已超過1 000口，含水大于80%的高含水油井200多口，已占總井數的1／4，受見水影響，日損失產能1 000多t。

近年來，水平井作為長慶油田提高單井產量和轉變開發方式主要技術手段，應用規模逐年擴大，高含水井數也隨之增加，水平井找水技術是控水穩油措施的前提，是高含水井有效治理的關鍵技術。目前國內常規產液剖面測試、中子氧活化水流測井等，不能滿足長慶油田水平井找水要求，機械分段逐一生產找水測試周期長，找水效率低。因此，開展了小流量水平井快速找水技術研究。針對長慶油田超前注水開發、壓裂改造，部分井投產即水淹，井口返液的特征，研究形成了套返水平井拖動管柱、逐一卡封層段、井口判斷出液量的快速找水技術。

1 套返水平井生產特征

1.1 生產過程中見水和井口返水

長慶低滲透油田具有“低壓、低滲、低豐度”的特征，需要注水補充能量、多段壓裂改造，且采用五點法、七點法、九點法、米字型等多種注水井網來探索開發。由于多種開發技術的綜合應用，儲層微裂縫發育，致使本身較復雜的井下油水關系更加復雜，水平井在生產過程中見水不可避免。

在注水開發井網中，水驅優勢方向基本與人工裂縫方向一致，當人工裂縫與井筒方向的銳角夾角較小時，各條裂縫、井筒方向、水驅優勢方向趨于一致，注入水將很容易沿人工裂縫突進至井筒，致使注入水和裂縫快速溝通見水，甚至快速導致水淹，使井口返水。例如，長慶油田長平1井，其生產曲線如圖1。

圖1 長平1井生產曲線

1.2 投產高含水和井口返水

在超前注水開發區塊，受儲層微裂縫發育，水驅前緣到達油井附近，在壓裂改造時，人工裂縫直接與注水井溝通，造成投產即高含水，井口返水。例如，長慶油田長平2井，其超前注水生產曲線如圖2。

圖2 長平2井超前注水生產曲線

2 國內水平井找水技術現狀

目前國內各油田應用的找水工藝技術主要有產液剖面測試、氣舉測試工藝技術和機械找水工藝技術。

2.1 產出剖面測試找水方法

產出剖面測試［1］是在油井正常生產情況下，從環空下入產液剖面測試儀器進行測試，找出產水層。該工藝受井況條件限制較多，儀器環空起下困難，應用范圍有限。產液剖面綜合測試儀如圖3。

圖3 產液剖面綜合測試儀示意

工藝特點：

1） 流量測試可達到5 m3／d。

2） 含水范圍不受限制。

3） 找水費用高（80萬元／井次）。

2.2 脈沖中子氧活化測井

脈沖中子氧活化測井是一種能測定井下水流速度的方法，在注入剖面的測試中測得的是分小層絕對注入量。適用于地面油套分注井、井下偏心配水器分注井、存在大孔道地層的井及注聚合物井的注入剖面測試，還可以用于油、水井的查竄找漏。因此，該技術在油田注入剖面監測及油、水井查竄、找漏等工作中將發揮越來越重要的作用。氧活化測井儀結構如圖4。

圖4 氧活化測井儀結構

工藝特點：

1） 適用流量大于50 m3／d。

2） 含水大于85%的水平井找水。

3） 找水費用高（80萬元／井次）。

2.3 長慶油田水平井分段生產找水技術［2-3］

皮碗封隔器將水平井射孔段分開，智能開關器在地面設定開關采集時間在井下定時開啟和關閉，地面抽油機連續生產，地下單層采油，求出各段產液量、含水、壓力及溫度等數據，為分段分析和評價提供依據。管柱及原理如圖5～6。

圖5 水平井分段生產找水管柱示意

圖6 三段式水平井找水原理

工藝特點：

1） 不受油井產液量影響，可進行低產水平井分段測試分析。

2） 抽油過程采用過橋采油泵，使得泵下載荷由過橋外掛承載，泵筒不受載荷。

3） 采用自封形式皮碗封隔器卡層，坐封不需加壓，起鉆無解封載荷。

4） 開關器自動開關，不通過地面作業實現井下換層。

5） 測試層段獨立生產，測試數據直接得到，而不用通過差減法計算。

6） 單段找水周期6～8 d，找水周期長。

7） 找水費用（20萬元／井次）

3 單封拖動管柱快速找水方法

針對套管完井多段壓裂自噴（溢流）水平井，提出并設計了單封拖動管柱快速判斷出水層段的管柱及方法，工藝過程簡單、安全可靠。下測試管柱及合采過程中，開關器處于打開狀態，分段生產過程中，開關器處于關閉狀態，利用皮碗封隔器封隔下層，生產皮碗封隔器油套環空以上射孔段，根據井口產液量及含水變化情況確定出水層段，若井口產水量突降或者不出水表明找出出水層段，若井口產水量無法變化，表明出水點在該射孔段之上，直接上提管柱至上一射孔段上部，重新將井口與地面單量系統流程連接進行生產直至找水出水層段，為水平井的控水增油措施提供可靠的依據。

3.1 工藝原理

從跟部到趾部拖動管柱，用封隔器和油管依次將水平井射孔段與井口連通，在地面計量油管及油套環空返水量，判斷主要出水層段。

3.2 管柱結構

找水管柱由智能開關器、皮碗封隔器、扶正器、篩管、母堵組成，如圖7所示。

圖7 拖動管柱快速找水工藝管柱及原理

3.3 工藝特點

1） 該找水工藝較分段生產、產液剖面測試大幅縮短找水周期，找水周期僅為1～2 d。

2） 該工藝找水費用較其他工藝低（8萬元／井次），僅為其他工藝費用的1／10。

3） 該找水方法僅適用套管完井多段壓裂改造的套返井。

3.4 關鍵工具

3.4.1 智能開關［4］

主要由橋通體和開關器芯體2部分組成，上下與油管連接，如圖8。

圖8 智能開關器示意

采用高能電池供電。在到達設定時間時，由微電腦給微電動機驅動系統發出指令，使驅動系統開始工作，從而帶動開關閥打開或關閉，實現及時對目的層的自動切換。

3.4.2 封隔器

在油井找水測試中，考慮到水平井的井身結構特點，要保證測試的準確性及起鉆安全性，通過分析，認為皮碗封隔器進行測試最為理想。

1） 皮碗封隔器結構原理 皮碗封隔器是一種自封式封隔器，它主要依靠皮碗與套管內壁的過盈接觸和井內壓差來達到封隔油套環空的目的。通過材料及結構的優化改進，承壓壓差可達30 MPa以上。外形如圖9。

圖9 高壓皮碗封隔器示意

2） 結構特點 ZF皮碗封隔器以其皮碗的金屬骨架結構來提高封隔器的承壓能力，隨管柱下入就可封隔油、套環空，不需動管柱或打壓坐封；皮碗可對裝（保持來自兩個方向的壓力），也可同向（向上或向下）；修井時可直接上提起出管柱，不需要附加其他動力設備，無解封載荷。

3） 技術參數 ZF皮碗封隔器技術參數如表1。

表1 ZF皮碗封隔器技術參數

4 現場試驗

4.1 找水測試

長平X井于2013-04投產，分段多簇壓裂改造6段（噴點1為2 590 m；噴點2為2 530 m；噴點3為2 475 m；噴點4為2 424 m；噴點5為2 372 m；噴點6為2 296 m），投產即高含水，日產液16.72 m3，日產油0 t，含水100%，井口套管返水。

設計采用皮碗封隔器分別從噴點6到噴點2逐一拖動、卡封，從油管出液生產，通過判斷井口油套環空返液動態變化情況，確定具體出水位置。

管柱結構從上到下為：油管＋智能開關器＋皮碗封隔器＋篩管 ＋尾管＋錐形母堵。

封隔器卡封位置依次為：2 320、2 400、2 460、2 515、2 555 m。

根據封隔器卡封不同位置，油套溢流量測試結果（如表2）分析認為，噴點1、噴點3為主要出水層段；噴點2、噴點4、噴點5、噴點6為出油層段。如圖10～11。

表2 拖動管柱找水各位置溢流量測試數據

圖10 套管噴點6與油管噴點1～5

圖11 套管噴點5、6與油管噴點1～4

4.2 堵水效果

根據測試結果，機械橋塞卡封趾部噴點1～3，生產噴點4～6，含水由100%降至89.81%，日增油0.76 t。長平X井機械橋塞封堵趾部堵水后生產動態曲線如圖12。

圖12 長平X井機械橋塞封堵趾部堵水后生產動態曲線

5 結論

1） 通過關鍵配套工具設計，創新技術思路，形成了滿足見水后出水段壓力高、井口套返井的單封拖動管柱測試快速找水技術。

2） 該工藝技術大幅縮短了找水周期，單井找水周期由60～80 d下降至1～3 d，為盡快恢復高含水井產能提供了手段。

3） 采用油管輸送方式，大幅降低測試成本，找水成本為常規產液剖面的1／8。

4） 該技術具有找水成本低、速度快的特征，成為長慶油田水平井規模應用、高效開發的關鍵技術之一，應用前景廣闊。

［1］ 劉猛，高進偉，熊萬軍，等.水平井井下儀器送進技術的現狀及發展建議［J］.石油礦場機械，2004，33（6）：16-18.

［2］ 呂億明，王百，黃偉，等.水平井找水測試一體化工藝技術［J］.石油礦場機械，2011，40（2）：93-95.

［3］ 王百，呂億明，韓二濤，等.水平井生產測試管柱防垢工藝［J］.石油礦場機械，2010，39（9）：74-77.

［4］ 王百，黃偉，呂億明，等.旋轉活塞控制式智能開關器的研制與應用［J］.石油礦場機械，2011，40（11）：47-50.

Study and Application of Fast-water Detection in Set Return Horizontal Well Using Single Packing Drag Pipe

MU Li-jun1，2，WANG Bai1，2，CUI Wen-hao1，2，ZHU Hong-zheng1，2，LI Da-jian1，2，NI U Cai-yun1，2
（1.Oil&Gas Technology Research Institute，Changqing Oil f iel d Company，Xi’an 710021，China；2.National Engineering Laborator y f or Exploration And Develop ment of Low Per meability Oil and Gas Fiel d，Xi’an 710021，China）

In case of certain inter val of horizontal well connected wit h injection wells，t he pressure is much higher than that of no water in oil producing interval，the oil producing layers is made suppressed，even water flow back war d to drive t he oil flow reser voir deep，resulting horizontal wellbore all into water，make the wellhead water retur n.Drag packing with cup packer is used to detect water met hod，at each interval by co mbination of different perf orated inter val pr oducing with tubing／casing at the same ti me，through ad missions well head tubing and casing retur n fluid pr oduction and water factor，confir m water pr oduction interval accuratel y and rapidl y.Matching string for med t wo sets of process，in 1-2 days single well water cycle，greatly shorten the water detection cycle，which pr ovide technical means f or sets of fast ret ur n of horizontal wells f or water.

horizontal well；drag packing；fast detect water；string

TE935

B

1001-3482（2014）06-0053-06

2013-11-15

中國石油長慶油田分公司科研項目“長慶油田生產5000萬噸采油采氣關鍵技術研究”（2012-1-4）

慕立俊（1969-），男，甘肅慶陽人，高級工程師，博士，2011年畢業于西安交通大學，現主要從事采油工藝研究及管理工作。