水平井找水技術現狀與快速找水方法探討

李大建，朱洪征，馬國偉，楊海濤，杜向前

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018； 2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710018）

近15 年以來，水平井開發規模快速增長，已成為各大油田，尤其是低滲透油田經濟效益開發的重要方式。為了有效建立壓力驅替系統，主要采用注水方式開發，受到儲層非均質性、天然裂縫及人工裂縫等因素的綜合影響，水平井開發過程中出現見水、水淹等問題，產能損失嚴重，已成為水平井規模效益開發的攔路虎。

圍繞見水水平井的有效治理目標，國內外油田持續開展了水平井找水測試技術攻關試驗，以期探索建立一整套有效的找水測試技術模式，用于指導水平井控水措施，最大程度減少產能損失，提高水平井開發效益。水平井找水測試技術目前整體上處于試驗探索階段，還沒有形成適應不同類型油藏、不同液量的水平井高效快速找水測試技術。為了促進水平井高效快速找水測試技術發展，有力支撐控水措施，在綜合調研摸排國內外油田水平井找水測試技術現狀基礎上，對技術特點、適應性、試驗應用效果進行了綜合分析、評判，逐步明確了水平井高效快速找水測試技術的發展方向，提出了一種全新高效快速找水測試技術方案，能夠滿足不同類型油藏、不同液量水平井找水測試要求，為水平井高效快速找水測試技術的試驗攻關提供了新的思路與借鑒。

1 國內外水平井開發現狀

自90 年代開始，水平井開發技術迅速發展，在薄層、邊底水、低滲透、常規稠油、天然裂縫發育以及非常規等油氣藏開發中得到廣泛應用，成為轉變開發方式的重要手段。從水平井技術發展歷程看，主要經歷了五次技術發展：1920—1930 年，反射地震技術的突破，促進水平井開發取得進展，產量由1×108t 提高到2×108t；1960—1970 年，板塊構造、生油理論、注水開發、噴射鉆井等技術的發展，推動水平井產量由10×108t 提高到20×108t；1980—1990 年，基于盆地模擬、水平鉆井、三維地震、二次采油技術發展，水平井產量穩定在30×108t 左右；2000—2015 年，集中體現在旋轉導向鉆井、水平井分段壓裂、隨鉆測井、超高密度數據采集等技術，產量邁上40×108t；2020—2035 年，將以智能油田、智能鉆井、納米驅油、原位改質等新技術為代表，有望助推產量邁向新高。

2011 年起，美國水平井鉆井進尺開始超過直井；2016 年，其水平井新鉆井數占比69%，進尺占比83%；截至2017 年底，其水平井總數12.3×104口（占比13%），水平井成為美國非常規儲層大規模開發的核心技術之一。2007 年起，國內水平井鉆井呈跨越式發展，截至2019 年底，中國石油水平井總井數近1.0×104口（占比3.8%），年產量1 207.7×104t（占比9.8%），主要分布在長慶、新疆、遼河等油田，其中低滲透油藏水平井超過3 000 口，年產量突破350.0×104t。

國內水平井開發主要采用套管完井，多段壓裂改造方式投產。儲層滲透率低，為了有效建立壓力驅替系統，主要采用直井注水、水平井采油方式生產。受儲層非均質性、天然裂縫與人工裂縫等綜合因素影響，開發過程中，注入水沿高滲通道突進、邊底水水竄或井間裂縫溝通現象普遍，油井含水急劇上升或暴性水淹問題突出，降低了水平井的開發效益。以長慶油田低滲透儲層水平井開發為例，2 707口投產水平井中，平均產液量6.8 m3，見水水平井1 255 口井，含水大于80%的井690 口，高含水關井160 口，年損失產能20×104t 以上。

2 水平井找水測試技術現狀

為實現見水水平井有效治理，近年來國內外油田依據水平井開發及井況特征，開展了不同類型找水測試技術攻關試驗，主要試驗形成9 種適應不同液量、不同完井方式的找水測試技術[1–11]。

2.1 常規水平井產液剖面測試

常規PLT 測井技術，主要通過陣列測試儀（陣列式含水持率儀、陣列式渦輪流量儀）對水平井段產液剖面進行監測、解釋，確定各層段產液、含水特征。該技術主要應用于自噴井，采用爬行器或連續油管輸送儀器，對于低液量機采井，采用爬行器提前預置井底。爬行器遇阻率達40%以上，且應用成本較高，陣列式流量測試儀流量門檻高（50 m3/d以上）。

2.2 中子氧活化產液剖面測試

電纜連接可控源脈沖中子測井儀器預置于油管內，采用液力泵送方式將測井儀輸送至井底，配套氣舉方式舉升井筒內井液，上提電纜時對測試井段進行測試。通過中子探測器探測氧活化水流的流速，反演水平井段產液剖面。該技術適應高液量井，氣舉舉升作業效率高，但配套難度大、成本高。

2.3 存儲式微聲差微溫差組合找水測試

普通油管輸送聚能多發多收測井儀，測井儀在井下產生聲波，通過聲波在油水中傳播時差來確定水平井段油水分布，結合測試井段溫度、壓力剖面曲線分析，進一步確定水平井段油水分布。該技術成本低，適用于低產井，但解釋出水段范圍寬、精確低，符合率不到60%。

2.4 連續管纜（撓性管）產液剖面測試

針對套管完井和低液量水平井找水測試，采用連續管纜攜帶測井儀，通過地面注入設備將測井儀從偏心井口輸送至測試井段，集流式測井儀定點測試井段溫度、壓力、流量、含水等參數，實時分析水平井段產液量剖面特征（圖1）。現場試驗成功率61%，因井筒結蠟、出砂、儀器直徑大等原因常導致儀器下不到設計位置，對低于5 m3/d 液量水平井測試解釋符合率不高。

圖1 連續管纜起下產液剖面測試示意圖

2.5 流體掃描成像（FSI)產液剖面測試

FSI 測井儀是斯倫貝謝公司研發的新型產液剖面測試儀器（圖2），采用多傳感器組合方式，監測井段溫度、壓力、流速、持水率、持氣率、井徑等參數，實現多相流產出剖面準確測試。采用連續油管輸送、光纖數據傳輸，實時生成測試井段流體成像，生動快捷，數據解釋可分辨分段、分簇產量貢獻率及主要產水層。該技術適用于套管完井、自噴井（液量大于50 m3/d）產液剖面測試，對于低液量井（小于30 m3/d）、篩管完井油井技術適應性低。

圖2 流體掃描成像（FSI)產液剖面測井儀示意圖

2.6 分布式光纖產液剖面測試

分布式光纖溫度剖面、聲波剖面監測是哈里伯頓公司研發的一種產液剖面測試技術。光纖既是傳感器也是一種信號傳輸介質，通過在測試井段布放分布式光纖，監測井段溫度分布和光纖沿線每個位置聲波振動相位、振幅、強度信息，對溫度、聲波數據綜合解釋分析，反演測試井段產液剖面，間接判識出水層段。目前主要采用連續油管內穿光纖（光纜）方式進行輸送（圖3）。該技術適應于套管完井自噴井或氣井測試，氣液界面解釋精度高，油水界面解釋精度有待提高。

圖3 分布式光纖產液剖面測井示意圖

2.7 分段示蹤找水測試

采用油管輸送方式將不同種類示蹤劑短節（如人造同位素、化學示蹤劑、量子示蹤劑）布放測試井段，井筒井液單向流動、并將水溶性示蹤劑帶至地面，通過地面井口取樣、監測不同時段示蹤劑含量，依據層段產液量與攜帶出示蹤劑含量成正比的原理，解釋分析主要出水井段及層段出水量。該測試工藝管柱簡單，對井筒及完井方式適應性強（圖4），測試井液量界限要求低。

圖4 分段示蹤找水測試示意圖

2.8 動態監測找水

采用專用測試舉升泵抽汲、挺桿輸送、電纜對接組合工藝，通過特種監測儀對水平井逐層段監測自然伽馬、溫度、壓力、流量、含水等參數，結合水平井綜合解釋模型，反演水平井段產液剖面（圖5）。挺桿輸送測試儀器方式在水平井段輸送距離受限（目前最大水平輸送位移730 m），長水平段井上應用受限。

2.9 分段生產找水測試

利用封隔器對水平井段分段封隔，配套抽油泵舉升，采用雙封單卡逐層段生產測試（圖6），井口計量、化驗含水，標定各層段產液、含水，確定出水層段。該測試工藝管柱簡單，對層段液量要求低，適應低液量井找水測試要求；單段測試周期5～7 d，單 試周期長、效率低。

圖5 動態監測找水測試示意圖

圖6 拖動管柱分段生產找水測試示意圖

綜合以上水平井找水測試技術測井原理、儀器輸送方式差異，考慮不同技術對單井液量、水平段長的適應性，從水平井液量、水平段長二維度對9 種不同找水測試技術應用界限進行了定性劃分、界定（表1）。

3 水平井高效快速找水技術方法探討

從水平井找水測試技術現狀看，主體技術主要適應于高液量井，針對低液量井雖然通過試驗形成了非主體技術，但適應性不強、測試效率低、測試周期長。水平井高效快速找水技術的試驗探索，尤其是針對低液量井的快速找水技術現場需求迫切。

3.1 水平井井況變化對找水測試技術提出新挑戰

近年來，水平井作為超低滲透、致密油藏較為實現經濟效益開發方式，應用規模快速擴大，且整體表現出壓裂改造段數、水平段長大幅度增加，但平均液量仍然較低。以長慶油田為例，2013 年至今，水平井平均改造段數由9 段大幅度提高到22 段，平均水平段長由880 m 增加到1 760 m，單井平均產液量10～20 m3，現有水平井找水測試技術突出表現為找水測試儀器水平井段輸送難度大、單井找水測試周期長、現場作業效率低，已經無法滿足現場水平井找水測試需求。

表1 不同類型水平井找水測試技術適應界限

3.2 水平井高效快速找水工藝設計

針對現有水平井找水測試技術存在的不足，以提高找水測試效率為目標，設計出了水平井高效快速找水工藝（圖7），技術應用后預期單井測試周期縮短60%以上、作業效率提高50%以上。

為了克服長水平井段找水測試儀器輸送問題，提高儀器輸送效率，設計了連續油管快速輸送方式，通過連續油管作業提高工藝實施的整體效率。為了滿足水平井段井筒井液流動、找水測試儀工作條件，設計了小直徑電潛泵放置水平井段舉升方式。通過 調整電潛泵參數，實現井筒井液流動由低排量到中排量的轉變，進一步提高低液量井找水測試時測井儀監測響應條件，測試儀對流量適應界限有望下降到10 m3/d 左右。采用常規MAPS 測井儀監測水平井段的流量、含水、壓力、溫度等參數，能夠有效地消除水平井段油水分層對測試誤差的影響。

圖7 連續油管+電潛泵快速找水測試工藝示意圖

水平井高效快速找水工藝可以使連續油管作業實現高效率、拖動管柱測試實現高速度、電潛泵寬范圍排量舉升實現測井儀監測精度提高及適應流量界限變寬，能夠適應不同液量水平井快速找水測試技術需求。

4 認識與結論

（1）水平井找水測試技術整體上處于試驗探索階段，調研的9 種不同類型找水測試技術適應性差異明顯。

（2）針對低液量井，綜合考慮測井儀器輸送方式、舉升系統配套，通過最新單項技術集成融合創新，提出了水平井高效快速找水工藝設計方案。