水平井產液剖面測試工藝管柱及應用

程世偉

（吉林油田公司油氣工程研究院采油工藝研究所 吉林松原 138000）

1 概述

水平井技術在目前的國內外石油工程領域得到了非常廣泛的應用，水平井與傳統的直井相比，具有泄油面積大、生產井段長、井底壓降小等優勢，大大提高了油藏的采收率。在水平井石油開采過程中出現了一部分水平井的產量很低、生產效果不好的現象，特別是在吉林油田這種致密油藏的開采過程中，采用水平井分段壓裂投產后，提高了致密油藏單井產量，但生產過程中出現了大量油井因含水上升而導致的產出油量快速降低。并且油井出水后因無法判斷出水層段位置，而無法開展有針對性的堵水措施，導致油藏整體開發效果變差。隨著油田開發期的延長、開發程度的提高，制定合理開發方案、實施有效措施方案難度越來越大，對井下產出層位認識不清，嚴重制約著水平井產能的發揮。因此，開展水平井產液剖面測試技術研究，加強水平井的產層認知，可以有效指導油田開發，對油井的增產措施起到至關重要的作用。

目前，國內外水平井測試工藝技術主要有連續油管輸送、特制硬電纜輸送、地面水動力輸送及井下爬行器輸送四種方式（表1）。

這四種方式均需要采用電纜輸送的方式，全井段電纜裸露在油管內，電纜容易受損傷，且需要針對各個層位分別進行測試，故存在測試效率低的技術問題，還存在占井時間長、勞動強度大、成本較高的缺點。通過對比現有的水平井測試工藝技術，研究適合吉林油田的測試管柱尤為關鍵。

2 水平井產液剖面測試管柱組成

為了能夠在油井正常生產狀態下準確測量井下生產數據，同時有針對性地分析每一層位的生產狀況，需要研究設計水平井產液剖面測試一體化管柱。該工藝管柱主要包括生產管柱和測試管柱兩部分，生產管柱由抽油泵、油管和抽油桿組成，測試管柱由電控滑套、軟金屬扶正器、電控封隔器、存儲式流量組成，可根據測試需要，適當增加或減少測試管柱段數（圖1）。

圖1 水平井產液剖面測試工藝管柱示意圖

3 水平井產液剖面測試工藝原理

根據水平井生產層段的井下數據，配置好測試段數及下入位置數據，地面設置好各測試層段中電控滑套、電控封隔器及存儲式流量儀的開關時間，將一體化工藝管柱下入預定位置，通過液壓打壓的方式，先將扶正器扶正，在油井正常生產狀態下通過設置好的各儀器的開關時間，達到分隔各層段進行測試的目的。

表1 現有測試方式優缺點對比分析情況表

3.1 電動滑套的設計

根據現場的實際需求定時設置滑套的開關，保證油套空間的液流正常流動。通過預約設置電機工作時間，使得電機帶動絲杠運轉時推動外工作筒向一邊運動，從而讓液體通過過液通道，保證滑套開關的可靠性，使得油套空間的液流正常流動。采用進口電機、聯軸器等可保證供電系統的可靠性。

3.2 軟金屬扶正器的設計

3.2.1 軟金屬扶正器的工作原理

（1）扶正：液體通過上接頭進水閥進入，扶正塊伸出扶正體，起到擴張扶正的作用。

（2）解封：上提上接頭后，內部壓力通過上鋼套上端水孔排出，扶正塊失去擴張支撐，在儲能彈簧力下復位。

（3）重復扶正：液壓通過中心管下端水孔進入復位液缸，使扶正體及坐封液缸復位后，繼續加壓即可使扶正塊伸出工作

3.2.2 軟金屬扶正器特點

（1）外徑φ100并且在下井過程中，扶正塊含在扶正體內部，只有工作時才伸出扶正體。下井過程中不易刮壞。

（2）使用儲能彈簧和液壓控制扶正塊位置，在扶正塊上設計儲能彈簧，液壓啟動扶正時儲存能量，并輔助鎖緊扶正。解壓后，扶正塊在彈簧力下復位，防止卡井。

（3）含有鎖定裝置，泄壓后依舊對管柱起到扶正作用，提拉解封。

（4）如因扶正塊發生卡井事故，直接提拉即可使鋁合金扶正塊產生變形，不會形成真正意義上的卡井事故。

（5）只要鋁合金材質的扶正塊不發生變形就可在井下重復使用。

3.2.3 電控封隔器的設計

針對水平井水平段層間壓差小，較低密封壓力即可達到分隔層段的需求，設計研發了電動皮碗式封隔器，可根據現場實際需求定時設置封隔器的脹封、解封，其皮碗材質較軟，不會造成卡井事故，為產液剖面測試分隔油層提供有效的技術保障。

該封隔器通過地面設置電機工作時間，使得電機帶動絲杠運轉時推動外工作筒作往復運動，從而使得封隔器脹封、解封。采用皮碗式膠筒，在待機狀態時被鋼件整齊得包裹起來，需要密封時，只需鋼件收回即可靠自身彈力直接封隔油套環空。其優點是簡單、省力，缺點是承壓小。在實際試驗中，溫度越高，膠筒越軟，密封性越好。

3.2.4 存儲式含水流量儀的設計

由于水平井井身結構的特殊性，傳統檢測手段無法將儀器下入水平段，因此采用了存儲式含水流量儀，可同時監測井下產液量、產出液的含水率、油層壓力、油層溫度等四項參數。同時要保證測試管柱的各種工具工作正常，設計了具有可以控制地層與油管連通狀態的井下電子控制開關與流量儀進行配合。儀器的井下測試工作過程全部由數據采集模塊完成，自動連續記錄油井生產過程中各層位的生產數據。

4 現場應用實例

2017年12月，扶余采油廠扶平261井為了提高油井產能，降低含水，有效封堵井下出水層位，進行了水平井產液剖面測試管柱的現場應用。由于該井井下有5個生產層段，確定了測試管柱部分電動封隔器的位置后，下入工藝管柱進行生產測試30天。隨后起出管柱，在地面讀取了井下各段的生產數據，綜合分析判斷出1、4、5生產層段為高含水層段，2、3生產層段為主要產液層段。根據此結果進行了堵水施工，見到了很好的增油效果。

5 結論與認識

（1）水平井產液剖面測試工藝管柱采用的是一體化管柱，減少作業費用，其配套工具可重復利用，節省操作費用，定點測試，準確度高，工具串外徑小，安全性高。

（2）產液剖面測試工具：電控滑套、電控封隔器、扶正器、測試儀等能夠在井下能夠正常工作。

（3）水平井產液剖面測試管柱的應用，能夠取得水平井各層段的產量、含水、壓力、溫度等四項參數。對水平井的產層認知，為合理優化水平井措施方案提供可靠依據。