電纜爬行器找水測試技術應用研究

張璽亮，張鳳輝，薛德棟，李志勇

（中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300457）

0 引言

水平井作為老油田調整挖潛提高采收率、新油田實現少井高效開發的一項重要技術，得到了大力推廣及應用。常規直井生產動態評價技術已經成熟，水平井由于井下多相流流態復雜，水平井產出剖面測試存在相當大的難度[1]，生產時測試儀器難以下入井內，對測量儀器和輸送方式要求較高，生產過程中的找水測試一直是亟待解決的難題之一。國外常利用井下爬行器攜帶生產測井儀器進行生產動態評價。同時，由于渤海油田大多數水平井的完井方式是裸眼防砂完井，后期出水問題在工藝的具體實施上難度比較大，加之水平井井身結構復雜，需要可精確控制移動的輸送工具、管內動態分段測試工藝。

因此，針對目前該技術在海上油田的緊迫需求，以及國內外在該技術上的進展情況，針對性地開展此項技術研究，解決目前海上油田水平井面臨的找水難題，為中國海上油田的上產、穩產提供更好的技術支持。

圖1 水平井爬行器找水管柱Fig.1 Water pipe alignment by crawler in horizontal well

圖2 電液爬行器儀器構成Fig.2 Composition of electro-hydraulic crawler

1 海上油田水平井找水工藝難點

據2014年統計，中國海油每年水平井數量增長20%～30%，現僅渤海油田有水平井近600口。目前，海上油田水平井完井方式多采用裸眼完井，也有部分尾管完井和套管完井，其優質篩管規格有4-1/2in、5-1/2in和7in，管外沒有任何分隔措施，無法保證找水的準確性。

2 海上水平井爬行器找水測試工藝原理及關鍵工具研究

海上水平生產井為了實現在正常生產條件下進行測試，需要在分采井實施，通過Y接頭中的生產堵塞器實現水平井正常生產條件下的分段流量測試，確定主力出水層段。利用產液剖面測井儀，采用爬行器輸送方式，配合管內分段工具進行精確找水規律研究。

2.1 水平井爬行器找水測試工藝原理

工藝管柱圖如圖1所示。在電纜作業時，撈出Y接頭中的生產堵塞器，下入測試儀器工具串，包括：測試堵塞器、電纜頭、振動解卡短接、旋轉及張力短接、爬行器、柔性短接、扶正器、產液剖面測試儀、分隔儀。

2.2 爬行器找水工藝流程

爬行器輸送測試儀器的測試工藝，垂直井段靠儀器（包括爬行器和測試儀器）自然重力下放遇阻位置。1）地面操控牽引器在水平井生產段的前進或后退到指定目的層段；2）在水平井找水測試作業時，通過地面控制分隔儀的脹封和收縮，完成裸眼防砂完井任意層段的管內分隔；3）利用連接在分隔儀之間的含水測試儀器進行油井產液量和含水率測試；4）通過地面軟件模擬計算井筒流場變化，分析判斷已測試層段與出水位置變質量流體的流動規律，定位“出水段”，從而實現精確找水。

2.3 關鍵工具研究

2.3.1 輸送工具井下爬行器

針對國外Sondex公司以及國內現有54mm水平井電動爬行器在實際應用中存在的問題，儀器過長、外徑過大，導致適用性減小，越障能力下降。根據海上油井特點和工程需要，結合國內目前的工業和技術水平，提出了新一代水平井動力自由組合式電液爬行器（詳細結構見圖2），創新性地由液電驅動代替傳統電機驅動，最大牽引力達到4.5kN，打破國內同尺寸爬行器牽引力紀錄。在陸地某油田成功完成推送固放磁測井儀器至水平井目的層段2井次，驗證了工藝技術的可靠性，為今后海上油田推廣實施奠定了基礎。

2.3.2 水平井動態封隔集流測試分隔儀

測試分隔儀是用于海上水平井裸眼防砂完井管內分段測試過程中大通徑動態分隔的專用儀器，整個系統采用上、下分隔儀輔助分段，配合爬行器及找水儀進行現場作業。如圖3所示，分隔儀主要由分隔總成脹縮控制機構及地面控制軟件組成。上、下分隔儀可獨立控制，其連接方向不同。動態分隔工作過程需要與爬行器配合使用，爬行器工作時確保集流傘布處于收縮狀態；爬行器鎖止，集流傘布和輔助定位打開。分隔儀成對使用，分段最短長度為找水儀的長度，可以控制在2m以內。找水時，爬行器作為輸送工具，兩支分隔儀相向安裝，之間連接找水儀，實現分段找水。

測試分隔儀主要技術參數：

◇ 外徑：φ54mm

◇ 整機耐壓：60MPa

圖3 測試分隔儀結構設計Fig.3 Structure design of test separator

圖4 找水測量儀結構設計Fig.4 Structure design of water finding measuring instrument

◇ 整機耐溫：0℃～125℃

◇ 工作電壓：140V DC

◇ 適用管徑：2-7/8in～7in

◇ 日產液流量：最大500m3/d

2.3.3 找水測量儀

國外各大測井公司針對水平井都推出了相應的測量儀器，如斯倫貝謝公司的多參數產出剖面測井儀Flagship，可以實現在復雜水平多相流流態下的產液剖面測量，但儀器市場價格昂貴，維護周期長[2]。如圖4所示，找水測量儀是專為水平井管內分段集流測試設計的流量及含水測量工具，與爬行器、分隔儀配接。具有低頻段、高頻段自動辨識切換功能的全量程流量測試功能，提高井下原油含水數據采集的準確度，解決傳統方法在水平井介質分層流動時測量不準確的問題。

含水測量原理：采用單傳感器加電導率傳感器補償的測量含水方案，測量天線傳感器測量油水混合液，相含率測量原理為短波吸收法，測量范圍為0～100%含水率。

流量測量原理：找水測量儀下到水平段產層后，通過單芯電纜供電，分隔儀打開集流傘，產液通過集流傘集流后通過進液管進入整流測試取樣管中，推動渦輪轉動，渦輪轉軸上鑲嵌的一塊導磁材料旋轉時，就會在附近的霍爾元件中感應出電信號，從而測量流量。

2.3.4 水平井找水測試及動態分隔定位方法

海上油田水平井找水測試工藝儀器組合包括井下爬行器、分隔儀、含水測試儀器。含水測試儀器利用上述找水測試儀器組合進行動態分隔定位的方法，包括以下步驟：

1）組裝找水測試儀器串。

2）下入找水測試儀器串：將找水測試儀器組合下入井內，靠儀器自重自由下入井下直至不能下入為止；然后，通過地面控制器啟動井下爬行器，牽引找水測試儀器串至指定測試水平層段趾端[3]。

3）在線找水測試：通過地面控制器控制上分隔儀和下分隔儀的脹封和收縮，完成裸眼防砂完井任意層段的管內分隔，待上分隔儀和下分隔儀鎖定之后，含水測試儀器進行油井產液量和含水率測試，記錄測試數據，并將數據反饋地面，以便進行數據解釋。

4）模擬分析定位：將獲得的數據通過地面軟件模擬計算井筒流場變化，分析判斷測試水平層段與出水位置關于篩管——流量、下入儀器管內分隔后流場等情況的關聯特點，以此定位“出水段”，從而實現該測試水平層段的精確找水。

5）分段封隔找水：完成一段水平層段的測試后，井下爬行器牽引找水測試儀器組合至下一段測試水平層段，按上述步驟再一次進行找水測試，并依次循環直至完成整體水平層段的找水測試。

6）起出找水儀器串：找水測試完成后，收攏上分隔儀和下分隔儀，關閉含水測試儀器，使用電纜滾筒起出找水測試儀器串。

3 找水方法室內評價驗證

如圖5所示，利用水平井（定向井）防砂物模試驗裝置，下入7in篩管進行礫石充填，模擬水平井篩管防砂完井出水，在水平井段設置多個出液點，每個出液管線裝有分相計量設備，并實現獨立控制。進行水平井產出剖面測井，模擬全水平井段長度的井下生產狀況，確定主要產水部位。采用單芯電纜供電及通信的電液爬行器、上下分隔儀以及含水測試儀器進行測試。

圖5 井筒模擬找水試驗流程方案Fig.5 Flow scheme of wellbore simulation water finding test

數值模擬與物模分析方法結合，建立了室內模擬海上水平井篩管防砂完井出水找水的研究方法，完成了水平井出水位置與分段找水位置關系變化規律研究，可精確判斷出水位置，找水符合率達到90%。

4 海上水平井爬行器找水技術的適用性探討

根據水平井地質油藏條件、需求、經濟性等，油田開發時會選擇不同的完井方式，完井方式對找水工藝有著直接影響[4]。

對于射孔完井的水平井，可利用封隔器將各層分開，每層加上配產器，然后分層求產，找出出水部位，這種方法比較直接。

在渤海油田，裸眼篩管完井是水平井完井中最多的由于篩管外面并沒有與油層分隔，這類完井管柱給后續的找水和堵水作業帶來不便，一般采用示蹤劑測井，通過化學封隔器用來后續分隔層/段，但畢竟有作業風險，不能保證每次施工的成功。所以，將來這種完井方式的水平井可以采用爬行器找水工藝實施準確找水。

當然，如果能在完井時根據地質油藏特點，完井時直接在隔層/段處設置管外封隔器，則為后續的找堵水作業提供極大便利。

5 結論

水平井爬行器找水技術形成了一套以爬行器為輸送方式的水平井測試工藝及配套工具，建立了海上水平井篩管防砂完井出水找水的研究方法；為套管井、篩管完井水平井測井提供了一種更快捷、更經濟、更安全的新工藝，為老井挖潛、找水、堵水和調整注采關系等提供了可靠的技術保障，也為水平井的動態監測提供了一種全新的技術手段，對確定剩余油分布，提高油氣采收率具有重要意義。

同時，水平井爬行器找水測試技術在全國還處于摸索應用階段，隨著不斷的試驗和研究，逐步認識到了一些方法的局限性和不足，隨之而來的是更加先進的測井技術不斷得到應用。因此，要求隨時掌握水平井測井新方法的應用情況，開發一種成功率高、適用性強、測量結果準確的測井方法。